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      基于油耗監(jiān)控系統(tǒng)的拖輪節(jié)油降耗管理研究

      2021-11-10 08:13:14馬明軒
      中國(guó)水運(yùn) 2021年10期
      關(guān)鍵詞:拖輪

      馬明軒

      摘 要:當(dāng)前,拖輪動(dòng)力的能源形式仍以燃油為主,燃油成本也在拖輪運(yùn)行總成本中占據(jù)相當(dāng)大的比重,無(wú)論是為了企業(yè)降本增效,還是基于節(jié)能減排的環(huán)保要求,如何有效地降低拖輪燃油消耗,是企業(yè)管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文結(jié)合黃驊港煤炭港區(qū)拖輪設(shè)備及作業(yè)條件,通過(guò)研究設(shè)計(jì)油耗監(jiān)控系統(tǒng),采集所需拖輪運(yùn)行數(shù)據(jù),建立一種油耗數(shù)據(jù)分析與單船節(jié)油考核的方法,并提出拖輪節(jié)油降耗措施,為港口拖輪企業(yè)管理提供借鑒。

      關(guān)鍵詞:拖輪;油耗監(jiān)控;節(jié)油降耗

      中圖分類號(hào):U676.3? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1006—7973(2021)10-0053-02

      拖輪作為港口的重要組成部分,主要承擔(dān)著輔助貨船進(jìn)出港、護(hù)航、拖帶、搜救、消防等任務(wù),進(jìn)而保障港口安全生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),而拖輪航行離不開(kāi)充足的燃油供給。目前黃驊港煤炭港區(qū)共配備拖輪12艘,按馬力可分為3類:2艘3200HP、5艘4000HP、5艘5200HP,其中,兼消防功能8艘,兼溢油回收功能1艘。據(jù)統(tǒng)計(jì),近5年該港區(qū)拖輪年平均燃油消耗量2275噸,年均燃油成本約1365萬(wàn)元,折算排放CO2約7248噸。本文基于黃驊港煤炭港區(qū)作業(yè)環(huán)境和拖輪作業(yè)特點(diǎn),對(duì)拖輪節(jié)油降耗管理進(jìn)行研究,在全面監(jiān)控運(yùn)行油耗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析,進(jìn)而提出合適的節(jié)油降耗措施。

      1油耗監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      為全面深入地研究拖輪節(jié)油降耗管理,需設(shè)計(jì)一套合適的油耗監(jiān)控系統(tǒng),其基礎(chǔ)功能有兩個(gè),一是采集拖輪各耗油設(shè)備的油耗數(shù)據(jù),二是采集拖輪作業(yè)時(shí)航速、主機(jī)轉(zhuǎn)速等航行數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上對(duì)不同作業(yè)工況下拖輪油耗情況進(jìn)行自動(dòng)分析[1]。

      首先,需對(duì)燃油管路進(jìn)行改造,實(shí)現(xiàn)油耗數(shù)據(jù)的采集。拖輪上消耗燃油的設(shè)備有2臺(tái)主機(jī)、2臺(tái)副機(jī)和1臺(tái)鍋爐,每臺(tái)設(shè)備均有進(jìn)油和回油兩個(gè)油路,燃油自日用燃油儲(chǔ)存柜經(jīng)濾器過(guò)濾后進(jìn)入設(shè)備,一部分燃油被燃燒消耗掉,剩余部分燃油經(jīng)回油管回到日用燃油柜,因此每臺(tái)設(shè)備的瞬時(shí)油耗應(yīng)為進(jìn)油量與回油量的差值,各設(shè)備瞬時(shí)油耗的和即為拖輪當(dāng)前時(shí)刻油耗量。為實(shí)現(xiàn)拖輪燃油消耗情況的精準(zhǔn)計(jì)量和分析,應(yīng)對(duì)燃油管路進(jìn)行改造,合理選用和布置燃油流量計(jì)[2]。經(jīng)研究,改造方案主要可分為兩種,一是所有設(shè)備統(tǒng)一測(cè)量進(jìn)、回油,二是對(duì)各個(gè)設(shè)備分別測(cè)量進(jìn)、回油。前者需要對(duì)日用燃油柜進(jìn)行改造,優(yōu)點(diǎn)是只需要兩個(gè)流量計(jì),改造費(fèi)用相對(duì)低,缺點(diǎn)是無(wú)法對(duì)各設(shè)備油耗狀況進(jìn)行監(jiān)控;后者對(duì)多處管路進(jìn)行改造,優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)各設(shè)備油耗單獨(dú)計(jì)量,便于數(shù)據(jù)分析,缺點(diǎn)是需要多個(gè)流量計(jì),改造費(fèi)用相對(duì)高。進(jìn)一步分析,從設(shè)備油耗量來(lái)看,由大到小依次是兩臺(tái)主機(jī)、二臺(tái)副機(jī)和一臺(tái)鍋爐,其中主機(jī)油耗對(duì)全船油耗起決定性作用,因此在監(jiān)控設(shè)備油耗時(shí)可以突出重點(diǎn),選擇性進(jìn)行合并,具體改造方案如圖1所示。圖中虛線框內(nèi)為流量計(jì)組,具體包括1個(gè)流量計(jì)、1個(gè)濾器和3個(gè)截止閥,當(dāng)流量計(jì)維修或故障時(shí)可以通過(guò)開(kāi)關(guān)閥門進(jìn)行旁通。本方案共計(jì)布置6個(gè)流量計(jì)組,其中兩臺(tái)主機(jī)進(jìn)口各1個(gè),兩臺(tái)主機(jī)回油合并用1個(gè),兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組進(jìn)油和回油分別合并用1個(gè),鍋爐用1個(gè)。

      其次,關(guān)于燃油流量計(jì)選用,為確保測(cè)量精度,通常可選用質(zhì)量式或容積式流量計(jì)。經(jīng)研究本文選取兩種流量計(jì)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn):一種是質(zhì)量流量計(jì),品牌E+H,型號(hào)DMF-1-5B,它是利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)而產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科氏力的原理來(lái)直接測(cè)量質(zhì)量流量,其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度較高,能夠直接輸出質(zhì)量流量數(shù)據(jù),但其對(duì)安裝環(huán)境要求較高,應(yīng)安裝穩(wěn)固,避免振動(dòng),遠(yuǎn)離熱源、磁場(chǎng)、泵出口等;另一種是容積流量計(jì),品牌Aquametro,型號(hào)VZF(A)-II,它是利用流體壓差驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)計(jì)量流體經(jīng)過(guò)內(nèi)部恒定容積的腔室次數(shù),來(lái)測(cè)量體積流量,其優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單,對(duì)安裝環(huán)境要求相對(duì)較低,但其低流量時(shí)測(cè)量精度不穩(wěn)定。結(jié)合拖輪作業(yè)性質(zhì)和特點(diǎn),機(jī)艙環(huán)境通常振動(dòng)較大,空間較為狹小,設(shè)備及管路布置緊湊,主副機(jī)怠速時(shí)燃油流量較穩(wěn)定。綜上,流量計(jì)選用VZF(A)-II型容積式流量計(jì),流量計(jì)口徑應(yīng)能滿足設(shè)備最大供油量。

      再次,為分析拖輪油耗與拖輪航行狀態(tài)的關(guān)系,還需測(cè)量拖輪船位、航速、航程、主機(jī)轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)。拖輪船位信息可通過(guò)接入船載GPS或北斗定位數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn),進(jìn)而通過(guò)計(jì)算可獲取拖輪航速及航程數(shù)據(jù)。主機(jī)轉(zhuǎn)速可通過(guò)在主機(jī)輸出軸系合適位置安裝轉(zhuǎn)速探頭,將信息傳輸至智能油耗監(jiān)控終端。此外,為確保系統(tǒng)完整性,實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)聯(lián)通運(yùn)行,還應(yīng)配備數(shù)據(jù)采集模塊、監(jiān)控顯示模塊、無(wú)線傳輸模塊、電源模塊、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、平臺(tái)軟件系統(tǒng)等。

      2 拖輪油耗影響因素分析

      油耗監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施完畢后,在運(yùn)行中會(huì)積累大量油耗相關(guān)的數(shù)據(jù),基于這些數(shù)據(jù),進(jìn)行系統(tǒng)分析,為拖輪節(jié)油降耗管理提供幫助,下面以某拖輪一段時(shí)間的油耗相關(guān)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析說(shuō)明。

      某拖輪一次作業(yè)任務(wù)為協(xié)助2艘貨船進(jìn)港靠泊、1艘貨船出港離泊,作業(yè)自2300拖輪離開(kāi)碼頭開(kāi)始,至0200拖輪停靠碼頭結(jié)束,總共歷時(shí)約3小時(shí),其簡(jiǎn)化航跡如圖2所示。

      圖中帶箭頭實(shí)線為拖輪示意航行軌跡,為便于分析,將整個(gè)作業(yè)過(guò)程拖輪的工作狀態(tài)分為四類,分別是航行、伴航、頂推、拖拽。結(jié)合圖中線號(hào),對(duì)應(yīng)每段作業(yè)內(nèi)容及工作狀態(tài),見(jiàn)表1。

      經(jīng)油耗監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)出,本次作業(yè)拖輪航速、油耗率、主機(jī)轉(zhuǎn)速與時(shí)間和工作狀態(tài)關(guān)系如圖3所示。

      圖中,上方虛線為主機(jī)轉(zhuǎn)速,實(shí)線為拖輪航速,點(diǎn)劃線為拖輪瞬時(shí)油耗率??梢钥闯觯陷営秃拇蠓龃蟪霈F(xiàn)在A、B、C、D四個(gè)時(shí)間段,其中A、C為進(jìn)港貨船靠泊頂推工作狀態(tài),D為出港貨船離泊拖拽工作狀態(tài),B為航行狀態(tài)。經(jīng)分析,A、C、D段,拖輪處于頂推或拖拽狀態(tài),此時(shí)拖輪對(duì)貨船出力做功,主機(jī)轉(zhuǎn)速升高,但由于貨船移動(dòng)緩慢,拖輪航速較低,且由于該港貨船均為空載進(jìn)港、滿載離港,導(dǎo)致D段較A、C段主機(jī)轉(zhuǎn)速和油耗都偏高,此外貨船噸位也與拖輪油耗成正相關(guān)。B段,拖輪處于航行狀態(tài),但較其他時(shí)間段航行狀態(tài)油耗明顯增高,觀察得知,該段主機(jī)轉(zhuǎn)速和拖輪航速均大幅升高,經(jīng)分析,該段拖輪協(xié)助第一艘進(jìn)港船靠泊完畢,在前往第二艘貨船途中,拖輪為保證貨船進(jìn)港連續(xù),采取了加速航行措施,導(dǎo)致油耗升高。

      綜上,影響拖輪油耗的主要指標(biāo)有兩個(gè),一是拖輪航速,二是主機(jī)轉(zhuǎn)速,其數(shù)值反映在拖輪的不同工作狀態(tài)中。此外,根據(jù)實(shí)際分析,還有其他輔助影響因素,一是作業(yè)實(shí)際中,水文氣象環(huán)境等客觀因素,如風(fēng)速、風(fēng)向、潮流、冰況等;二是主機(jī)等設(shè)備狀態(tài),如高壓油泵、噴油器性能等[3]。

      3 節(jié)油降耗措施制定

      為加強(qiáng)拖輪節(jié)油降耗管理,應(yīng)結(jié)合油耗影響因素研究制定相應(yīng)措施,具體有如下幾點(diǎn):

      一是規(guī)范拖輪航速管理。航速是影響油耗的關(guān)鍵因素之一,據(jù)研究船舶勻速直線航行時(shí),油耗與航速立方成正比,而航速直接由駕駛員操縱控制,屬人為因素,合理限制航速可大幅降低油耗。例如規(guī)定在確保生產(chǎn)和安全前提下,港池內(nèi)航速不超8Kn,航道上航速不超11Kn,作業(yè)結(jié)束返回碼頭時(shí)不超7Kn等[4]。

      二是規(guī)劃好拖輪調(diào)派。生產(chǎn)作業(yè)時(shí),通常是多艘貨船同時(shí)進(jìn)出港,且每艘貨船一般都至少需要兩艘拖輪,因此多艘拖輪共同作業(yè)是常態(tài)。合理調(diào)派拖輪,例如應(yīng)避免拖輪長(zhǎng)時(shí)間等靠,拖輪作業(yè)就近的優(yōu)先選用,同一艘貨船優(yōu)先選用相同馬力拖輪,貨船噸位大宜選用大馬力拖輪,接送引航員宜選用小馬力拖輪等。

      三是合理控制主機(jī)轉(zhuǎn)速。在拖輪頂推和拖拽作業(yè)狀態(tài)時(shí),拖輪須根據(jù)貨船駕駛員指令調(diào)整出力大小,此時(shí)主機(jī)轉(zhuǎn)速是直接影響因素,不合理地提高主機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)增加油耗,也會(huì)對(duì)作業(yè)造成安全風(fēng)險(xiǎn),駕駛員應(yīng)熟知拖輪性能,根據(jù)作業(yè)狀態(tài)調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)速,對(duì)于額定轉(zhuǎn)速為750rpm的主機(jī),一般要求主機(jī)轉(zhuǎn)速控制在600rpm以下,能夠滿足絕大部分作業(yè)要求。

      四是加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)。應(yīng)根據(jù)船舶運(yùn)行狀況,合理安排拖輪日常保養(yǎng)和航修工作,及時(shí)解決設(shè)備故障,確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn),避免因機(jī)械故障導(dǎo)致油耗異常偏高。輪機(jī)長(zhǎng)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備維修保養(yǎng)計(jì)劃,定期對(duì)主機(jī)、輔機(jī)、鍋爐等設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),保證設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

      參考文獻(xiàn):

      [1]吳章林,王國(guó)強(qiáng). 港作船舶燃油消耗實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J]. 港口科技,2013(1):22-24,41.

      [2]魏小星, 徐軼群, 郭濤. 船舶油耗遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 船電技術(shù), 2015, 35(010):45-49.

      [3]肖慶功,劉海濤,柴垠潔. 港作拖輪油耗測(cè)試與降耗措施——以錦州港輪舶公司為例[J]. 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2018,38(1):61-63.

      [4]黃斌華. 淺析全回轉(zhuǎn)拖輪節(jié)能降耗措施[J]. 天津航海,2020(2):58-59.

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