馬明軒

摘 要：當前，拖輪動力的能源形式仍以燃油為主，燃油成本也在拖輪運行總成本中占據(jù)相當大的比重，無論是為了企業(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，通過研究設(shè)計油耗監(jiān)控系統(tǒng)，采集所需拖輪運行數(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：U676.3? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0053-02

拖輪作為港口的重要組成部分，主要承擔(dān)著輔助貨船進出港、護航、拖帶、搜救、消防等任務(wù)，進而保障港口安全生產(chǎn)的正常運轉(zhuǎn)，而拖輪航行離不開充足的燃油供給。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，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，對拖輪節(jié)油降耗管理進行研究，在全面監(jiān)控運行油耗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進行系統(tǒng)梳理和分析，進而提出合適的節(jié)油降耗措施。

1油耗監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

為全面深入地研究拖輪節(jié)油降耗管理，需設(shè)計一套合適的油耗監(jiān)控系統(tǒng)，其基礎(chǔ)功能有兩個，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)時航速、主機轉(zhuǎn)速等航行數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上對不同作業(yè)工況下拖輪油耗情況進行自動分析^[1]。

首先，需對燃油管路進行改造，實現(xiàn)油耗數(shù)據(jù)的采集。拖輪上消耗燃油的設(shè)備有2臺主機、2臺副機和1臺鍋爐，每臺設(shè)備均有進油和回油兩個油路，燃油自日用燃油儲存柜經(jīng)濾器過濾后進入設(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，因此每臺設(shè)備的瞬時油耗應(yīng)為進油量與回油量的差值，各設(shè)備瞬時油耗的和即為拖輪當前時刻油耗量。為實現(xiàn)拖輪燃油消耗情況的精準計量和分析，應(yīng)對燃油管路進行改造，合理選用和布置燃油流量計^[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)一測量進、回油，二是對各個設(shè)備分別測量進、回油。前者需要對日用燃油柜進行改造，優(yōu)點是只需要兩個流量計，改造費用相對低，缺點是無法對各設(shè)備油耗狀況進行監(jiān)控;后者對多處管路進行改造，優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)各設(shè)備油耗單獨計量，便于數(shù)據(jù)分析，缺點是需要多個流量計，改造費用相對高。進一步分析，從設(shè)備油耗量來看，由大到小依次是兩臺主機、二臺副機和一臺鍋爐，其中主機油耗對全船油耗起決定性作用，因此在監(jiān)控設(shè)備油耗時可以突出重點，選擇性進行合并，具體改造方案如圖1所示。圖中虛線框內(nèi)為流量計組，具體包括1個流量計、1個濾器和3個截止閥，當流量計維修或故障時可以通過開關(guān)閥門進行旁通。本方案共計布置6個流量計組，其中兩臺主機進口各1個，兩臺主機回油合并用1個，兩臺發(fā)電機組進油和回油分別合并用1個，鍋爐用1個。

其次，關(guān)于燃油流量計選用，為確保測量精度，通?？蛇x用質(zhì)量式或容積式流量計。經(jīng)研究本文選取兩種流量計進行對比試驗：一種是質(zhì)量流量計，品牌E+H，型號DMF-1-5B，它是利用流體在振動管中流動而產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科氏力的原理來直接測量質(zhì)量流量，其優(yōu)點是測量精度較高，能夠直接輸出質(zhì)量流量數(shù)據(jù)，但其對安裝環(huán)境要求較高，應(yīng)安裝穩(wěn)固，避免振動，遠離熱源、磁場、泵出口等;另一種是容積流量計，品牌Aquametro，型號VZF（A）-II，它是利用流體壓差驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，通過計量流體經(jīng)過內(nèi)部恒定容積的腔室次數(shù)，來測量體積流量，其優(yōu)點是安裝簡單，對安裝環(huán)境要求相對較低，但其低流量時測量精度不穩(wěn)定。結(jié)合拖輪作業(yè)性質(zhì)和特點，機艙環(huán)境通常振動較大，空間較為狹小，設(shè)備及管路布置緊湊，主副機怠速時燃油流量較穩(wěn)定。綜上，流量計選用VZF（A）-II型容積式流量計，流量計口徑應(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，還需測量拖輪船位、航速、航程、主機轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)。拖輪船位信息可通過接入船載GPS或北斗定位數(shù)據(jù)進行確認，進而通過計算可獲取拖輪航速及航程數(shù)據(jù)。主機轉(zhuǎn)速可通過在主機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，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)聯(lián)通運行，還應(yīng)配備數(shù)據(jù)采集模塊、監(jiān)控顯示模塊、無線傳輸模塊、電源模塊、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、平臺軟件系統(tǒng)等。

2 拖輪油耗影響因素分析

油耗監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)實施完畢后，在運行中會積累大量油耗相關(guān)的數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)，進行系統(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間的油耗相關(guān)數(shù)據(jù)為例進行分析說明。

某拖輪一次作業(yè)任務(wù)為協(xié)助2艘貨船進港靠泊、1艘貨船出港離泊，作業(yè)自2300拖輪離開碼頭開始，至0200拖輪?？看a頭結(jié)束，總共歷時約3小時，其簡化航跡如圖2所示。

圖中帶箭頭實線為拖輪示意航行軌跡，為便于分析，將整個作業(yè)過程拖輪的工作狀態(tài)分為四類，分別是航行、伴航、頂推、拖拽。結(jié)合圖中線號，對應(yīng)每段作業(yè)內(nèi)容及工作狀態(tài)，見表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、主機轉(zhuǎn)速與時間和工作狀態(tài)關(guān)系如圖3所示。

圖中，上方虛線為主機轉(zhuǎn)速，實線為拖輪航速，點劃線為拖輪瞬時油耗率。可以看出，拖輪油耗大幅增大出現(xiàn)在A、B、C、D四個時間段，其中A、C為進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)，此時拖輪對貨船出力做功，主機轉(zhuǎn)速升高，但由于貨船移動緩慢，拖輪航速較低，且由于該港貨船均為空載進港、滿載離港，導(dǎo)致D段較A、C段主機轉(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)，但較其他時間段航行狀態(tài)油耗明顯增高，觀察得知，該段主機轉(zhuǎn)速和拖輪航速均大幅升高，經(jīng)分析，該段拖輪協(xié)助第一艘進港船靠泊完畢，在前往第二艘貨船途中，拖輪為保證貨船進港連續(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有兩個，一是拖輪航速，二是主機轉(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)實際分析，還有其他輔助影響因素，一是作業(yè)實際中，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：

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，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)束返回碼頭時不超7Kn等^[4]。

二是規(guī)劃好拖輪調(diào)派。生產(chǎn)作業(yè)時，通常是多艘貨船同時進出港，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)避免拖輪長時間等靠，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。

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

四是加強設(shè)備維護保養(yǎng)。應(yīng)根據(jù)船舶運行狀況，合理安排拖輪日常保養(yǎng)和航修工作，及時解決設(shè)備故障，確保設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，避免因機械故障導(dǎo)致油耗異常偏高。輪機長應(yīng)嚴格執(zhí)行設(shè)備維修保養(yǎng)計劃，定期對主機、輔機、鍋爐等設(shè)備進行維護保養(yǎng)，保證設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)。

參考文獻：

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