Из-за спада на рынке судоходства и все более жесткого контроля выбросов главных двигателей стоимость судового топлива растет.
Чтобы сэкономить на топливе, фрахтователи судов обычно требуют снизить обороты главного двигателя, однако снижение оборотов неизбежно приведет к увеличению времени плавания и расходов на аренду, поэтому нам необходимо найти баланс между расходами на топливо и аренду.
Автор получил инструкцию от фрахтователя во время определенного рейса:
При условии сохранения технических параметров оптимальная скорость главного двигателя определяется для принятия решения.
Во-первых, скорость основного двигателя снижается, принимая решение об оптимальной скорости
Изучив соответствующую литературу, автор обнаружил, что в большинстве данных упоминается алгоритм экономической скорости судна и факторы, его учитывающие;
Ознакомьтесь с руководством по эксплуатации главного двигателя, в нем также можно узнать о взаимосвязи между расходом топлива и скоростью главного двигателя.
Состояние главного двигателя судна и состояние судна меняются в ходе реальной эксплуатации, поэтому эти расчеты могут быть неточными.
Проводится серия испытаний для определения оптимальной скорости главного двигателя при движении судна на пониженной скорости.
1. Тестовые данные
Главный двигатель судна — малооборотный дизельный двигатель MAN B&W 6S60MC, работающий на топливе IFO 380, максимальная длительная рабочая частота вращения (МПР) — 89 об/мин, мощность — 10316 кВт, обычная длительная рабочая частота вращения (НОР) — 82,6 об/мин.
Тестовый рейс был из Хей-Пойнт в Сингапур, расстояние 3937 морских миль. Судно было в хорошем состоянии с полной загрузкой 73000 тонн и средней осадкой 13,8 м.
Последний ремонт судна в сухом доке состоялся примерно через 1,5 часа с момента поставки.
2. Анализ выгод
Если учитывать только расходы на аренду и топливо, а никакие другие факторы не принимаются во внимание, то формула расчета общей стоимости рейса при разных оборотах двигателя будет выглядеть следующим образом: MRPM=T(ND + FDPF.O) (1)
Где: MRPM — общая стоимость рейса, долл. США;
T — время плавания в пути, сут;
ND — суточная арендная плата судна в долл. США/д;
FD — суточный расход топлива судна, т/сут, который состоит из суточного расхода топлива главного двигателя и суточного расхода топлива вспомогательного двигателя (1,6 т/сут).
PF.O — текущая цена топлива, долл. США/т.
Сравнивая общую стоимость MRPM при различных оборотах двигателя с общей стоимостью при номинальной скорости (82,4 об/мин), можно получить рентабельность при этой скорости.
3. Осуществимость
Обращаясь к руководству по эксплуатации хоста, можно увидеть, что при скорости вращения хоста 72,3 об/мин рабочая нагрузка составляет 48% от номинальной нагрузки.
Если основной двигатель работает под такой нагрузкой в течение длительного времени, вспомогательный нагнетатель нельзя включать во время работы, в противном случае это легко приведет к ударной нагрузке на электросеть и сократит срок службы вспомогательного нагнетателя.
Кроме того, необходимо следить за тем, чтобы давление пара в котле-утилизаторе было достаточно большим, чтобы не допустить запуска мазутного котла, в противном случае это приведет к дополнительному расходу топлива.
Согласно тесту, когда скорость главного двигателя составляет 72,3 об/мин, скорость нагнетателя составляет 9100 об/мин, давление продувки составляет 0.088 МПа, а давление вспомогательного нагнетателя установлено на 0,043 МПа для запуска и 0,062 МПа для остановки, что может гарантировать, что вспомогательный нагнетатель не запустится. Давление пара в котле-утилизаторе поддерживается на уровне 0,5 МПа, а котел на мазуте не запускается.
Таким образом, скорость хоста устанавливается на уровне 72,3 об/мин, что вполне достижимо.
Во-вторых, проблема вызвана длительной низкой загрузкой хоста.
(1) Смазка цилиндров.
Проблему смазки цилиндров необходимо учитывать при длительной работе главного двигателя с малой нагрузкой.
Одна точка зрения заключается в том, что более низкая скорость главного двигателя неизбежно ухудшит эффект смазки, и подача масла в цилиндр должна быть увеличена, чтобы обеспечить необходимую смазку. Другая точка зрения заключается в том, что общее количество серы, поступающей в цилиндр, будет уменьшено, когда массовая доля серы в топливе будет определена, и расход масла в цилиндре должен быть уменьшен.
Эти две точки зрения требуют дальнейшего анализа.
(2) Серьезное накопление углерода.
Длительная работа главного двигателя на малых нагрузках и ухудшение сгорания неизбежно приведут к серьезному накоплению углерода в камере сгорания, выпускном клапане, нагнетателе, котле и т. д., особенно накопление углерода в выпускном клапане и котле приведет к ухудшению рабочего состояния главного двигателя.
(3) Давление пара.
Длительная работа главного двигателя на малых нагрузках неизбежно приведет к снижению давления пара в котле-утилизаторе, а в ходе обычной навигации обычно сжигается мазут, поэтому пара должно быть достаточно.
Если давление пара ниже установленного значения, это приведет к работе мазутного котла, что приведет к дополнительному расходу топлива.
(4) Вспомогательный вентилятор.
Снижение скорости главного двигателя неизбежно приведет к снижению скорости нагнетателя, что приведет к снижению давления продувки.
Если давление продувки ниже установленного значения, вспомогательный нагнетатель будет работать с перебоями, что приведет к увеличению нагрузки на генератор и ударной нагрузке на электросеть в момент пуска, что приведет к потере питания всего судна.
Низкое давление продувки также ухудшит сгорание.
В-третьих, меры противодействия длительной низкой нагрузке на хост
1, отрегулируйте скорость наполнения цилиндра маслом
(1) Базовое установленное значение скорости заполнения цилиндра маслом. На судне используется механическая масленка Jensen. Согласно инструкциям производителя основного двигателя, скорость впрыска установлена на уровне MCR
QMCR= 24BSPMCR /(1000Cρ) (2)
Формула:
QMCR — установленная скорость впрыска топлива, л/сут;
BS — базовая уставка, установленная на уровне 1,1 г/(кВт·ч) по указанию владельца;
PMCR — выходная мощность при MCR, когда скорость хоста составляет 89.0 об/мин, мощность составляет 10316 кВт;
C — количество цилиндров, у этого корабля 6 цилиндров;
ρ — плотность цилиндрового масла, на судне используется цилиндровое масло BN 70,
Плотность составляет около 0.9343кг/л при 15 градусах.
Согласно расчету, скорость наполнения QMCR=48.6л/сут.
(2) Скорость наполнения маслом менялась в зависимости от скорости главного двигателя.
Если оставить базовое заданное значение неизменным, скорость наполнения цилиндра маслом будет уменьшаться пропорционально уменьшению основной скорости двигателя, формула расчета будет следующей:
Q часть=QMCRn часть /nMCR(3)
Если основная частота вращения двигателя установлена на уровне 72,3 об/мин, то скорость впрыска масла в цилиндр Q72.3=39.5л/день, а суточный расход масла в цилиндре составляет QD=6Q72.3=236.8л/день, что соответствует фактическому измеренному значению.
(3) Регулировка скорости наполнения при изменении нагрузки.
В настоящее время некоторые модели MAN B&W оснащены системами смазки цилиндров маслом, которые регулируются с помощью МЭД (среднего эффективного давления), а скорость наполнения цилиндров маслом регулируется пропорционально в диапазоне от 40% до 100% МЭД.
Если основной двигатель не оборудован данной системой, то можно вручную отрегулировать расход топлива.
Формула расчета скорости заполнения, скорректированной в соответствии с МЭП, следующая:
Q часть=QMCRP часть /PMCR(4)
В формуле:
Часть P — среднее эффективное давление при частичной нагрузке. Согласно тесту, оно составляет 10,7 МПа при скорости хоста 72,3 об/мин.
PMCR — среднее эффективное давление при MCR, которое по результатам испытаний составляет 17,9 МПа.
Согласно методу регулировки MEP, при частоте вращения вала двигателя 72,3 об/мин расход цилиндрового масла QD составляет 174,6 л/сут, то есть расход цилиндрового масла можно регулировать от 236,8 л/сут до 174,6 л/сут, но не менее 40% от базового установленного значения (19,4 л/сут).
Фактически на борту был принят более консервативный подход, чтобы скорректировать расход цилиндрового масла с 240 л/д до 200 л/д.
По данным проверки порта очистки, после прибытия в порт скорость закачки нефти все еще велика и может быть соответствующим образом снижена.
Очевидно, что это выгодно для снижения эксплуатационных расходов судна.
2. Уменьшить накопление углерода
Для уменьшения накопления углерода, предотвращения коррозии камеры сгорания и обеспечения хорошего сгорания температура продувки увеличивается до 41 ~ 43 градусов, насколько это возможно;
Температура охлаждающей воды гильзы цилиндра установлена на верхнем пределе 82 ~ 83 градуса (сигнализация 85 градусов), что способствует сгоранию и уменьшает коррозию;
Сократить цикл технического обслуживания выпускного клапана и инжектора, особенно из-за плохого распылительного эффекта инжектора при работе на низких оборотах, и его необходимо часто обслуживать, чтобы обеспечить хорошее сгорание;
Главный двигатель разгоняется до 82 об/мин два раза в день на 1 час работы с целью очистки скопившейся золы в выхлопном канале;
При увеличении оборотов главного двигателя усиливается продувка сажи из выхлопного котла.
В то же время выпускной патрубок нагнетателя проходит химическую очистку, а нагнетательный воздушный патрубок промывается для уменьшения накопления углерода и золы в нагнетателе.
3. Контролируйте расход пара
Контролировать расход пара и перекрывать паропроводы оборудования, не требующего подогрева, в том числе сопутствующие паропроводы некоторых топливопроводов;
Максимально закрыть кран подогрева масляного бака, чтобы обеспечить потребности в тепле топливной системы главных и вспомогательных двигателей и исключить запуск масляного котла.
4, контролировать минимальное давление продувки
Контролируйте минимальную нагрузку основного двигателя, особенно в условиях малой нагрузки, не допускайте, чтобы давление продувки было ниже установленного значения пускового давления вспомогательного вентилятора.
При необходимости вспомогательный вентилятор можно перевести в режим ручного управления или понизить пусковую настройку вспомогательного вентилятора, но это может привести к неполному сгоранию, и выхлопные газы следует тщательно контролировать. Усилить ежедневный осмотр и техническое обслуживание вспомогательных вентиляторов.
IV. Заключительные замечания
При работе главного двигателя с низкой нагрузкой для достижения наилучших условий работы можно также регулировать степень сжатия, угол опережения впрыска и т. д., однако фактическое судно, на котором осуществляется эксплуатация, не может по своему усмотрению регулировать параметры главного двигателя, а судовладелец не готов эксплуатировать главный двигатель в течение длительного времени с низкой нагрузкой.
Фактически, с согласия судовладельца, с этого рейса судно реализовало экономическую скорость 72 об/мин, а результаты эксплуатации нескольких рейсов показали, что эксплуатационные параметры судна поддерживались в хорошем состоянии.