基于双线性差值法的船舶燃油加装精确计算方法

薛海龙,王小海

(南通航运职业技术学院,江苏 南通 226010)

0 引 言

为了确保船舶保持整个航次内的适航能力,船舶航行时必须携带足够航程需要的燃油。燃油的消耗量与船舶运营经济性直接有关。特别是近年来,受全球性经济危机的影响,国际运价长期处于低迷状态,造成国内大部分航运企业的盈利能力下降,而国际油价却保持高位运行,船舶燃料油的消耗已在船舶营运成本中占到50%以上。有效地控制好燃油费用对船舶的经济性将产生重大影响,也是降低船舶运输成本的一个有效途径。船东及租船人对船舶燃料费用的控制也越来越重视。要有效控制船舶燃油费用,除了通过采取有效措施提高船舶动力装置的经济性、加强燃油使用管理、避免浪费、提高效率等途径外,我们还应高度重视、切实加强对船舶燃油加装工作的管理,以确保船舶加装燃油的质量和数量[1]。由于船舶所处环境及状态的特殊性,船舶在加装燃油期间内,其纵、横吃水差有可能会发生变化,这给燃油的精确测量带来很大的麻烦。笔者根据在船上工作时的实际经验,对如何保证精确的测量船舶燃油加装时的数量展开探讨。

1 保证船舶燃油加装精确测量的前提

要保证能够准确测量燃油加装数量,必须考虑到加油时的温度和船舶的吃水差。

1.1 船舶燃油加装时的温度修正

由于现在主流的船舶燃料油品质较差,燃油粘度均在380cst左右,某些渣油甚至达到700cst。因此,船舶燃油在常温下流动性较差,甚至不具备流动性。为了保证燃油的顺利加装,供油方往往将燃油加热后再连接管路进行输送。而船舶燃油储油柜的蒸汽加热装置也会对加入的燃油进行保温。由于燃油的物理特性,其体积会因温度的升高而变大。因此,在加装燃料油进行测量时,必须考虑到温度变化而引起的测量结果的变化。

大部分的供油商,在燃油加装确认单上提供的燃油温度往往是标准状态下的数据,常见的为15℃～20℃。但供油测量时的实际温度往往要高出这个温度,体积的增大将造成实际加油数量的减少。因此我们必须使用密度修正表来修正因温度变化所造成的影响。密度修正值如表1所示[2]。

表1 燃油的密度修正系数

燃油密度随温度变化的修正公式：

式中,ρ15为燃油在15℃时的标准密度。

由式 (1)可以看出,温度越高则受油方的损失越多。所以,加油收据上应签写的是在加油温度为多少℃下加装燃油体积,而不是收到多少吨燃油。轮机长更应注意实际的加油温度并在最后计算时加以修正,以确保加油数量,保证公司利益。

1.2 船舶燃油加装时的吃水差修正

由于船舶单次加油数量动辄数百上千吨,船舶燃料储存舱的横截面积较大,因此,哪怕是一个微小的船舶吃水角度变化,也会造成结果相差较多[3]。要做到精确测量燃油加装数量,就必须获得准确的加油开始以及加油结束时的船舶吃水状况,包括船舶的横倾角度和纵倾吃水差。上述两项数值的获得需得到驾驶台的支持,并且应该多次测量或多处测量,求取平均值以获得准确的吃水差修正数值。

2 正确使用船舶携带的舱容表

由于船舶舱容大小不同,舱容表的形式也不尽相同。同一条船舶不同的油舱,舱容表的精确程度也可能会不同。舱容表常见形式为反映横倾修正的舱容表和反映纵倾修正的舱容表两种,如表2和表3所示。

舱容表的表头一般有舱柜的名称、位置、盛放的液体类型等。在使用舱容表时,一定要注意船舶吃水修正值 (CORRECTION TABLE FOR HEEL)的单位 (mm),以及是左舷吃水PROT HEEL还是右舷吃水STARBOARD HEEL。确定好之后,根据测量值SOUNDING,获得一个修正值,然后将修正后的测量值,对照纵倾舱容修正表,获取实际的舱内容量。特别要注意的是,舱容表中往往在最右面一栏给出顶高值 (ULLAGE),目的是为了方便测量者使用现行最常用的空高测量法时使用。

表2 某轮横倾修正表

表3 某轮纵倾修正表

3 基于双线性插值法的加油数量计算方法

船舶实际的状态比较复杂,往往是横倾与纵倾同时存在,造成油位液面不规则[4-5]。为了便于分析,我们将这种不规则的液面分解为船舶横倾 (方向)造成的液面角以及船舶纵倾 (方向)造成的液面角两个方向[6],从而运用双线性插值法。在数学上,双线性插值法是有两个变量的插值函数的线性插值扩展,其核心思想是在两个方向分别进行一次线性插值[7]。这种插值方法并不是线性的,而是两个线性函数的乘积。线性插值的结果与插值的顺序无关。所以,我们优先考虑横倾或纵倾结果都会相同。根据本舱容表组合情况,须先考虑横倾。

图1 船舶油舱液面受横、纵倾影响分解示意图

如图所示,当船舶处于绝对平衡状态时,液面位置为F。当出现横倾时,假定液面相对于液面F出现了一个角度平面角α,形成液面f1;在液面f1的基础上如果出现了纵倾,则导致液面f1又在船舶首尾方向出现了一个液面角 β,形成液面f2。

实际测量时所得到的数值往往不能从舱容表上直接读取。假设我们测得的数值X,而在舱容横倾修正表格中我们能够获得的两个相近的舱深值为x1和x2,对应的修正值为f(x1)和f(x2),则我们需用差值法去求取测得值所对应的修正值 f(x)大小：

得：

令：f(x)=Δ x

设修正后的数值y,则：

根据获得的修正后数值,从船舶纵倾舱容修正表中查询实际舱容。但往往修正后数值无法直接从舱容表中找到,因此需要再次在纵倾方向进行插值法计算：

设与y紧邻的两个数值为y1和y2,其对应的舱容量为f(y1)和f(y2),则可计算：

得到准确的油舱容量为：

令V=F(y)

将式 (3)与 (4)代入则得：

式中：V为计算得到的燃油加油体积值;x为测量值;x1、x2均为横倾表中紧邻x的两个表值;f(x1)、f(x2)为x1,x2表值所对应的修正值;y1、y2为纵倾修正表中紧邻修正后数值的两个表值;f(y1)、f(y2)为y1,y2所对应的舱容值。

根据质量密度公式：

代入式 (1)得,

式中：T为加油总吨数;t为燃油加装操作时,实际的燃油温度;ρ15为燃油在15℃时的标准密度。

4 结 语

船舶燃料的消耗十分巨大,单次加油数量也较多。随着燃油价格的上涨,船舶管理公司正从燃油管理的各个方面来减少燃油的消耗[8]。从源头上说,加油时能够保证足够数量的燃油加进油舱。目前,有部分船舶加油时,主管轮机员往往是根据油舱的测量值在舱容表上取一个相近的值,做近似估算。但这种估算往往会向对受油方不利的方向偏移。因此,希望本文能够对广大船员,特别是主管加油的轮机员提供一些启示。本着公平、科学和严谨的态度,对燃油加装的数量实现精确的计算,保证船公司方面的利益不受损害。

[1]袁成岗,王彬.加强船舶燃油加装管理的关键措施分析[J].南通航运职业技术学院学报,2010,9(1)：69-71.

[2]詹玉龙,张兴芝.轮机长业务[M].北京：人民交通出版社,2007.

[3]李静,王妮妮.海洋运输船舶燃油消耗航次定额计算方法研究[J].中国水运：下半月,2011,11(1)：15-17.

[4]项勇.船舶舱舱容测量与修正研究[D].武汉：武汉理工大学,2006.

[5]项勇,胡勇.船舶液货舱舱容计量与修正[J].船海工程,2011,40(2)：40-44.

[6]寇刚.舱容计算中的插值误差分析[J].船舶设计通讯,2005,(1)：86-88.

[7]肖步桥.一种简便易行的计算舱容的方法[J].中国修船,2001,(3)：30-32.

[8]刘天芸.航运企业船舶燃油成本管理[J].世界海运,2006,29(6)：36-37.