简析试航燃油消耗率的计算和影响因素

苗立勇，张王征

（青岛扬帆船舶制造有限公司，山东青岛 266209）

简析试航燃油消耗率的计算和影响因素

苗立勇，张王征

（青岛扬帆船舶制造有限公司，山东青岛 266209）

分析影响商船试航期间主机燃油消耗率的因素，探讨在船舶空载和特定工况条件下，主机测量的燃油油耗率偏高的原因及改进方法。

试航；燃油；油耗

0 概述

在船舶制造行业，商船试航阶段的燃油消耗率通常作为单独一个测试项目进行，一般在耐航期间进行测量，该指标作为一个重要的主机性能参数，一直受到船东和船厂的重视。现阶段造船行业不景气，燃油消耗率更被视为船厂技术能力的一个指标，关系到船舶的燃油系统合理性、设备匹配性和船厂工艺先进性的整体性能，是船东考察船厂技术水平的一个重要视角。

一般情况下，试航期间的主机燃油油耗率要高于主机台架试验测得的油耗率，表1是广州某船厂8.2万吨散货船系列船的燃油消耗率（此系列船主机都是MAN B&W 5S60MC-C，主机台架试验油耗率也均在168g/kWh左右）。

从表中可以看出，在船舶设备配置相同的情况下，燃油消耗率却相差很多，且与主机台架试验燃油消耗率相比相差也很大。以下对试航期间测量燃油油耗率的程序进行介绍，并对影响因素做简要分析。

表1 某船厂8.2万吨散货船系列船的燃油消耗率表

1 试航期间对燃油消耗的测量程序及计算公式

1.1 试航期间对燃油消耗的测量程序

1）一般需在主机最大持续功率（SMCR）75%测量一次，85%测量两次，间隔时间一般可选30分钟或一小时。考虑到测量准确性，一般选用一小时。参考值选用的是85%SMCR工况时的主机燃油耗油率。

2）测量期间，尽量使航行方向走直线。

3）读取主机进口和出口流量计读数。注意部分船舶只是在燃油管主机燃油回油接口后端布置一个流量计，此流量计数值就反应了主机的油耗量。

4）计算功率和转速取测试时间内的平均数。

5）记录鼓风机进口温度和扫气箱温度，并计算测量期间的平均值。

6）记录每个工况开始时和结束时的燃油进机温度，计算平均数。

7）记录每个工况开始时和结束时鼓风机附近的大气压力，计算平均数。

8）需分别记录每个工况过程中的风速、风向、航速、浪高、水深数据。

1.2 计算燃油消耗率的公式

1）实测油耗值b’（g/kWh）

其中，VTotal=VIn-VOut为总耗油量；Dt1为密度，Dt1=D15℃-(t1-15)×0.00063；P为功率；h为时间。

从MAN主机台架试验附带的燃油消耗率修正公式：

修正燃油耗值SFOC（g/kWh）：

其中，SFOC(MEA)为测量油耗值；P0为大气压；T0为鼓风机进口温度；TS为扫气箱SCAV；LCV为燃油低发热值。

2 油耗值的影响因素分析

在试航期间测量的油耗值一般会高于主机台架试验的油耗值，如广州某船厂 50000吨散货船，主机为6S60MCC-7 tier I，CSR工况下：8882.5kW, 99.5r/min，台架试验主机油耗率为 166.4g/kWh而试航实测值为180.4g/kWh，实测油耗值明显大于台架试验测量值，而主机油耗率反映在主机燃油日耗量上[1]：

式中：PCSR为主机在CSR时的功率，kW；gCSR为主机在CSR时的燃油消耗率，kg/kWh。

即若在耗油率上相差 14g/kWh时，日油耗量相差为2.98t，因此在船舶运营经济型上，一个航次就相差的油耗量就会是一个很大的数值。

考虑到和实测油耗值有关的因素，从主机耗油量公式分析[2]：

式中，g为耗油量，g/kWh；G为流量计读数，l/h；I为燃油比重；P为轴功率，kW；C为修正系数。

修正系数、燃油比重和流量计读数可视为定值，可变值只有总耗油量和测量功率，由于测量功率为轴输出功率，因此影响轴功率输出的因素对油耗都会有一定影响。究其原因，有以下几点可在试航期间影响轴功率的输出。

2.1 空载状态的影响

试航时，船舶运行状态为空载，非设计吃水。例如某船厂50000吨散货船设计吃水为10.4m，试航时为压载吃水，艏吃水为4.268m，艉吃水为7.19m，和设计吃水相比吃水值要小，试航时船舶运行阻力也相对较小。

图1为参考主机负荷特性曲线[3]。

图1 参考主机负荷特性曲线

ηe=ηi/ηm，其中ηe为有效效率；ηi为指示热效率；ηm为机械效率。

从负荷特性曲线上，有效耗油率ge和有效效率ηe成反比，从低负荷开始ge随负荷的增加而下降，但负荷增加到一定程度时，因过量充气系数a下降，使混合气的形成及燃烧过程恶化，故ge开始上升。因此油耗ge的曲线呈中间低两头高，大约在80%～90%标定负荷之间，存在一个ge的最低点，这一负荷时油耗最经济。然而，在低负荷下燃油消耗率ge显著增大，ηe降低，这是所有柴油机的特性，因此柴油机在空载或低负荷下运行是不经济的。此时测得的油耗值相对也是较高的。

2.2 试航海况的影响

台架试验是在静水和额定阻力下进行的试验。但试航期间，水流的速度和方向存在变化，风速和风向也存在变化，船舶运行时加速和减速的情况也时常发生，则进程比λp必然随海况的影响发生变化。

因在试航时，CSR工况选择是按照轴功率值为依据的，因此轴功率值是一定的。

根据螺旋桨特性曲线[3]，可得λp对机桨配合的影响，见图2。

图2 λp对机桨配合的影响

螺旋桨特性曲线还随运行工况而变，如上图所示，通常用进程比λp这个表征螺旋桨水动力性能的重要参数来表示。船舶定速时，λp为定值，就有一条相应的螺旋桨特性线。在变工况下，船速发生变化，λp也必然改变。

当船舶阻力减小时，λp变大，螺旋桨特性曲线变的平坦，若把λp1认为是设计吃水时的工况，则λp2和λp3分别表示阻力增大和阻力减小时的工况，因空载时阻力相对较小，即空载时的螺旋桨特性曲线是λp3。此时，若主机输出功率不变，则与螺旋桨特性曲线上的交点是3，柴油机的转速n3高于n1，功率也略高于Pe1。

在这种情况下，柴油机的热负荷将增加，同时由于超过额定转速n1，从而导致机械功率降低和机械负荷大大增加（主要由运动件惯性力增加而引起）。因部分功率在以上原因的损失，致使测得的油耗率升高。

2.3 主机燃油喷射器的喷油定时调整

试航期间，主机燃油喷射器喷油定时调整是一个漫长且及其考验主机调试厂家技术的一项工作，也是影响主机油耗的一个重要因素，若喷油定时调整不准确，会出现主机燃油喷射器喷射提前或延后的情况，在此两种情况下，都会使主机燃油燃烧不充分，即消耗同样的油，测得的输出功率相比减少，则计算出的燃油油耗率必然升高。

正常p-φ展开图[3]如图3所示，某船厂8.2万吨散货船5号船测得的单缸p-φ展开图如图4所示。

图3 正常p-φ展开图

图4 5号船测得的单缸p-φ展开图

与正常p-φ展开图在爆发点处（即曲线最高点处）有差别,此船测得的p-φ展开图存在主机喷油定时调整不准确或二次喷油的情况，在此情况下测得的油耗率也明显高于其它船。

2.4 记录燃油进油和回油的准确性

以下几种读数方式可能会影响燃油消耗率数值：

1）时间控制不准确。试航期间，不是用秒表计时，而是用手表或手机时间代替，不能满足计时的准确性。

2）读数时顺序错误，即开始测量时读数的流量计和结束测量时读数的流量计顺序不一致，不能保证进油流量计和回油流量计都等于额定时间。例如：测量开始时，先读回油流量计读数，再读进油流量计读数；测量结束时，先读进油流量计读数，再读回油流量计读数。在此测量期间，回油流量计测量时间就要大于额定时间，而进油流量计测量时间可能就要小于额定时间。

3）读数错误。流量计形式不一样，有时读数人员对流量计不熟悉，导致读数错误。

3 结论

综合以上，在试航时，空载的状态、试航工况、读数准确性和主机燃油喷射定时均影响轴功率的测量值，也相应影响到主机油耗值。为避免试航期间主机燃油消耗率过高，可以从上述影响因素入手，采取相应措施，使试航油耗率更能反映主机的真实油耗率。

[1] 于洪亮, 黄连忠. 船舶动力装置[M]. 大连: 大连海事大学出版社, 2006.

[2] 陆俊岫. 船舶建造质量检验[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 1996.

[3] 朱建元. 船舶柴油机[M]. 北京: 人民交通出版社,2004.

GE与重庆耐德签署合作备忘录 提供260套CNG In A Box系统

GE石油天然气集团今天宣布与知名的石油天然气、环保与汽车设备制造商耐德公司合作。耐德将在未来三年内采购260套CNG In A Box系统。GE石油天然气集团同时还宣布其高速往复压缩机生产基地在中国沈阳落成。

GE 创新产品CNG In A Box系统将为耐德公司及其客户提供小型、即插即用的压缩天然气供气解决方案，帮助改善中国的天然气供气基础设施。中国快速的城镇化建设使得交通工具和工业应用对于燃料的需求激增。CNG In A Box系统特别为应对这一需求而设计，可以缓解因天然气管道的局限带来的压力。建设天然气加气站符合中国当前从汽油和柴油转为更清洁、经济的天然气燃料的发展趋势。

CNG In A Box系统是GE绿色创想产品。使用CNG In A Box系统的压缩天然气燃料供给可以减少24%的二氧化碳排放量（和使用汽油燃料相比，相当于每辆车每年减少2.2吨的排放量）。而一氧化碳、氮氧化合物（NOx）、细颗粒物和挥发性有机化合物的减少将更为明显。如果按照每年41120公里的驾驶里程计算，汽油价格为0.9美元/升，压缩天然气的价格为0.56美元/升，那么一辆使用压缩天然气的汽车每年燃料成本可降低40%。

GE向耐德公司提供的压缩天然气（CNG）加气站设备将配备标准大小的CNG In A Box™系统，其中包括多个子站。这种设计可以尽可能减少对先期铺设天然气管道的需求。母加气站拥有先进的监测功能，能够在子加气站的天然气存量降低到一定水平时自动供气，这个独特的功能将减少中国当前天然气供气基础设施所导致的等待时间。

包括CNG In A Box系统在内的GE天然气解决方案中一个必不可少的部分是高速往复压缩机。对于一些小型或者模块化天然气解决方案，如石油和天然气井的生产优化、偏远地区的发电建设以及利用压缩天然气和液化天然气等替代能源来变革交通运输行业等项目，高速往复压缩机是技术核心。GE将生产基地设在沈阳，对国内客户而言，交货时间缩短了50%。现阶段，沈阳生产基地每年可生产300套高速往复压缩机。随着行业需求的不断扩大，将来还可以扩大产能。GE高速往复压缩机的主要生产位于美国德克萨斯州的休斯顿，沈阳是其美国生产能力的延展。这一生产基地的落成可以帮助客户更快速经济地实施GE天然气解决方案。

沈阳生产基地生产的首批高速往复（HSR）压缩机装置已由中国企业客户中集安瑞科控股有限公司和杰利阳能源设备有限公司购买。GE高速往复压缩机生产基地是基于其原有设施成立的，运行于今年6月份就已启动。GE在沈阳的原有生产设施主要致力于可再生资源和流程技术科学。

Analysis of Calculation and Influential Factor of Specific Fuel Oil Consumption during Sea Trial

MIAO Li-yong, ZHANG Wang-zheng
(Qingdao Yangfan Shipbuilding CO., Ltd., Shandong Qingdao 266209, China)

This paper analyzes the factors that influence the fuel oil consumption of the main engine in the period of sea trial. Aiming at unload and particular working conditions, when the value of fuel oil consumption is higher than the factory measures, the reason and the improved method should be considered.

Sea trial; fuel oil; specific consumption

U664

A

苗立勇（1982-），男，助理工程师。主要从事船舶设计工作。