船舶降速航行管理

傅金浩

船舶降速航行管理

傅金浩

在航运市场极端低迷的形势下，各航运公司无不将船舶降速作为降本增效的主要手段。在船舶极端降速的条件下，对机械设备的管理就要有一定的措施，这样才能够保证安全。分析船舶极端降速的潜在危害，以及主机工作特性和船舶设计特点对极端降速的限制，在此基础上提出主机降速应采取的安全管理措施。

极端降速；航行安全；船舶主机管理；主轴承；缸内燃烧

一、引言

从2009年开始，航运市场开始逐步下行，由不正常的暴利突然跌入极度亏损的深渊，同时又有大量船舶运力集中投入市场，且燃油价格持续攀升，使得各航运公司运营成本大幅提高，给经营创效带来了极大的压力和困难。为此各航运公司纷纷寻找对策，其中最为显著的措施就是大幅降低营运船舶航速，以期在节能的同时起到消耗运力的作用。到2014年，油运市场有所恢复，燃料油价格一路下滑，各航运公司的油轮又基本上恢复到了正常的营运航速。当前，随着油运市场的再一次走低，以及燃油价格的逐步回升，未来几年航运市场仍然不被看好。可以预见，新一轮的船舶极端降速航行为期不远。笔者通过前期船舶降速运行积累的一些经验心得，在此与业内的同行作一交流。

我司以前的绝大多数船舶主机都是MAN B&W 的MC型，近两年来接入的船舶主机都是MAN B&W 的ME型。ME型机的设计虽然具有良好的低速运行性能，但在热工管理上与MC型并没有本质的区别。由于当前ME型机符合TieII的要求，燃烧循环的喷油更加滞后，后燃相对更多，所以长期低速运行带来的问题可能会更多。船舶极端降速航行毕竟是不得已而为之的举措，需要小心谨慎操作。首先要根据船舶实际运行情况、航运载货要求，逐步调整主机持续最低转速，并连续跟踪船舶各运行参数变化情况。在降速航行的初期，我们经过长达近一年的调研，认为只要采取一定的措施，船舶主机在极低的负荷下连续运行是可行的。船舶实施安全降速运行无非是通过硬件、软件及日常管理来实现的（见图1）。

图1 船舶实施安全降速航行基础

柴油机厂家也根据市场形势及时发布了技术通函（尤其是MAN SL09-511和MAN SL08-501），对极端降速给予了一定的指导。这成为我们的理论依据。为配合极端降速，我司投入了部分资金，将早期建造船舶的机械汽缸注油器改造成电子汽缸注油器，将普通式燃油喷油器改造成滑阀式喷油器，在硬件上给予了保障。同时，依托软件，在PMS中视情适当调整检修周期，加强热工监控管理，及时发现问题并给予指导。在管理上，进行大量的数据采集和分析，从技术层面上形成指导意见，保证了船舶极端降速的安全实施——这体现出了公司机务和船舶的管理水平；最重要的是，在需要时，船舶主机不但能够长期低速运行，而且能够随时恢复服务转速——这才是船舶管理工作所应具备的能力。

二、船舶极端降速的潜在危害

1.主机曲轴轴承磨损

轴颈负荷P与轴颈尺寸r和l、轴的转速w、滑油黏度和轴承间隙ψ的关系公式为：

可以得到轴承承载压力与轴的转速成正比。负荷过大，会造成轴承的过度磨损；相反，轴的转速过低，就不可能建立适当的油契压力，形成液体动力润滑（见图2、图3）。主机长期低速、低负荷运行，频繁地启动与停车，会造成轴承的不正常磨损。

图2 主机轴瓦润滑纵剖面

图3 主机轴瓦润滑横剖面

2.主机汽缸套、活塞等部件的不正常磨损

主机活塞在汽缸中往复运动，工作环境十分恶劣，所以两者之间的润滑方式只能是薄膜润滑。薄膜润滑又称边界润滑，是指运动的工作表面之间只能保存一层吸附在金属表面上的油膜。据此可知，活塞与汽缸套之间的边界润滑油膜极易破裂，造成较大的摩擦磨损。船舶主机缸套沿着轴线方向的磨损规律如下。（1）磨损最严重的部位：缸套上部、活塞到达上死点时第一道活塞环所对应的部位（活塞在此部位的运动速度最低）。（2）磨损第二严重的部位：缸套底部扫气口附近。（3）磨损最轻的部位：缸套的中间段。磨损程度不同的三个区域，除了润滑条件等其他原因外，活塞在上下部位的运动速度低也是一个最重要的因素。主机低转速运转，在活塞与缸套之间就不容易形成有效的边界润滑，从而每个工作循环缸套磨损的几率就会加大。在极端降速的情况下，燃油的燃烧质量变差，燃烧不良产物增多，也会增加缸套的磨损。

3.对主机透平、废气锅炉的不利影响

主机转速越低，主机透平的转速就越低，进入主机汽缸的空气压力（即扫气压力）或者说进入主机的空气量自然也越低（即空气密度低），使主机缸内的工作循环不可能有充分的扫气，导致柴油机是在较低的空气/燃油比下运行，汽缸内燃烧不良。不良燃烧产物会越来越多地聚集在扫气箱内，加之上面提到的活塞和缸套的过度磨损，就形成扫气箱着火和爆炸的潜在危险。同时，主机废气流量、流速减小，使透平喷嘴环、废气叶轮及废气锅炉沉积烟灰的可能性大大增加。烟灰的沉积会损坏涡轮增压器的性能，增加透平轴承磨损、喷嘴环烧蚀的风险。对于废气锅炉，特别在具有翅片的水管废气炉内，低负荷运行会沉积更多的烟灰，大大增加了废气锅炉烟面发生火灾的可能性。以上这些风险，会随着船龄的增加而逐渐凸显出来。这是其一。其二，在低负荷、低转速时，排气流量降低，温度低，使在透平及废气锅炉内某些流道中的废气流通速度降低，更容易产生硫酸，形成低温腐蚀。长期的低温腐蚀，势必影响透平及废气锅炉的使用寿命。

主机在60%到65%以上正常负荷时，主机透平效率较高，排烟温度亦平稳增长；低于这个负荷一段区域内，透平效率很低，主机排烟温度异常增高；主机负荷在35%以下时，主机透平效率极低，只能依靠辅助鼓风机帮助增加空气进入量。MAN 7S80船舶主机鼓风机一般在扫气压力设定为45 kPa左右时启动，扫气压力设定为75 kPa左右时辅助鼓风机停止。可见，极端降速的情况比较复杂，需要多方面考虑，尽可能防止鼓风机发生严重的损坏。

三、主机工作特性和船舶设计特点对极端降速的限制

船舶主机的最低稳定转速，限定了主机运转的最低转速。船舶的主机选型装船后，主机的允许工作范围就已经确定。这个工作范围由限制特性、标定转速（或其相应的调速特性）、最小负荷速度特性、最低工作稳定转速所限制。柴油机的负荷会随着转速的降低迅速减小，在过小的负荷下工作时每个循环供油量太少，而且各缸的供油量在此情况下将变得更加不均匀，结果就可能导致各缸功率显著不均，柴油机运转不稳定。同时，在极端降速时主机的热效率大大低于正常值。最低工作稳定转速与柴油机的汽缸数量、设计形式和推进轴系（即中间轴、尾轴承及螺旋桨等）配置等因素有关，是主机能够稳定工作的最低转速。以VLCC船舶MAN B&W 7S80MC主机为例，其最低稳定转速一般为18转/分钟，对应的负荷大约为额定负荷的10%。

主机共振（这一概念我们并不陌生）转速区（临界转速区），限定了转速的任意降低区域。由于船体、主机自身设计及其推进轴系的选配等原因，在主机工作转速范围内存在很多共振区，其中共振最大的主机共振所对应的主机转速区段称主临界转速区，也就是转速禁区。所以，在主机降速航行期间及任何情况下，主机使用的转速必须避开此区域（VLCC船舶MAN B&W 7S80MC主机共振转速区在31～38转/分钟之间，不同船型略有不同）。

四、降速后采取必要的安全管理措施

以VLCC船舶MAN B&W 7S80MC主机为例，我司船舶当前最低已经降低到主机额定功率的17%连续运行，耗油达到约20吨/天。虽然能够节省大量的燃油成本，但在管理上必须采取一定的措施，才能够保证设备长期安全稳定运行。主机降速到18%～20%负荷对应的转速在43～45转时，车钟手柄大致在“half”位置（各船型略有不同，但区别不大），相应需要主机辅助鼓风机连续运转，两台辅机并联运行，辅助锅炉置于低压自动模式等。在此，建议采取如下措施：

（1）坚持主机每2～3日加速到75%MCR以上一次，时间1～2小时，并进行废气炉吹灰和主机透平冲洗；航行中加强废气炉烟气进出温差和压差的检查和记录；每航次水洗废气炉，如航线长，可每隔10～15天停航检查，必要时水洗废气炉烟面，并根据实际情况调整水洗间隔。

（2）对使用ALPHA电子汽缸注油器控制的船舶，运行在25%负荷以下，主机汽缸注油器将自动转至转速模式，相应汽缸油注油率会偏大，需计算主机汽缸油注油频次即每隔几转注油一次。注一次油的间隔期不应大于7转。

（3）坚持每航次对主机缸套和活塞环进行检查和测量，关注活塞头的积炭情况，并通过扫气口观察缸壁磨损情况；缩短扫气道的清洁间隔，加强扫气箱内止回挡板及鼓风机进口止回挡板的检查。

（4）主机扫气温度不低于45 ℃，缸套冷出水出口温度不低于84 ℃（对配备LDCL的ME型主机，按说明书要求进行管理）。

（5）运行中加强对辅助鼓风机马达的检查（温度、震动和声音）。

（6）避免主机在临界转速区运行。如遇恶劣天气，主机使用转速应离临界转速区远一点。

（7）轮机长要及时（建议每一降速航次）总结和反馈极限降速时各设备的运行情况。

（8）如有机会，检查船壳外板海生物的附着情况。

（9）加强主机曲柄箱的检查，主要是关注降速对主轴承的影响。

（10）主机辅助鼓风机长时间运转存在潜在的损坏风险，应为船舶至少配备一台。

五、总结

主机极端降速运行，对缸内燃烧肯定是不利的，但通过近几年的运行情况来看，对缸套的磨损率并没有增加，毕竟机械应力和热应力比正常航行小了许多；由于燃烧不良，进排气及燃烧室脏污较快，船员的工作量增加了很多。鉴于市场状况，船岸管理者应共同努力，克服不利因素，渡过难关，尤其需要加强沟通并总结船舶极端降速管理经验，以便及时调整管理措施，保证安全营运，为公司效益最大化做出贡献。

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.05.007

傅金浩（1965—），男，大连中远海运油品运输有限公司，轮机长。