LNG燃料港作拖轮的主机能耗影响因素分析

罗文忠，李 萌，牛志刚

(中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司 天津300452)

1 研究背景

海洋石油525/526船是中国首制纯LNG 燃料动力海船，应用纯LNG 发动机，船舶动态响应特性好，燃烧效率高，节能减排效果好，拖轮全生命周期经济性高，为何证安全型机舱，机器处所机舱的布置使其在任何情况下，均处于气体安全状态[1-4]。两船同批次建造，且设计完全相同，如图1所示。

图1海洋石油525/526示图Fig.1 Pictures of HYSY 525/526 tugs

两港作拖轮均在惠州港作业，兼顾粤东港LNG运输船的协助靠泊任务，基本每月往返惠州—粤东港2～3次，两港相距105 n mile，海上航行往返约17 h。2018年底从两船惠州—粤东LNG 终端航行期间的能耗数据对比发现，在同等情况下海洋石油525船燃料消耗量远高于海洋石油526船(表1)。

两艘船为姊妹船，船型、吃水、吨位、推进功率完全一样，航行距离、航段、作业工况也一样，正常情况下，两艘船的耗气量应该是接近的，为此有必要开展能耗影响因素分析，查找能耗差异的原因。

表1海洋石油525/526LNG燃料港作拖轮单航次LNG消耗量对比Tab.1 Comparison of LNG consumption for single voyage of HYSY 525/526 LNG fueled tugs

2 LNG消耗量上升因素分析

通过分析发现，在相同海域、相同海况、相同航速情况下，海洋石油525船的主机使用功率比海洋石油526船主机使用功率高。结合船舶生产实际情况，围绕主机功率高这一症结进行分析，通过多维度的层层分析，同时剔除不可抗力原因，确定了压载过多、螺旋桨破损、船舶污底、航行操控模式不合理这4项可能是造成主机功率过高的因素[5-6]，并进一步对这4项因素进行分析排查，最终确定造成船舶航行燃料消耗量高的主要原因。

2.1 船舶压载过多

港作拖轮与货船不同，由于港作拖轮的主尺度较小，在实际作业中常处于半压载状态，通过首尖舱和尾尖舱调整船舶浮态，用于调载的压载水较少，对主机功率造成的影响微乎其微。

为进一步验证，查阅轮机日志历史数据，将2018年3次常态下和压载调整状态主机功率数据进行对比分析，主机功率变化极小，且在正常值范围内波动，确认船舶压载对于主机功率的影响很小(表2)。因此，压载过多不是影响燃料消耗过高的主要因素。

表2 海洋石油525船常态/压载调整情况下主机功率百分比Tab.2 Power percentage of main engine under normal / ballast adjustment of HYSY 525

2.2 螺旋桨破损

经咨询船长和轮机长，在船舶作业中和航行中，螺旋桨均无缠绕和打到水中异物的事件发生，主机排温、转速各工况均正常，船舶无异常抖动现象。同时，在日常的维护保养和检查中，并未发现螺旋桨破损的情况出现，排除螺旋桨破损的因素存在(图2)。

图2 海洋石油525船螺旋桨状态 Fig.2 Propeller state of HYSY 525

2.3 航行操控模式不合理

港作拖轮有“联合操纵”和“定速”2种航行操控模式。“联合操纵”模式为主机转速和螺距同时变化的操纵模式，燃料消耗较高。港内复杂航道、需频繁操作时用“联合操纵”模式。“定速”模式是将主机转速保持设定值，通过调整螺距控制船舶状态的操纵模式，在港外拖带或长航时用“定速”模式。查阅设备说明书，定速模式是最节能的一种航行操纵方式。

通过查阅轮机日志并咨询值班驾驶员，确认每次出海往返惠州和粤东航行采用的操作方式都是最节能的“定速”模式，无使用“联合操纵”模式的现象。基本排除操控模式不合理的因素存在。

2.4 船舶污底

水线下船体表面，特别是船底，会生长海藻、贝类等，致使船体水下部分和船底表面脏污和粗糙，这种现象称为污底。船舶污底将会增加船舶的航行阻力，同样船速下将增加主机负荷，燃料消耗增加。港作拖轮长期在固定港口作业，固定的水文环境比较适合海生物的生长，特别是南方的港口，一年四季的海水温度都适合海生物生长。

公司安排潜水员进行了船体水下拍照，由照片可以明显看到船底脏污严重，滋长吸附较多海生物和杂物，生长的贝类海生物最厚可达20 mm，海藻类海生物长度达150 mm(图3)，理论上会增加航行阻力而造成主机功率增加。

调取2017年9月船舶坞修后以及2019年年初船底海生物较多时，船舶由惠州港至粤东往返数航次相似航行状态的主机功率进行对比(表3)。

通过数据对比发现，船舶坞修刚结束时主机功率较小，船底海生物较多时，船行阻力增大造成主机功率增大明显，因此船舶污底是影响燃料消耗过大的主要因素。

图3海洋石油525船底脏污状态 Fig.3 Fouling status of bottom of HYSY 525

表3海洋石油525船相似航行状态的主机功率Tab.3 Main engine power of HYSY 525 under similar navigation conditions

3 船舶清底作业

3.1 船舶清底方案

针对船舶作业的实际情况，公司决定对船舶污底以及螺旋桨进行清洗，降低船体阻力，从而降低主机负荷及燃料消耗率。对于坞修与不停航去污清洁处理进行方案对比，如表4所示。

考虑到海洋石油525船一般两年半进行一次坞修，因此选择不停航方案，采用高压除污设备对水下船体、海底门、螺旋桨等重要部位的海生物进行清理。

3.2 清底后船舶状态

船舶清底作业后，经过2019年5月30日～7月6日惠州至粤东来回对比，海洋石油525船航次平均能耗已降至7.1 m3，如表5所示。

表5海洋石油525船清底后主机LNG消耗量Tab.5 LNG consumption of main engine after bottom cleaning of HYSY 525

船底除污后进行节能统计，船舶每年由惠州至粤东作业大约20次，按照往返计算为40航次，大约能够节约LNG 燃气64 m3，按照0.45 t/m3的密度计算，每年节约28.8 t LNG，船舶加注LNG 的单价为0.6万元/t，节约燃料成本17.28万元，除污费用为2万元，折算每年节约公司成本约15.28万元。港作拖轮在港内的作业时间更长，因为多属随机操作，无法精确统计燃料消耗。通过船底除污，保守估计每艘船每年能够节约成本40万元。

4 总结

港作拖轮日常负责港内大船的靠泊协助工作，基本都是机动操作，没有长距离航行的条件，燃料消耗是否正常缺乏精确的数据支持，船舶污底的影响不能正常反映到能耗的增高上，容易被忽略。

本文分析了主机能耗影响因素，案例通过开展清底作业，有效降低了主机效能，能够为其他船舶在主机能耗分析方面提供有效参考。