A causa della crisi del mercato marittimo e dei controlli sempre più severi sulle emissioni dei motori principali, il costo del carburante per uso marittimo è in aumento.
Per risparmiare sui costi del carburante, i noleggiatori di navi solitamente richiedono che il motore principale rallenti, ma questo rallentamento comporterà inevitabilmente un aumento del tempo di navigazione e dei costi di noleggio, quindi dobbiamo trovare un equilibrio tra costi del carburante e noleggio.
L'autore ha ricevuto un'istruzione dal noleggiatore per un certo viaggio:
Partendo dal presupposto di non modificare i parametri tecnici, si individua la velocità migliore del motore principale come riferimento decisionale.
In primo luogo, la velocità del motore principale diminuisce, la velocità di navigazione è la decisione ottimale
Dopo aver consultato la letteratura pertinente, l'autore ha scoperto che la maggior parte dei dati menzionava l'algoritmo della velocità economica della nave e i fattori da considerare;
Consultando il manuale del motore principale è possibile anche ottenere la relazione tra consumo di carburante e velocità del motore principale.
Le condizioni del motore principale e della nave cambiano durante il funzionamento effettivo, pertanto questi calcoli potrebbero non essere accurati.
Vengono effettuati una serie di test per determinare la velocità ottimale del motore principale quando si naviga a velocità ridotta.
1. Dati di prova
Il motore principale della nave è un motore diesel a bassa velocità MAN B&W 6S60MC, che utilizza carburante IFO 380, la massima velocità di funzionamento continuo (MCR) è di 89 giri/min, la potenza è di 10316 kW e la normale velocità di funzionamento continuo (NCR) è di 82,6 giri/min.
Il viaggio di prova è stato da Hay Point a Singapore, con una distanza di 3937 miglia nautiche. La nave era in buone condizioni di mare con 73000t di carico completo e un pescaggio medio di 13,8 m.
L'ultima riparazione in bacino di carenaggio della nave è avvenuta circa 1,5 ore dopo la consegna.
2. Analisi dei benefici
Considerando solo i costi di noleggio e carburante, e non prendendo in considerazione altri fattori, la formula per calcolare il costo totale del viaggio a diverse velocità del motore è MRPM=T(ND + FDPF.O) (1)
Dove: MRPM è il costo totale del viaggio, USD;
T è la durata del viaggio, d;
ND è il noleggio giornaliero dell'imbarcazione in USD /g;
FD è il consumo giornaliero di carburante della nave, t/d, che consiste nel consumo giornaliero di carburante del motore principale e nel consumo giornaliero di carburante del motore ausiliario (1,6 t/d).
PF.O è il prezzo attuale del carburante, USD/t.
Confrontando il costo totale MRPM a diverse velocità del motore con il costo totale alla velocità nominale (82,4 giri/min), è possibile ottenere la redditività a quella velocità.
3. Fattibilità
Consultando il manuale dell'host, si può notare che quando la velocità dell'host è 72,3 giri/min, il carico di lavoro è pari al 48% del carico nominale.
Se il motore principale funziona a lungo sotto questo carico, il ventilatore ausiliario non deve essere avviato durante il funzionamento, altrimenti si verificherà facilmente un carico d'impatto sulla rete elettrica e si ridurrà la durata utile del ventilatore ausiliario.
Inoltre, è necessario assicurarsi che la pressione del vapore della caldaia a gas di scarico sia sufficientemente elevata da impedire l'avvio della caldaia a gasolio, altrimenti si verificherà un ulteriore consumo di carburante.
Secondo il test, quando la velocità del motore principale è 72,3r/min, la velocità del compressore è 9100 r/min, la pressione di lavaggio è 0.088MPa e la pressione del ventilatore ausiliario è impostata a 0,043MPa per l'avvio e 0,062MPa per l'arresto, il che può garantire che il ventilatore ausiliario non si avvii. La pressione del vapore della caldaia a gas di scarico è mantenuta a 0,5MPa e la caldaia a gasolio non viene avviata.
Pertanto, la velocità dell'host è impostata su 72,3 giri/min, il che è fattibile.
In secondo luogo, il problema causato dal basso carico a lungo termine dell'host
(1) Lubrificazione del cilindro.
Quando il motore principale funziona a basso carico per un lungo periodo di tempo, è necessario tenere in considerazione il problema della lubrificazione dei cilindri.
Un punto di vista è che la velocità inferiore del motore principale peggiorerà inevitabilmente l'effetto di lubrificazione e che la fornitura di olio del cilindro dovrebbe essere aumentata per garantire la lubrificazione necessaria. L'altro punto di vista è che la quantità totale di zolfo che entra nel cilindro sarà ridotta quando la frazione di massa di zolfo del carburante è certa e che il consumo di olio del cilindro dovrebbe essere ridotto.
Questi due punti di vista necessitano di ulteriori analisi.
(2) Grave accumulo di carbonio.
Il funzionamento a basso carico a lungo termine del motore principale e il deterioramento della combustione porteranno inevitabilmente a un grave accumulo di carbonio nella camera di combustione, nella valvola di scarico, nel compressore, nella caldaia, ecc. In particolare l'accumulo di carbonio nella valvola di scarico e nella caldaia porterà al deterioramento delle condizioni di funzionamento del motore principale.
(3) Pressione del vapore.
Il funzionamento a lungo termine a basso carico del motore principale porterà inevitabilmente alla riduzione della pressione del vapore della caldaia a gas di scarico e, durante la normale navigazione, solitamente viene bruciato olio pesante, quindi deve esserci abbastanza vapore.
Se la pressione del vapore è inferiore al valore impostato, la caldaia a gasolio entrerà in funzione, aumentando ulteriormente il consumo di carburante.
(4) Ventilatore ausiliario.
La riduzione della velocità del motore principale ridurrà inevitabilmente la velocità del compressore, con conseguente riduzione della pressione di lavaggio.
Quando la pressione di lavaggio è inferiore al valore impostato, il ventilatore ausiliario funzionerà in modo intermittente, con conseguente aumento del carico del generatore e un impatto sul carico della rete elettrica al momento dell'avvio, che causerà la perdita di potenza dell'intera nave.
Anche una bassa pressione di lavaggio peggiorerà la combustione.
In terzo luogo, le contromisure del basso carico a lungo termine dell'ospite
1, regolare la portata di riempimento dell'olio del cilindro
(1) Il valore di base impostato della velocità di riempimento dell'olio del cilindro. La nave adotta l'oliatore meccanico Jensen. Secondo le istruzioni del produttore del motore principale, la velocità di iniezione è impostata su MCR
QMCR=24BSPMCR /(1000Cρ) (2)
Formula:
QMCR è la velocità di iniezione del carburante impostata, L/d;
BS è il punto di regolazione di base, impostato a 1,1 g /(kW·h) come indicato dal proprietario;
PMCR è la potenza di uscita quando MCR, quando la velocità dell'host è 89.0 giri/min, la potenza è 10316 kW;
C è il numero di cilindri, questa nave ha 6 cilindri;
ρ è la densità dell'olio del cilindro, la nave utilizza olio per cilindri BN 70,
La densità è di circa 0.9343kg/L a 15 gradi.
Secondo il calcolo, il tasso di riempimento QMCR è=48.6L /d.
(2) La portata di riempimento dell'olio cambia in base alla velocità del motore principale.
Mantenendo invariato il valore di base impostato, la portata di riempimento dell'olio del cilindro diminuirà proporzionalmente alla diminuzione della velocità del motore principale, la formula di calcolo è
Q parte=QMCRn parte /nMCR(3)
Se la velocità del motore principale è impostata su 72,3 giri/min, la velocità di iniezione dell'olio nel cilindro è Q72,3=39,5L/giorno e il consumo giornaliero di olio nel cilindro è QD=6Q72,3=236,8L/giorno, il che è coerente con il valore effettivamente misurato.
(3) Regolazione della portata di riempimento al variare del carico.
Attualmente, alcuni modelli MAN B&W sono dotati di sistemi di lubrificazione dell'olio del cilindro regolati tramite MEP (pressione effettiva media) e la portata di riempimento dell'olio del cilindro viene regolata in modo proporzionale nell'intervallo dal 40% al 100% MEP.
Se il motore principale non è dotato di questo sistema, è possibile regolare manualmente la portata del carburante.
La formula di calcolo del tasso di riempimento adeguato secondo MEP è
Q parte=QMCRP parte /PMCR(4)
Nella formula:
La parte P è la pressione effettiva media sotto carico parziale. Secondo il test, è 10,7 MPa quando la velocità dell'host è 72,3 giri/min.
PMCR è la pressione media effettiva a MCR, che, secondo il test, è pari a 17,9 MPa.
Secondo il metodo di regolazione MEP, quando la velocità host è 72,3r/min, il consumo di olio del cilindro QD è 174,6L/d, ovvero il consumo di olio del cilindro può essere regolato da 236,8L/d a 174,6L/d, ma non inferiore al 40% del valore di base impostato (19,4L/d).
A bordo è stato infatti adottato un approccio più conservativo per regolare il consumo di olio del cilindro da 240 L/giorno a 200 L/giorno.
Dopo l'arrivo al porto, in base all'ispezione del porto di smaltimento, il tasso di iniezione del petrolio è ancora elevato e può essere opportunamente ridotto.
Ovviamente è vantaggioso ridurre i costi operativi della nave.
2. Ridurre l'accumulo di carbonio
Per ridurre l'accumulo di carbonio, prevenire la corrosione della camera di combustione e garantire una buona combustione, la temperatura di spazzata viene aumentata il più possibile a 41 ~ 43 gradi;
La temperatura dell'acqua di raffreddamento del rivestimento del cilindro è impostata su un limite massimo di 82 ~ 83 gradi (allarme 85 gradi), il che favorisce la combustione e riduce la corrosione;
Ridurre il ciclo di manutenzione della valvola di scarico e dell'iniettore, in particolare l'effetto di atomizzazione dell'iniettore è scarso quando funziona a bassa velocità e deve essere sottoposto a manutenzione frequente per garantire una buona combustione;
Il motore principale viene accelerato a 82 giri/min due volte al giorno per 1 ora di funzionamento per pulire l'accumulo di cenere nel canale di scarico;
Accelerando il motore principale, si rafforza l'espulsione della fuliggine dalla caldaia dei gas di scarico.
Contemporaneamente, l'estremità dei gas di scarico del compressore viene pulita a secco e l'estremità dell'aria compressa viene lavata per ridurre l'accumulo di carbonio e cenere nel compressore.
3. Controllare il consumo di vapore
Controllare il consumo di vapore e chiudere le tubazioni del vapore delle apparecchiature che non necessitano di riscaldamento, comprese le tubazioni del vapore di accompagnamento di alcune linee del carburante;
Chiudere il più possibile la valvola di riscaldamento del serbatoio dell'olio per garantire il fabbisogno di riscaldamento del sistema di alimentazione dei motori principali e ausiliari ed evitare l'avvio della caldaia dell'olio.
4, controllare la pressione minima di lavaggio
Controllare il carico minimo del motore principale, soprattutto in condizioni di carico leggero, e non lasciare che la pressione di lavaggio scenda al di sotto del valore di avviamento impostato per il ventilatore ausiliario.
Se necessario, il ventilatore ausiliario può essere messo in modalità di controllo manuale o abbassare l'impostazione di avvio del ventilatore ausiliario, ma ciò potrebbe portare a una combustione incompleta e lo scarico dovrebbe essere attentamente monitorato. Rafforzare l'ispezione e la manutenzione giornaliera dei ventilatori ausiliari.
IV. Osservazioni conclusive
Nel funzionamento a basso carico del motore principale, per ottenere le migliori condizioni di lavoro, è anche possibile regolare il rapporto di compressione, l'angolo di anticipo dell'iniezione, ecc., ma la nave effettivamente in funzione non può regolare a piacimento i parametri del motore principale e l'armatore non è disposto a far funzionare il motore principale per lungo tempo a basso carico.
Infatti, con il consenso del proprietario della nave, a partire da questo viaggio la nave ha raggiunto una velocità economica di 72 giri/min e i risultati delle operazioni di diversi viaggi hanno dimostrato che i parametri operativi della nave sono stati mantenuti in buone condizioni.