Do sự suy thoái của thị trường vận tải biển và việc kiểm soát khí thải của động cơ chính ngày càng chặt chẽ, chi phí nhiên liệu hàng hải đang tăng lên.
Để tiết kiệm chi phí nhiên liệu, người thuê tàu thường yêu cầu động cơ chính chạy chậm lại, nhưng việc chạy chậm lại tất yếu sẽ dẫn đến thời gian di chuyển tăng lên, chi phí thuê tàu tăng, do đó chúng ta phải tìm cách cân bằng giữa chi phí nhiên liệu và tiền thuê tàu.
Tác giả đã nhận được chỉ dẫn từ người thuê tàu trong một chuyến đi cụ thể:
Trên cơ sở không thay đổi các thông số kỹ thuật, tốc độ tốt nhất của động cơ chính sẽ được tìm ra để tham khảo khi ra quyết định.
Đầu tiên, động cơ chính giảm tốc độ chèo thuyền quyết định tốc độ tối ưu
Sau khi tham khảo các tài liệu liên quan, tác giả nhận thấy hầu hết các dữ liệu đều đề cập đến thuật toán tốc độ kinh tế của tàu và các yếu tố cần xem xét;
Tham khảo hướng dẫn sử dụng động cơ chính, bạn cũng có thể biết được mối quan hệ giữa mức tiêu thụ nhiên liệu và tốc độ của động cơ chính.
Tình trạng động cơ chính và tàu thay đổi trong quá trình hoạt động thực tế, do đó những tính toán này có thể không chính xác.
Một loạt các thử nghiệm được thực hiện để xác định tốc độ tối ưu của động cơ chính khi di chuyển ở tốc độ chậm.
1. Dữ liệu thử nghiệm
Động cơ chính của tàu là động cơ diesel tốc độ thấp MAN B&W 6S60MC, sử dụng nhiên liệu IFO 380, tốc độ hoạt động liên tục tối đa (MCR) là 89 vòng/phút, công suất 10316 kW, tốc độ hoạt động liên tục thông thường (NCR) là 82,6 vòng/phút.
Chuyến đi thử nghiệm là từ Hay Point đến Singapore, với khoảng cách là 3937 hải lý. Con tàu ở trong tình trạng biển tốt với tải trọng 73000 tấn và độ mớn nước trung bình là 13,8m.
Lần sửa chữa cuối cùng của con tàu tại ụ tàu là khoảng 1,5 giờ sáng kể từ khi giao hàng.
2. Phân tích lợi ích
Khi chỉ xem xét chi phí thuê và nhiên liệu, và không tính đến các yếu tố khác, công thức tính tổng chi phí hành trình ở các tốc độ động cơ khác nhau là MRPM=T(ND + FDPF.O) (1)
Trong đó: MRPM là tổng chi phí của chuyến đi, đô la Mỹ;
T là thời gian đi của chuyến đi, d;
ND là giá thuê tàu theo ngày tính theo USD/ngày;
FD là lượng nhiên liệu tiêu thụ hàng ngày của tàu, t/d, bao gồm lượng nhiên liệu tiêu thụ hàng ngày của động cơ chính và lượng nhiên liệu tiêu thụ hàng ngày của động cơ phụ (1,6t/d).
PF.O là giá nhiên liệu hiện tại, USD/tấn.
Bằng cách so sánh tổng chi phí MRPM ở các tốc độ động cơ khác nhau với tổng chi phí ở tốc độ định mức (82,4 vòng/phút), có thể thu được lợi nhuận ở tốc độ đó.
3. Tính khả thi
Tham khảo hướng dẫn sử dụng máy chủ, có thể thấy rằng khi tốc độ máy chủ là 72,3 vòng/phút, tải trọng làm việc là 48% tải trọng định mức.
Nếu động cơ chính chạy dưới tải này trong thời gian dài thì không được khởi động quạt gió phụ trong quá trình vận hành, nếu không sẽ dễ dẫn đến tải trọng va đập lên lưới điện và làm giảm tuổi thọ làm việc của quạt gió phụ.
Ngoài ra, cần đảm bảo áp suất hơi của lò hơi khí thải đủ lớn để lò hơi dầu không khởi động, nếu không sẽ dẫn đến tiêu thụ thêm nhiên liệu.
Theo thử nghiệm, khi tốc độ của động cơ chính là 72,3 vòng/phút, tốc độ của bộ siêu nạp là 9100 vòng/phút, áp suất làm sạch là 0.088MPa và áp suất của quạt gió phụ được đặt ở mức 0,043MPa để khởi động và 0,062MPa để dừng, điều này có thể đảm bảo rằng quạt gió phụ không khởi động. Áp suất hơi của nồi hơi khí thải được duy trì ở mức 0,5MPa và nồi hơi đốt dầu không được khởi động.
Do đó, tốc độ máy chủ được đặt ở mức 72,3 vòng/phút, điều này là khả thi.
Thứ hai, vấn đề gây ra bởi tải thấp trong thời gian dài của máy chủ
(1) Bôi trơn xi lanh.
Vấn đề bôi trơn xi lanh phải được xem xét khi động cơ chính chạy ở tải thấp trong thời gian dài.
Một quan điểm cho rằng tốc độ thấp hơn của động cơ chính chắc chắn sẽ làm giảm hiệu quả bôi trơn, và cần tăng lượng dầu cung cấp cho xi lanh để đảm bảo bôi trơn cần thiết. Quan điểm khác cho rằng tổng lượng lưu huỳnh đi vào xi lanh sẽ giảm khi tỷ lệ khối lượng lưu huỳnh của nhiên liệu là chắc chắn, và lượng dầu tiêu thụ của xi lanh phải giảm.
Hai quan điểm này cần được phân tích sâu hơn.
(2) Tích tụ cacbon nghiêm trọng.
Hoạt động tải thấp trong thời gian dài của động cơ chính và sự suy giảm của quá trình đốt cháy chắc chắn sẽ dẫn đến sự tích tụ carbon nghiêm trọng trong buồng đốt, van xả, bộ siêu nạp, nồi hơi, v.v., đặc biệt là sự tích tụ carbon của van xả và nồi hơi sẽ dẫn đến sự suy giảm của tình trạng làm việc của động cơ chính.
(3) Áp suất hơi nước.
Hoạt động tải thấp trong thời gian dài của động cơ chính chắc chắn sẽ dẫn đến việc giảm áp suất hơi của nồi hơi khí thải và dầu nặng thường bị đốt cháy trong quá trình di chuyển bình thường, do đó phải có đủ hơi nước.
Nếu áp suất hơi nước thấp hơn giá trị cài đặt, lò hơi đốt dầu sẽ phải hoạt động, làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu.
(4) Quạt gió phụ.
Việc giảm tốc độ của động cơ chính chắc chắn sẽ làm giảm tốc độ của bộ siêu nạp, dẫn đến giảm áp suất làm sạch.
Khi áp suất làm sạch thấp hơn giá trị cài đặt, quạt gió phụ sẽ chạy không liên tục, làm tăng tải máy phát điện, gây tải tác động lên lưới điện tại thời điểm khởi động, dẫn đến mất điện toàn bộ tàu.
Áp suất làm sạch thấp cũng sẽ làm quá trình cháy trở nên tệ hơn.
Thứ ba, các biện pháp đối phó với tải trọng thấp dài hạn của máy chủ
1, điều chỉnh tỷ lệ nạp dầu xi lanh
(1) Giá trị cài đặt cơ bản của tỷ lệ nạp dầu xi lanh. Tàu sử dụng máy bơm dầu cơ học Jensen. Theo hướng dẫn của nhà sản xuất động cơ chính, tỷ lệ phun được cài đặt ở MCR
QMCR= 24BSPMCR /(1000Cρ) (2)
Công thức:
QMCR là tốc độ phun nhiên liệu được thiết lập, L /d;
BS là điểm đặt cơ bản, được đặt ở mức 1,1g /(kW·h) theo chỉ dẫn của chủ sở hữu;
PMCR là công suất đầu ra khi MCR, khi tốc độ máy chủ là 89.0 vòng/phút, công suất là 10316 kW;
C là số xi-lanh, con tàu này có 6 xi-lanh;
ρ là khối lượng riêng của dầu xy lanh, tàu sử dụng dầu xy lanh BN 70,
Mật độ khoảng 0.9343kg /L ở 15 độ.
Theo tính toán, lưu lượng nạp QMCR là=48.6L/d.
(2) Tốc độ nạp dầu thay đổi theo tốc độ của động cơ chính.
Giữ nguyên giá trị cài đặt cơ bản, tốc độ nạp dầu vào xi lanh sẽ giảm theo tỷ lệ với tốc độ giảm của động cơ chính, công thức tính toán là
Phần Q=Phần QMCRn /nMCR(3)
Nếu tốc độ động cơ chính được đặt thành 72,3 vòng/phút, thì tốc độ phun dầu xi lanh là Q72.3=39.5L/ngày và mức tiêu thụ dầu xi lanh hàng ngày là QD=6Q72.3=236.8L/ngày, phù hợp với giá trị đo thực tế.
(3) Điều chỉnh tốc độ nạp khi tải thay đổi.
Hiện nay, một số mẫu xe MAN B&W được trang bị hệ thống bôi trơn dầu xy lanh được điều chỉnh theo MEP (áp suất hiệu dụng trung bình) và tỷ lệ nạp dầu xy lanh được điều chỉnh theo tỷ lệ trong khoảng từ 40% đến 100% MEP.
Nếu động cơ chính không được trang bị hệ thống này, bạn có thể điều chỉnh mức nhiên liệu theo cách thủ công.
Công thức tính toán tỷ lệ lấp đầy được điều chỉnh theo MEP là
Phần Q=Phần QMCRP /PMCR(4)
Trong công thức:
Phần P là áp suất hiệu dụng trung bình dưới tải trọng cục bộ. Theo thử nghiệm, là 10,7MPa khi tốc độ máy chủ là 72,3 vòng/phút.
PMCR là áp suất hiệu dụng trung bình tại MCR, theo thử nghiệm là 17,9 MPa.
Theo phương pháp điều chỉnh MEP, khi tốc độ máy chủ là 72,3 vòng/phút, mức tiêu thụ dầu xi lanh QD là 174,6L/ngày, tức là mức tiêu thụ dầu xi lanh có thể điều chỉnh từ 236,8L/ngày đến 174,6L/ngày, nhưng không được thấp hơn 40% giá trị cài đặt cơ bản (19,4L/ngày).
Trên thực tế, một cách tiếp cận bảo thủ hơn đã được áp dụng trên tàu để điều chỉnh mức tiêu thụ dầu xi lanh từ 240 L/ngày xuống 200 L/ngày.
Sau khi đến cảng, theo kiểm tra của cảng vớt dầu, lượng dầu phun vào vẫn còn lớn, có thể giảm xuống cho phù hợp.
Rõ ràng, việc giảm chi phí vận hành tàu sẽ có lợi.
2. Giảm tích tụ carbon
Để giảm sự tích tụ cacbon, ngăn ngừa sự ăn mòn buồng đốt và đảm bảo quá trình đốt cháy tốt, nhiệt độ quét được tăng lên mức 41 ~ 43 độ trong khả năng có thể;
Nhiệt độ nước làm mát ống lót xi lanh được thiết lập ở mức giới hạn cao là 82 ~ 83 độ (báo động 85 độ), có lợi cho quá trình đốt cháy và giảm ăn mòn;
Rút ngắn chu kỳ bảo dưỡng van xả và kim phun, đặc biệt là hiệu quả phun sương của kim phun kém khi chạy ở tốc độ thấp, phải bảo dưỡng thường xuyên để đảm bảo quá trình đốt cháy tốt;
Động cơ chính được tăng tốc lên 82 vòng/phút hai lần một ngày trong 1 giờ hoạt động để làm sạch tro tích tụ trong kênh xả;
Khi động cơ chính tăng tốc, quá trình thổi muội than của lò hơi khí thải được tăng cường.
Đồng thời, đầu khí thải của bộ siêu tăng áp được vệ sinh khô và đầu khí nén được rửa sạch để giảm lượng cacbon và tro tích tụ trong bộ siêu tăng áp.
3. Kiểm soát lượng hơi nước tiêu thụ
Kiểm soát lượng hơi tiêu thụ và đóng các đường ống hơi của thiết bị không cần gia nhiệt, bao gồm cả các đường ống hơi đi kèm của một số đường ống nhiên liệu;
Đóng van gia nhiệt của thùng dầu hết mức có thể để đảm bảo nhu cầu gia nhiệt của hệ thống nhiên liệu của động cơ chính và động cơ phụ, tránh khởi động nồi hơi dầu.
4, kiểm soát áp suất quét tối thiểu
Kiểm soát tải tối thiểu của động cơ chính, đặc biệt là trong điều kiện tải nhẹ, không để áp suất làm sạch thấp hơn giá trị cài đặt ban đầu của quạt gió phụ.
Nếu cần thiết, có thể đặt quạt gió phụ ở chế độ điều khiển thủ công hoặc hạ thấp cài đặt khởi động của quạt gió phụ, nhưng có thể dẫn đến quá trình đốt cháy không hoàn toàn, cần theo dõi chặt chẽ khí thải. Tăng cường kiểm tra và bảo dưỡng quạt gió phụ hàng ngày.
Iv. Lời kết
Trong quá trình vận hành động cơ chính ở chế độ tải thấp, để đạt được điều kiện làm việc tốt nhất, bạn cũng có thể điều chỉnh tỷ số nén, góc phun sớm, v.v., nhưng tàu vận hành thực tế không thể tùy ý điều chỉnh các thông số động cơ chính và chủ tàu không muốn chạy động cơ chính ở chế độ tải thấp trong thời gian dài.
Trên thực tế, với sự đồng ý của chủ tàu, tàu đã thực hiện tốc độ kinh tế 72 vòng/phút từ chuyến đi này và kết quả khai thác một số chuyến đi cho thấy các thông số vận hành của tàu được duy trì ở tình trạng tốt.