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日用油柜容量探讨

新闻来源:中国船检    浏览量:1113 方远明 王德才 2016-12-28
        日用油柜(service tank)系指仅装有经沉淀、分离后,即可使用的高质燃油的燃油柜,燃油等级和质量应符合设备制造商所要求的规格。一般分为重油(HFO)和轻油(MDO)日用油柜。1974年国际海上人命安全公约(SOLAS)对日用油柜的容量提出了要求,但未提供计算容量的方法。本文通过港口国监督(PSC)发现的一起实例,探讨如何计算日用油柜的容量,特别是等效布置情况下的容量,并对日用油柜容量的影响因素进行探讨。
        案例陈述
        2016年2月24日,2名珠海PSC检查官对一艘化学品船进行了检查。船舶基本情况如下:船旗为中国香港,龙骨安放时间为2001年9月22日,6843总吨。PSC检查官检查船舶证书和文书时,随口询问了轮机长HFO日用油柜有几个,在得到只有1个7立方米油柜答复后,又询问了轮机长是否有其它油品的油柜?在得到有2个3.5立方米的MDO日用油柜答复后,经估算和现场核查,并经轮机长确认,PSC检查官开出了“CAPACITY OF D.O.SERV.TK NOT ENOUGH”的缺陷并通知船级社。
        日用油柜容量公约要求
        日用油柜的容量配置要求最先是在SOLAS公约1996年12月修正案MSC.57(67)中提出来的, 对应的条款为S74/CII-1/R26.11: 每艘新建船舶应对推进及主系统必需的每一种燃油配备两个燃油柜或等效布置,其容量必须至少能供船舶推进装置在最大持续功率下,以及发电机装置在海上正常负荷下工作8小时。本节规定只适用于1998年7月1日或以后建造的船舶。
        从以上条款中可以看出,如果不考虑等效布置,一种燃油应配置燃油柜2个,其容量应满足推进装置、发电机装置在最大持续功率、海上正常负荷下工作8小时。这种情况数量配置较为简单。
        如果考虑等效布置,也就是在海安会通函MSC.Circ.1197中,用举例方法解释的等效布置,即为主机、辅机和锅炉等提供至少8小时的1个HFO日用油柜,同时为主机、辅机和锅炉提供至少4小时的2个MDO日用油柜,或者为辅机和锅炉提供至少8小时的2个MDO日用油柜。这种情况实际上减少了一个燃油柜,要复杂一些。
        公约对日用油柜数量提出了明确的要求,对容量也提出了要求,但没有提供具体的计算方法,容易引起PSC检查官、验船师和船东等关联方的歧义,本文将抛砖引玉,作进一步的探讨。
        日用油柜容量计算
        在检查轮机长提供的燃油系统布置图和油类记录簿(ORB)船上燃油加装情况时,PSC检查官发现该船舶船上加装了两种燃油(HFO和MDO),同时,主机使用HFO,而辅机使用MDO,即船上使用2种油品(HFO和MDO),按照公约要求,在不考虑等效布置情况下,应配置4个日用油柜。目前,船上配备了1个HFO和2个MDO日用油柜,属于等效布置。
        结合航运惯例,并引入王氏容积修正系数和功率系数,日用油柜容量计算公式可表述为:
        Cm=MCR×bem×T/ρt/1000000
        Ca=(F×Pe)×bea×T/ρt/1000000
        C=W×(Cm+Ca)
        其中:Cm为主机所需日用油柜容量(立方米,m3
        MCR为主机最大持续功率(千瓦,KW)
        bem为主机有效燃油消耗率(克/千瓦/小时,g/KW/h)
        Ca为发电机所需日用油柜容量(立方米,m3
        F为功率系数(无量纲)
        W为王氏容积修正系数(无量纲)
        Pe为发电机额定功率(千瓦,KW)
        bea为发电机有效燃油消耗率(克/千瓦/小时,g/KW/h)
        T为工作时间(小时,h)
        ρt为燃油在t℃时的密度(克/立方厘米,g/cm3
        而ρt=ρ15-γ(t-15)
        其中ρ15为燃油在15℃时的密度(g/cm3
        γ为燃油密度温度修正系数(g/cm3/℃),不同密度燃油的温度修正系数如下表所示:

ρ15

γ

ρ15

γ

ρ15

γ

0.990-0.999

0.00061

0.900-0.909

0.00064

0.840-0.849

0.00067

0.920-0.989

0.00062

0.880-0.899

0.00065

0.830-0.839

0.00068

0.910-0.919

0.00063

0.850-0.879

0.00066

0.820-0.829

0.00069

        在上述实例中,根据轮机长提供的主机和发电机说明书,得知主机有效燃油消耗率在主机MCR(3900KW)运行时为177.0g/KW/h;发电机有效燃油消耗率为216g/KW/h,额定功率480KW。HFO密度和MDO密度以最近一次加装的燃油为准(HFO在15℃时密度为0.97g/cm3,MDO在15℃时密度为0.865g/cm3),船舶正常航行时使用废气锅炉。
        如果不考虑王氏容积修正系数的情况下,PSC检查官对日用油柜进行了以下计算:
        先计算主机8h的HFO耗油量:
        Cm=3900×177.0×8/0.97/1000000=5.693m3。考虑到HFO一般加热到119℃使用,其密度将修正为0.906g/cm3,以此密度计算出的HFO耗油量为6.095m3,小于7m3
        再计算主机4h的MDO耗油量:
        Cm=3900×177.0×4/0.865/1000000=3.192m3。以机舱平均温度40℃算,MDO的密度修正为0.849g/cm3,因此计算出的MDO日用油柜容量3.252m3
        根据发电机厂商提供的数据,发电机推荐在75%的额定功率下运行。如海上正常负荷按75%额定功率算,发电机4h的耗油量:
        Ca=75%×480×216×4/0.849/1000000=0.366m3
        主机和发电机4h耗油量:
        Cm+Ca=3.252+0.366=3.618m3超过了3.5m3
        如果考虑王氏容积修正系数的情况下,且假设W取值1.15的情况下,PSC检查官对日用油柜进行了以下计算:
        主机8h的HFO耗油量:
        Cm=6.095×1.15=7.01m3,已经略大于7m3的临界值。
        主机和发电机4h耗油量:
        Cm+Ca=3.618×1.15=4.16m3已经大大地超过了3.5m3设计值。
        缺陷确认及处理
        检查后第二天上午,船级社就对PSC作出了回应。
        船级社对PSC检查官计算的主机HFO和MDO耗油量无异议,但针对PSC检查官计算MDO日用油柜提及的发电机海上正常负荷提出了不同观点。船级社提供了一组发电机海上正常负荷所涉及的电气设备的功率,经推算大约为发电机额定功率的48%,由此可计算出发电机4h的耗油量为0.234m3。再加上主机4h的耗油量,总量为3.486m3,小于3.5m3,符合公约要求,因此PSC检查官开出的缺陷不成立。
        PSC检查官为了确定发电机海上正常负荷,抽取了该轮2015年8月轮机日志记录的发电机实际负荷,8月平均负荷约为240KW,与船级社提供的负荷有一些出入,其实际负荷为额定功率的50%(而非船级社所引用的48%),计算出的日用油柜容量为3.5m3。上述情况是在没有考虑王氏容积修正系数,没有考虑发电机可能会出现的实际较大负荷情形得出的结果。
        从上述计算中可以看出,PSC与船级社计算出的MDO日用油柜容量的不同关键点在于发电机海上正常负荷的不同。PSC采用了发电机厂商提供的75%额定功率去计算,而船级社采用了48%额定功率去计算。发电机海上正常负荷究竟包含哪些负荷,SOLAS公约没有明确,国际海事组织(IMO)相关决议、通函也没有进一步解释。船级社计算日用油柜容量方式中采用的48%额定功率是维持船舶正常航行最低的功率要求,与发电机厂商推荐的75%额定功率相差较大。
        除了主机最大持续功率,那么发电机海上正常负荷、燃油密度及温度肯定有影响外,还有哪些因素会影响日用油柜的设计容量呢?
        王氏容积修正系数影响因素
        为什么会引入王氏容积修正系数?一箱满满的日用柜油,理论上讲可以用到最后一滴,但在实际工作中,这是百分之百不可能发生的,主要有以下影响因素:
        首先,日用油柜一般会安装溢流管以代替高位报警装置,一方面实现分油机的循环分油,另一方面防止分油机将日用油柜分满后,油从透气管冒出,污染海洋环境。上述实例中,船级社计算出的日用油柜容量是否充分考虑了溢流管所带来的容量减少?这说明日用油柜部分上方空间是装不满的。
        其次,日用油柜出口管路一般距离柜底不小于80mm(参照《钢质内河船舶建造规范》)。主要目的是防止日用油柜底部的水及其他杂质进入燃油管路。在船舶正常航行途中,低于出口管路的一部分燃油将无法使用。上述实例中,船级社计算出的日用油柜容量是否充分考虑了出口管路所带来的容量减少?这说明日用油柜部分下方空间是用不到的。
        再者,日用油柜在设计中是否考虑了冗余设计?根据《钢质海船建造规范》,周期性无人值班机器处所的日用油柜容量一般要超出10%。如果上述船舶属周期性无人值班机舱,日用油柜需按照110%容量计算,以船级社计算出来的MDO耗油量(3.486m3)为基准,上述船舶所需MDO日用油柜容量为3.835m3,也大于船舶实际布置容量。
        综上所述,在考虑日用油柜溢流管或者高位报警装置,以及出口管路带来的容量损失,王氏容积修正系数在不考虑冗余设计的情况下可用以下公式计算得出:
        W=【C+(S×Ho+S×HP)】/C =【H+(Ho+HP)】/H
        其中C为计算得出的主机和发电机所需日用油柜容量
        S为日用油柜底部面积(平方米,m2
        Ho为燃油出口管路距柜底高度(米,m)
        HP为溢流管或高位报警离柜顶高度(米,m)
        H为油柜总高度(米,m)
        以上高度均可以通过现场测量获得。
        因此,考虑上述三个因素的综合影响,王氏容积修正系数可取值为1.15。
        令人充满期待的是,当王氏容积修正系数、功率系数有定论之时,定是PSC检查官、船级社和船东等关联方握手言欢之日。
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