Debido a la desaceleración del mercado naviero y al control de emisiones cada vez más estricto de los motores principales, el costo del combustible marino está aumentando.
Para ahorrar costes de combustible, los fletadores de barcos normalmente exigen que el motor principal reduzca la velocidad, pero la reducción de velocidad conducirá inevitablemente a un mayor tiempo de navegación y a unos costes de alquiler mayores, por lo que debemos encontrar un equilibrio entre los costes de combustible y el alquiler.
El autor recibió una instrucción del fletador para un determinado viaje:
Partiendo de la premisa de no modificar los parámetros técnicos, se busca la velocidad óptima del motor principal como referencia para la toma de decisiones.
En primer lugar, la velocidad del motor principal reduce la velocidad de navegación y toma la decisión de velocidad óptima.
Después de consultar la literatura pertinente, el autor encontró que la mayoría de los datos mencionaban el algoritmo de velocidad económica del barco y sus factores de consideración;
Consulte el manual del motor principal, también puede obtener la relación entre el consumo de combustible y la velocidad del motor principal.
La condición del motor principal del barco y la condición del barco cambian durante la operación real, por lo que estos cálculos pueden no ser precisos.
Se realizan una serie de pruebas para determinar la velocidad óptima del motor principal cuando navega a velocidad reducida.
1. Datos de prueba
El motor principal del barco es un motor diésel de baja velocidad MAN B&W 6S60MC, que utiliza combustible IFO 380, la velocidad máxima de operación continua (MCR) es 89 r/min, la potencia es 10316 kW y la velocidad de operación continua habitual (NCR) es 82,6 r/min.
El viaje de prueba se realizó desde Hay Point hasta Singapur, con una distancia de 3937 millas náuticas. El barco se encontraba en buenas condiciones marítimas, con 73.000 t a plena carga y un calado medio de 13,8 m.
La última reparación del barco en dique seco se realizó hace aproximadamente 1,5 años desde su entrega.
2. Análisis de beneficios
Cuando solo se consideran los costos de alquiler y combustible, y no se tienen en cuenta otros factores, la fórmula para calcular el costo total del viaje a diferentes velocidades del motor es MRPM=T(ND + FDPF.O) (1)
Dónde: MRPM es el costo total del viaje, USD;
T es el tiempo de navegación del viaje, d;
ND es el alquiler diario de la embarcación en USD/d;
FD es el consumo diario de combustible del buque, t/d, que consiste en el consumo diario de combustible del motor principal y el consumo diario de combustible del motor auxiliar (1,6t/d).
PF.O es el precio actual del combustible, USD/t.
Comparando el costo total MRPM a diferentes velocidades del motor con el costo total a la velocidad nominal (82,4 r/min), se puede obtener la rentabilidad a esa velocidad.
3. Viabilidad
Consultando el manual del host, se puede ver que cuando la velocidad del host es 72,3 r/min, la carga de trabajo es el 48% de la carga nominal.
Si el motor principal funciona bajo esta carga durante mucho tiempo, el soplador auxiliar no debe ponerse en marcha durante el funcionamiento, de lo contrario, provocará fácilmente una carga de impacto en la red eléctrica y acortará la vida útil del soplador auxiliar.
Además, es necesario asegurarse de que la presión de vapor de la caldera de gases de escape sea lo suficientemente grande para que la caldera de aceite no se ponga en marcha, de lo contrario provocará un consumo adicional de combustible.
Según la prueba, cuando la velocidad del motor principal es de 72,3 r/min, la velocidad del sobrealimentador es de 9100 r/min, la presión de barrido es de 0.088MPa, y la presión del soplador auxiliar se establece en 0,043MPa para arrancar y 0,062MPa para parar, lo que puede garantizar que el soplador auxiliar no arranque. La presión de vapor de la caldera de gases de escape se mantiene a 0,5MPa y la caldera de fueloil no se pone en marcha.
Por lo tanto, la velocidad del host se establece en 72,3 r/min, lo cual es factible.
En segundo lugar, el problema causado por la baja carga a largo plazo del host.
(1) Lubricación de cilindros.
El problema de la lubricación de los cilindros debe tenerse en cuenta cuando el motor principal funciona con baja carga durante un largo tiempo.
Una opinión es que la menor velocidad del motor principal inevitablemente empeorará el efecto de lubricación y se debe aumentar el suministro de aceite del cilindro para garantizar la lubricación necesaria. La otra opinión es que la cantidad total de azufre que ingresa al cilindro se reducirá cuando la fracción de masa de azufre del combustible sea segura y se debe reducir el consumo de aceite del cilindro.
Estos dos puntos de vista necesitan un análisis más profundo.
(2) Grave acumulación de carbono.
El funcionamiento a largo plazo con baja carga del motor principal y el deterioro de la combustión conducirán inevitablemente a una grave acumulación de carbono en la cámara de combustión, la válvula de escape, el sobrealimentador, la caldera, etc., especialmente la acumulación de carbono en la válvula de escape y la caldera conducirá al deterioro de las condiciones de funcionamiento del motor principal.
(3) Presión de vapor.
El funcionamiento a largo plazo con baja carga del motor principal conducirá inevitablemente a la reducción de la presión de vapor de la caldera de gases de escape, y durante la navegación normal generalmente se quema aceite pesado, por lo que debe haber suficiente vapor.
Si la presión del vapor está por debajo del valor establecido, hará que la caldera de fueloil funcione, lo que aumentará el consumo de combustible.
(4) Soplador auxiliar.
La reducción de la velocidad del motor principal reducirá inevitablemente la velocidad del sobrealimentador, lo que dará como resultado una reducción de la presión de barrido.
Cuando la presión de barrido es inferior al valor establecido, el soplador auxiliar funcionará de forma intermitente, lo que provocará un aumento en la carga del generador y una carga de impacto en la red eléctrica en el momento del arranque, lo que provocará la pérdida de energía de todo el barco.
La baja presión de barrido también empeorará la combustión.
En tercer lugar, las contramedidas de la baja carga a largo plazo del huésped
1. Ajuste la tasa de llenado de aceite del cilindro.
(1) El valor básico establecido de la tasa de llenado de aceite del cilindro. El barco adopta un engrasador mecánico Jensen. De acuerdo con las instrucciones del fabricante principal del motor, la tasa de inyección se establece en MCR.
QMCR= 24BSPMCR /(1000Cρ) (2)
Fórmula:
QMCR es la tasa de inyección de combustible establecida, L/d;
BS es el punto de ajuste básico, establecido en 1,1 g/(kW·h) según las indicaciones del propietario;
PMCR es la potencia de salida cuando MCR, cuando la velocidad del host es 89.0 r/min, la potencia es 10316 kW;
C es el número de cilindros, esta nave tiene 6 cilindros;
ρ es la densidad del aceite del cilindro, el barco utiliza aceite de cilindro BN 70,
La densidad es de aproximadamente 0,9343 kg/L a 15 grados.
Según el cálculo, la tasa de llenado QMCR=48.6L/d.
(2) La tasa de llenado de aceite cambia con la velocidad del motor principal.
Mantenga el valor establecido básico sin cambios, la tasa de llenado de aceite del cilindro disminuirá proporcionalmente con la disminución de la velocidad principal del motor, la fórmula de cálculo es
Parte Q=Parte QMCRn /nMCR(3)
Si la velocidad del motor principal se establece en 72,3 r/min, entonces la tasa de inyección de aceite del cilindro es Q72,3=39,5L/d, y el consumo diario de aceite del cilindro es QD=6Q72,3=236,8L/d, lo que es consistente con el valor medido real.
(3) Ajuste de la velocidad de llenado con el cambio de carga.
En la actualidad, algunos modelos MAN B&W están equipados con sistemas de lubricación de aceite de cilindro que se ajustan con MEP (presión efectiva media), y la tasa de llenado de aceite de cilindro se ajusta en proporción en el rango de 40% a 100% MEP.
Si el motor principal no está equipado con este sistema, puede ajustar manualmente el caudal de combustible.
La fórmula de cálculo de la tasa de llenado ajustada según MEP es
Parte Q=Parte QMCRP /PMCR(4)
En la fórmula:
La parte P es la presión efectiva promedio bajo carga parcial. Según la prueba, es de 10,7 MPa cuando la velocidad del host es de 72,3 r/min.
PMCR es la presión efectiva promedio en MCR, que, según la prueba, es de 17,9 MPa.
De acuerdo con el método de ajuste MEP, cuando la velocidad del host es de 72,3 r/min, el consumo de aceite del cilindro QD es de 174,6 L/d, es decir, el consumo de aceite del cilindro se puede ajustar de 236,8 L/d a 174,6 L/d, pero no menos del 40% del valor básico establecido (19,4 L/d).
De hecho, a bordo se adoptó un enfoque más conservador para ajustar el consumo de aceite del cilindro de 240 L/d a 200 L/d.
Después de llegar al puerto, según la inspección del puerto de barrido, la tasa de inyección de petróleo sigue siendo grande y se puede reducir adecuadamente.
Obviamente, es beneficioso reducir el coste operativo del barco.
2. Reducir la acumulación de carbono
Para reducir la acumulación de carbono, evitar la corrosión de la cámara de combustión y garantizar una buena combustión, la temperatura de barrido se aumenta a 41 ~ 43 grados tanto como sea posible;
La temperatura del agua de enfriamiento del revestimiento del cilindro se establece en un límite alto de 82 ~ 83 grados (alarma de 85 grados), lo que favorece la combustión y reduce la corrosión;
Acortar el ciclo de mantenimiento de la válvula de escape y del inyector, especialmente el efecto de atomización del inyector es deficiente cuando funciona a baja velocidad, y se debe realizar un mantenimiento frecuente para garantizar una buena combustión;
El motor principal se acelera a 82 r/min dos veces al día durante 1 hora de funcionamiento para limpiar la acumulación de cenizas en el canal de escape;
Cuando el motor principal se acelera, se refuerza la expulsión de hollín de los gases de escape de la caldera.
Al mismo tiempo, se limpia en seco el extremo de gases de escape del sobrealimentador y se lava el extremo de aire a presión para reducir la acumulación de carbono y cenizas del sobrealimentador.
3. Controlar el consumo de vapor
Controlar el consumo de vapor y cerrar las tuberías de vapor de los equipos que no necesitan calentamiento, incluidas las tuberías de vapor que acompañan a algunas líneas de combustible;
Cierre la válvula de calentamiento del tanque de aceite tanto como sea posible para garantizar los requisitos de calentamiento del sistema de combustible de los motores principal y auxiliares y evitar el arranque de la caldera de aceite.
4. Controlar la presión mínima de barrido.
Controle la carga mínima del motor principal, especialmente en condiciones de carga liviana, no permita que la presión de barrido sea menor que el valor establecido de inicio del soplador auxiliar.
Si es necesario, el ventilador auxiliar se puede poner en modo de control manual o reducir el ajuste de arranque del ventilador auxiliar, pero puede provocar una combustión incompleta y se debe controlar de cerca el escape. Reforzar la inspección y el mantenimiento diarios de los ventiladores auxiliares.
Iv. Observaciones finales
En la operación de baja carga del motor principal, para obtener las mejores condiciones de trabajo, también puede ajustar la relación de compresión, el ángulo de avance de la inyección, etc., pero el barco operativo real no puede ajustar los parámetros del motor principal a voluntad, y el propietario del barco no está dispuesto a hacer funcionar el motor principal durante mucho tiempo con baja carga.
De hecho, con el consentimiento del propietario del barco, el barco alcanzó una velocidad económica de 72 r/min a partir de este viaje, y los resultados de la operación de varios viajes mostraron que los parámetros operativos del barco se mantuvieron en buenas condiciones.