張 曦，李大屹

(1.中國船級社質(zhì)量認(rèn)證公司，北京 100006；2.中國船級社 船舶能效推進(jìn)工作組，北京 100007)

0 引 言

2018年11月8 日，我國海事局發(fā)布了《船舶能耗數(shù)據(jù)收集管理辦法》（海危防[2018]476號），對進(jìn)出我國港口400總噸及以上船舶提出了能耗數(shù)據(jù)收集辦法和報告要求，提出如果船用燃料消耗量的測量數(shù)據(jù)為體積單位，應(yīng)轉(zhuǎn)換為質(zhì)量單位，且如果采用了密度、溫度等修正，應(yīng)當(dāng)保留證明文件。

2016年10 月，國際海事組織第70屆環(huán)保會對《國際防止船舶造成污染公約》（MARPOL公約）附則VI進(jìn)行了修訂，增加了“燃油消耗數(shù)據(jù)收集機(jī)制”，要求5 000總噸及以上船舶統(tǒng)計(jì)并報告船舶燃料消耗相關(guān)數(shù)據(jù)。歐盟發(fā)布2015（757）法規(guī)－《關(guān)于對海運(yùn)產(chǎn)生的CO2排放進(jìn)行監(jiān)控、報告和驗(yàn)證以及對第2009/16/EC號指令進(jìn)行的修訂》，并要求：“如果按照升的容量單位確定加油量或油艙剩余量，公司應(yīng)通過實(shí)際的密度值將容量轉(zhuǎn)化成質(zhì)量”。

進(jìn)行不同溫度下的燃油密度轉(zhuǎn)換是船舶日常遇到的實(shí)際問題。由于國際上采用15 ℃作為標(biāo)準(zhǔn)溫度，我國通常采用20 ℃為標(biāo)準(zhǔn)溫度，因此加油通知單（BDN）只顯示燃油在標(biāo)準(zhǔn)溫度15 ℃或20 ℃的標(biāo)準(zhǔn)密度。而船舶在實(shí)際運(yùn)行過程中，流量計(jì)及艙容表計(jì)量的是80 ℃或30 ℃等不同溫度下的燃油體積，因此需要將BDN上的燃油標(biāo)準(zhǔn)密度轉(zhuǎn)換為不同溫度下的實(shí)際密度，從而準(zhǔn)確計(jì)量船舶燃油消耗量。

1 密度轉(zhuǎn)換方法

目前行業(yè)上進(jìn)行船舶燃油密度轉(zhuǎn)換，采用的是石油計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，即《ISO-91/1石油計(jì)量表》①，該標(biāo)準(zhǔn)采用15 ℃作為標(biāo)準(zhǔn)溫度，計(jì)算公式如下：

式中：ρt表示t℃溫度下的燃油實(shí)際密度；ρ15表示15 ℃時的燃油標(biāo)準(zhǔn)密度；系數(shù)0.001 1表示在計(jì)算燃油在空氣中的質(zhì)量（商業(yè)質(zhì)量）時，應(yīng)進(jìn)行空氣浮力修正，將標(biāo)準(zhǔn)密度減去空氣浮力修正值1.1 kg/m3；VCF15表示體積修正系數(shù)，查ASTM-D1250表或通過對數(shù)公式計(jì)算得到，即體積修正系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)密度平方的倒數(shù)存在對數(shù)關(guān)系，計(jì)算公式為：

不同燃油類型和不同密度范圍對應(yīng)的體積修正系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值如表1所示。

表1 體積修正系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值Tab.1 Empirical value of volume correction factor

2 案例計(jì)算

由于船舶午報表填報的是根據(jù)實(shí)際溫度修正后的燃油重量，需要先統(tǒng)計(jì)各燃油單元的油艙溫度。通常對油艙實(shí)際溫度的考慮是：如果油艙接觸海水且沒有加熱，則采用海水溫度作為該艙的油溫；如果油艙被空氣包圍且沒有加熱，則采用氣溫作為該艙的油溫；日用柜、沉淀柜通過溫度計(jì)讀取溫度值，如果沒有溫度計(jì)，船員將根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)溫度。

例如國內(nèi)某集裝箱船，不同處理單元的燃油溫度分別為：

1）在港口加油：15 ℃標(biāo)準(zhǔn)密度燃油；

2）燃油艙：30 ℃；

3）沉淀柜：50 ℃；

4）分油機(jī)及日用柜：80 ℃；

5）燃油處理單元及主機(jī)：120 ℃。

因此，船員在分別統(tǒng)計(jì)溫度及燃油體積后，查體積修正系數(shù)，代入對數(shù)公式并計(jì)算實(shí)際密度和燃油消耗量。如果該船在某港口加油的BDN上顯示的ρ15標(biāo)準(zhǔn)密度為988.9 kg/m3，則該船流量計(jì)計(jì)量的每100 m3燃油，在50 ℃（沉淀柜）時的實(shí)際重量為96.5 t，在120 ℃（燃油處理單元）的實(shí)際重量為91.7 t，油溫每變化10 ℃時，重量變化平均為0.682 8 t，具體見表2和圖1。

表2 100 m3燃油在不同溫度下的體積修正系數(shù)和重量變化Tab.2 Volume correction factor and weight change of 100 m3 fuel at different temperatures

圖1 燃油在不同溫度下的體積修正系數(shù)和重量變化Fig.1 Volume correction factor and weight change of fuels at different temperatures

品質(zhì)不同、標(biāo)準(zhǔn)密度不同，燃油受溫度影響而發(fā)生密度變化的程度不同，標(biāo)準(zhǔn)密度越大，密度受溫度影響的變化越??；標(biāo)準(zhǔn)密度越小，受溫度影響的變化越大。如表3所示，如果ρ15標(biāo)準(zhǔn)密度為920 kg/m3，則 100 m3燃油在 20 ℃ 時的實(shí)際重量為 91.5 t，在 120 ℃的實(shí)際重量為84.5 t，油溫每變化10 ℃時，重量變化平均為 0.698 0 t。如果 ρ15標(biāo)準(zhǔn)密度為 1 010 kg/m3，則100 m3燃油在 20 ℃ 時的實(shí)際重量為 100.6 t，在 120 ℃的實(shí)際重量為93.7 t，油溫每變化10 ℃時，重量變化平均為0.678 8 t。這也說明在不同港口加油時如果油品標(biāo)準(zhǔn)密度不同，油品混艙后的重量變化更為復(fù)雜。

考慮到國內(nèi)有些船舶條件有限，如果不方便查ASTM-D1250表或不方便計(jì)算對數(shù)公式，可以參考本文給出的密度參考系數(shù)，即船舶可依據(jù)表3查看不同溫度下的實(shí)際燃油密度。

例如通過查表3，某3艘船舶分別在不同港口加油，燃油標(biāo)準(zhǔn)密度不同，船舶流量計(jì)或艙容表計(jì)量的每100 m3該燃油，可通過表3估算實(shí)際重量：

1）油品 1，15 ℃ 標(biāo)準(zhǔn)密度為 920 kg/m3，每 100 m3該燃油，在30 ℃燃油艙的實(shí)際重量為90.85 t，在120 ℃燃油處理單元的實(shí)際重量為84.52 t。

2）油品 2，15 ℃ 標(biāo)準(zhǔn)密度為 990 kg/m3，每 100 m3該燃油，在30 ℃燃油艙的實(shí)際重量為97.88 t，在120 ℃燃油處理單元的實(shí)際重量為91.68 t。

3）油品 3，15 ℃ 標(biāo)準(zhǔn)密度為 1 010 kg/m3，每 100 m3該燃油，在30 ℃燃油艙的實(shí)際重量為99.88 t，在120 ℃燃油處理單元的實(shí)際重量為93.72 t。

表3 不同溫度下的燃油密度參考值Tab.3 Reference values of fuel density at different temperatures

3 燃油管理

我國現(xiàn)行采用的船舶燃料油標(biāo)準(zhǔn)為GB 17411-2015《船用燃料油》，于2015年12月31日頒布，2016年7月1日實(shí)施。與上一版GB/T 17411-2012版本相比，該標(biāo)準(zhǔn)由推薦性轉(zhuǎn)為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容修改采用了ISO 8217-2012《船用燃料油規(guī)格》，適應(yīng)了我國石油燃料產(chǎn)品編寫習(xí)慣，并增加了低硫燃料油硫含量的檢測方法和熱值方法。GB 17411-2015《船用燃料油》規(guī)定了不同等級的餾分燃料油（簡稱DM）和殘?jiān)剂嫌停ê喎QDR）的密度、粘度、硫含量等指標(biāo)，國內(nèi)常用的180號、380號燃料油，即RME 180和RMG 380，標(biāo)準(zhǔn)中要求其20 ℃的密度都是“不大于987.6 kg/m3”。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的燃料油密度都是范圍值，這通常是由兩方面因素決定的。一方面，由于密度大小與燃料油的化學(xué)成分和餾分組成有關(guān)，因此燃料油生產(chǎn)加工工藝對其密度產(chǎn)生較大影響：不同于輕質(zhì)油是由石油常壓蒸餾提取的，重油是由裂化渣油、減壓渣油、裂化柴油與催化柴油調(diào)合而成，屬于石油提取汽油柴油后的剩余重質(zhì)油。由于國內(nèi)不同煉油廠的生產(chǎn)加工工藝不盡相同，有的是用石油烴調(diào)合的燃料油，有的是用煤焦油調(diào)合的燃料油，因此燃料油密度呈現(xiàn)出一定的范圍變化，一般而言，密度過高的燃料油，其質(zhì)量熱值相對較低。

另一方面，由于燃料油需要適用于船舶的大型低速柴油機(jī)，其主要性能是要求其噴油霧化良好，以確保燃燒安全，減少積炭量，降低對發(fā)動機(jī)的磨損，因而燃料油需要有適宜的流動性和粘度，以確保在一定的預(yù)熱溫度下，能達(dá)到噴油嘴和高壓油泵所需要的粘度。如果粘度過高、密度過大，則導(dǎo)致泵送沿程阻力增大，噴油油束的形狀受到影響，造成霧化不良或不能與空氣充分混合，以致燃燒不良；粘度過低則導(dǎo)致油束角度過大，同樣不能噴射到指定位置或不能與空氣充分接觸，也會造成燃燒不完全，增加積碳量，降低柴油機(jī)效率。因此，船舶會根據(jù)燃油系統(tǒng)各單元的實(shí)際要求進(jìn)行加溫，使之達(dá)到合適的粘度，燃油密度也會隨之變化。

4 結(jié) 語

正確進(jìn)行燃油密度轉(zhuǎn)換是燃油消耗量精確計(jì)量的基礎(chǔ)，是水運(yùn)企業(yè)能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)核算的關(guān)鍵，也是企業(yè)現(xiàn)代化管理的必然要求。隨著國內(nèi)及國際相關(guān)法規(guī)的出臺，行業(yè)上對船舶燃油精確統(tǒng)計(jì)的要求日益明顯。

準(zhǔn)確進(jìn)行燃油密度轉(zhuǎn)換也是船舶溫室氣體排放核算、報告和驗(yàn)證的基礎(chǔ)。如果不進(jìn)行密度轉(zhuǎn)換而直接采用標(biāo)準(zhǔn)密度進(jìn)行船舶油耗量和溫室氣體排放量的核算，將導(dǎo)致油耗量和排放量不合理增大，即報告值將高于企業(yè)實(shí)際消耗值和排放值，不利于企業(yè)管理，也不利于主管部門在行業(yè)上的統(tǒng)計(jì)和管理。

目前國內(nèi)船舶已不斷完善燃油計(jì)量器具的配置，并逐步將傳統(tǒng)的容積式流量計(jì)更新為質(zhì)量流量計(jì)，流量計(jì)的監(jiān)測范圍和監(jiān)測精度有了較大提高。船舶公司也正在逐步提高燃油統(tǒng)計(jì)的自動化水平，目前已有越來越多的船舶做到了以自動化手段替代人工抄錄和人工估算的方式，實(shí)現(xiàn)了燃油消耗的自動統(tǒng)計(jì)監(jiān)測，大大提高了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的實(shí)時性和準(zhǔn)確性。