0 引　言

温室气体导致全球变暖已成为人类共识，由于船舶运输的高效节能（全球海运碳排放占比仅3%）^[1]，航运业并未被纳入全球温室气体减排目标。2016年10月，国际海事组织第70届环保会对《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL公约）附则VI进行了修订，增加了“燃油消耗数据收集机制”，要求5 000总吨及以上船舶统计并报告船舶燃料消耗相关数据^[2]。2015年4月，欧盟发布2015（757）法规－《关于对海运产生的CO₂排放进行监控、报告和验证以及对第2009/16/EC号指令进行的修订》，要求对5 000总吨以上船舶产生的CO₂（温室气体）进行监控、报告和验证^[3]。上述法规的实施，标志着航运业正式开启全球温室气体减排行动计划，而法规实施的关键环节是船舶燃油消耗量的计量，这是报告和验证的基础。利用流量计计量船舶燃油消耗量是法规要求的计量方法之一，将对流量计在船舶燃油系统的设计布置、建造安装及营运管理产生影响。

1 现有船舶燃油流量计计量存在的问题

船舶燃油流量可以精确计量主机、副机和锅炉等耗能设备的燃油消耗量，评估设备能效，是航运企业出于精细化管理需求而安装的计量设备。作为船用计量设备，国际海事组织或其他行业组织并未对流量计的设计标准、安装检验和维护保养等做出强制性统一规定，其设计制造遵循的是地方安全标准，安装和使用管理遵循的是企业标准，而且，现有营运船舶在公约规则生效前建造，未充分考虑利用流量计计量全船耗能设备燃油消耗的问题，存在耗能设备计量不全面、流量计布置位置不合理、布置数量不能满足计量要求等问题，难以满足履约计量要求。

1.1 耗能设备计量不全面

船舶耗能设备主要包括主机、副机、锅炉以及焚烧炉等，不同船型会有不同配置，如油船会配置惰性气体发生器。船舶设计、建造单位及船东更多是基于经济实用原则为耗能设备配置燃油流量计。

船舶主机和副机是常用耗能设备，船舶投入营运后，除主机锚泊和修船、副机接入岸电时短暂停止运行外，其他时间处于运转状态，因此主副机是运行时间最长、燃油消耗最多的能耗设备，因此一般为主、副机配置流量计。锅炉主要停泊使用，受蒸汽压力控制间断点火燃烧，燃油消耗量小，少有为锅炉单独配置流量计。因此，现有流量计布置难以计量船舶所有耗能设备的燃油消耗量。

1.2 已计量的燃油未全部参与燃烧

图1为某轮主机燃油供油单元布置图，由燃油供给泵、流量计、循环泵、加热器、粘度计、集油筒和滤器等主要设备组成，流量计集成在供油单元中，是现行常规设计方案。该设计方案将燃油循环泵布置在流量计之后，理论上通过流量计的燃油即为消耗量，流量计机械磨损小，无需大量程计数器。反冲洗滤器布置在单元末端，是燃油进入耗能设备的最后一道净化关口，确保进入燃烧设备的燃油不会混入杂质导致设备故障。

该设计方案的优点（同时也是缺点）就是将反冲洗滤器布置在流量计之后（见图1）。反冲洗滤器一般设计为自动控制冲洗，当滤器前后的压差达到设定值时启动反冲洗，冲洗过的燃油泄放到燃油泄放柜，实际未参与燃烧，但该部分燃油已经流量计计量，计入耗能设备消耗量，冲洗量取决于燃油的洁净程度和滤器的冲洗频次。

表1为某18万载重吨散货船主机燃油供应单元反冲洗滤器冲洗量统计表，数据采集时间为主机停止运行、燃油供油单元正常工作的情况下，流量计计数器读数应保持不变。记录显示反冲洗滤器燃油冲洗量每小时从8 L到22 L不等，平均15 L/h，每天可产生360 L（约0.34 t）。该轮正常航行时流量计计量燃油消耗量为39.6 t/天，其中约0.34 t未参与燃烧，约占计量油耗的0.86%，即该布置方案每天有0.86%的计量误差，实际使用时受燃油洁净程度和主机负荷的影响，精确统计该部分燃油困难。

1.3 耗能设备回油管路存在未计量的燃油

船用大型主、副机和锅炉等耗能设备燃油系统采用燃油循环方式保证燃油在适宜的温度下即时可用，循环系统中来自耗能设备的回油经过一个三通阀后，如图1所示，一路回到燃用供油单元的集油筒再循环使用，保持阀常开，一路回到燃油日用柜，保持阀常闭，需要时打开。因供油单元参与循环的燃油是已经流量计计量的，回流到集油筒的燃油不会重复计量，如因船舶震动或人为因素等原因，回燃油日用柜阀门关闭不严或打开，就会造成已计量的燃油未参与燃烧，导致计量结果不准确。

2 船舶燃油流量计可行布置方案

基于现有船舶燃油流量计计量存在的问题，以及综合船型、航线、使用燃油规格、计量目的、经济性和维护保养等因素，选择合理可行的布置方案，才能有效计量船舶燃油消耗量。

2.1 流量计布置在燃油日用柜出口

船用燃油经过沉淀、分离净化后储存在燃油日用柜中，供主、副机和锅炉等耗能设备使用，在燃油日用柜出口布置一个流量计即可计量主机、副机和锅炉等全船燃油消耗，是一种最简单且成本最低的布置方案。

理论上，只要流量计前的压力大于其后整个供油管线中所有部件中燃油流动阻力之和，即存在正向压差，流量计就可以计量。实际上，流量计本身通常会产生约0.02 MPa的压损，供油系统单元组件如阀件、管路、弯头和管路缩颈等，也产生压损，其次，重油日用柜出口温度为90 ℃左右，该温度下IFO-180重油运动粘度为33 mm²/s^[4]，且粘度受温度影响大，无法保证流经管线部件内恒定压损，会造成实际使用中出现流量波动甚至滞流情况，仅靠燃油日用柜产生的静压难以满足流量计稳定计量所需工作条件。

因此，采用此方案时要充分考虑具体型号流量计对压力的要求，一般流量计要求仪表处工作压力至少要大于介质闪蒸压力加3倍仪表本体压损^[5]。以流动性好、管路压损小、无需加温的柴油作为燃料的船舶，可以采用这种布置方案，以重油为燃料的大型船舶可以将燃油供给泵前置到流量计之前，以保证流量计对压力的要求，实现稳定计量。

2.2 流量计布置在供油单元中

现有供油单元多为计量主、副机燃油消耗量设计，流量计布置在燃油供给泵之后、循环泵之前，该布置方案流经流量计的燃油即为设备的消耗量，可以最大限度地降低流量计机械磨损，有效利用流量计计数器量程，布置方案有：

1）主机、副机共用一个供油单元，合并统计燃油消耗，配置费用低，相对经济，缺点是无法单独计量主、副机燃油消耗量；

2）主机、副机共用一个供油单元，合并统计燃油消耗，副机加装流量计单独计量油耗，二者之差即为主机油耗，设备费用相对高；

3）主机、副机分别配置供油单元，可以分别计量主、副机的燃油消耗，设备费用最高。

采用供油单元布置方案，还需要考虑：

1）反冲洗滤器布置位置。设计时应考虑反冲洗对计量结果的影响，将反冲洗滤器布置到流量计之前，如存在燃油中混入杂质导致损坏能耗设备的风险，可考虑在能耗设备前加装手动清洗滤器。

2）回路燃油计量。如1.3所述，可以考虑在回日用柜管路上加装一个流量计，如有回油就能监测计量，保证计量结果的准确性。

3）其他能耗设备（如锅炉）的能耗计量。由于锅炉使用时间、使用条件上的差异，一般不与主副机等耗能设备共享供油单元，因此需要为锅炉、惰性气体发生器等其他耗能设备配置流量计。

2.3 流量计布置在能耗设备燃油进出口管路

将流量计直接布置在主、副机和锅炉等耗能设备的燃油进出口管路上，进口流量计和出口流量计计量数据之差即为设备燃油消耗。这种布置方案最大限度地避免了不确定性带来的计量误差，并且可以结合环境工况等因素，综合评估设备能效。采用此种布置方案，需要考虑：

1）所需流量计数量根据需要计量的能耗设备数量确定，费用高；

2）流量计布置在耗能设备燃油进出口，因燃油在供油系统持续循环，进出口流量计计量的燃油并未全部参与燃烧，增加了流量计的磨损，同时也需要配置大量程计数器。表2为某轮主机燃油进出口流量统计，进口平均流量为5 554.5 kg/h，出口平均流量为4 412.83 kg/h，主机平均油耗为每1.14 kg/h，仅占进口流量的0.021%，出口流量的0.026%。

3）需要评估流量计给主、副机等能耗设备带来的风险，如流量计部件损坏可能对主副机高压油泵等设备造成损坏。

3 船舶燃油流量计选型、安装与维护

流量计设计布置方案确定后，应根据实际需求，做好流量计的选型和安装工作，并在船舶运营阶段做好维护保养，才能发挥流量计的精准计量作用。

3.1 流量计选型

流量计分为质量流量计和体积流量计，质量流量计直接计量燃油质量，安装所需空间较大，设备购置费用高；体积流量计计量燃油消耗体积，需要通过密度修正计算燃油质量，安装空间小，设备购置费用低，目前船舶应用最多。选择流量计时应综合考虑适用的规格参数和数据计量方式。

流量计涉及的规格参数有：适用的燃油种类、粘度和温度（燃油温度、环境温度），工作压力（包括管路）和流量（最大、最小），安装尺寸（管径、法兰）和使用材质（耐腐蚀、抗压力/温度冲击、震动或其他冲击等），计量精度和计量单位等，选择时需要综合考虑，特别是将流量计布置在能耗设备燃油进出口管路时，其流量等于燃油循环或燃油供给泵的排量，需要结合布置方案合理选择。

根据需求选择合适的计数器。计数器有机械式计数器和电子计数器，机械式计数器结构简单，一般为直读累计，输出方式单一，电子计数器可以输出直读累计、瞬时流量（L/h，L/min等）、累积流量等，可以实现远程计量。需要注意是，单纯输出瞬时流量难以满足统计需要，需要输出累积流量，并且累积值能在电子计数器中储存，一旦远程接收设备故障，不影响修复后的数据统计。如配合第三方能效管理类软件使用，可以实现能耗多目标统计和能效评估等智能化管理需求。

3.2 流量计安装

流量计的安装应遵循制造商和检验机构的要求，包括：

安装底座应是稳定的刚性结构，不允许使用管路支撑流量计，避免向连接法兰施加任何不必要的外力；

优选水平正向安装，不允许倒置安装，有些流量计允许垂直或成角度安装，但必须保证燃油从下向上流过仪表，避免下流可能导致虹吸或气穴；连接管路避免截面积突变产生压力等级变化，导致法兰和管路上可能积累气泡影响计量精度；

出口管路避免长距离向下弯曲，如施工现场无法避免，应安装背压阀保证出口背压。图2为某轮锅炉燃油出口流量计安装示意图，出口管路弯曲向下，计量结果显示，其进口流量计瞬时流量稳定保持在150 kg/h，而出口流量计瞬时流量在20~300 kg/h之间波动，不正确的安装导致记量结果不稳定。

正确设置脉冲输出单位（如1 m³/100脉冲、1 L/10脉冲、1 L/脉冲、10 L/脉冲等），最后进行效用试验及精度校验。

3.3 维护保养

国际海事组织制定的“2016船舶能效管理计划制订导则”明确规定，采用流量计计量燃油消耗，应对流量计进行校核，校核和维修保养记录应保留在船上^[6]；欧盟2015（757）法规要求采用流量计计量燃料消耗时，应在监控计划中明确流量计校准方法和不确定度。

上述法规对流量计的维护保养提出了明确要求。流量计属于精密计量仪器，维护保养工作包括本体部件维护和计量精度校核，应严格按照设备说明书及相关要求进行，可能出现部件卡阻或部件异常磨损情况，可视情清洁或定期更换磨损部件。日常校核可根据能耗设备负荷进行定性判断，如船上有校核设备，可定期进行船上校核，如船上无校核设备，可结合船舶年度或坞修检验，由岸上专门检测机构进行校核，并做好检测保养记录。