淺談船用重質燃料油質量指標及其影響

張鎖華

(中石化長江燃料有限公司南京分公司,江蘇南京 210011)

0 引言

隨著國際原油價格的不斷攀升和航運業的激烈競爭,為降低能耗成本,船舶燃油重質化已成為大趨勢。原大型低速船用柴油機使用重質燃料油向用高粘度重質油發展,新造船中速柴油機也大多使用重質燃料油。原有的的一些船舶中速柴油機過去燃用柴油或輕質燃料油,現也有些公司通過改造和安裝船舶燃油調合系統,使用“中間油”,即摻燒重質燃料油。另一方面,各煉油廠為滿足市場汽油、柴油需求,最大限度地提高經濟效益,普遍改進工藝流程,對原油深加工。有些地方煉廠則以進口的直餾渣油作為再加工的原料。再則,目前市場上銷售的重質燃料油大多是中間商采購輕、重組份油自行調合而成。這樣就造成了目前國內市場的重質燃料油質量每況愈下,并且質量很不穩定。因此,進一步了解重質燃料油的質量指標及對船舶的影響,為把住船用重質燃料油入口關具有現實意義。

1 現行船用燃料油標準

1.1 國際ISO船用燃料油標準

1987年,國際標準化組織(ISO)制定了國際船用燃料油標準——ISO 8217標準(初版)。后經修訂,于1996年頒布ISO 8217-1996標準(第二版)。ISO 8217-1996標準對粘度、密度、傾點、殘度、灰分、含硫量、含釩量等多項參數,確立了質量要求。該標準頒布后,得到世界各國的普遍認同,有效地控制了船用燃料油質量的惡化。該標準中將餾分燃料油分為 4類,殘渣燃料油分為 15類。標準中船用餾分燃料油簡稱DM,船用殘渣燃料油簡稱RM。市場上所稱的重質燃料油就是指殘渣型燃料油。國際船用燃料油標準后又經過修訂于 2005年 11月頒布了ISO8217-2005標準(第三版)。“2005標準”與“1996標準”相比作了以下變化:①殘渣性的規格從15種減為 10種;②粘度指標的溫度由 100℃調整到50℃;③殘渣油水分的上限降低到0.5%(V/V);④RMA30、RMB30和RMD80三個規格的密度上限略有降低;⑤增加了廢潤滑油控制指標;⑥最大硫含量規定為4.5%(m/m)等。

1.2 我國船用燃料油國家標準

現行的GB/T 17411-1998船用燃料油國家標準,是我國參照ISO 8217-1996標準制定的第二版國家船用燃料油標準。該標準與ISO 8217-1996標準等效。同樣將船用燃料油分為餾分型(DM系列)和殘渣型燃料油(RM系列)兩類。

1.3 其他國家標準

具有代表性的有美國ASTM燃料油標準;日本的JISK2205標準;英國BS2869標準;新加坡普氏對燃料油的質量要求;俄羅斯M-40、M-100燃料油質量指標等。

此外,在國內還有行業標準,如:SH/T0356-1996燃料油標準等。盡管標準眾多,但在航運界,普遍認同執行的是ISO 8217-1996和ISO 8217-2005標準。現在人們所稱的 180號、380號燃料油就是ISO 8217-2005標準中的RME180和RMG380,對應于GB/T 17411-1998標準中的RME25和RMG35,即是過去常說的 1 500s(雷氏粘度)和3 000s(雷氏粘度)重油。而120號燃料油(過去稱1 000s)則是運動粘度(50℃)不大于120mm2/s的殘渣型燃料油,目前供需雙方一般相約 120號燃料油按ISO 8217-2005或(1996)標準中的RMD80指標執行(粘度除外)。

2 重質燃料油質量指標對柴油機的影響

2.1 運動粘度

供貨一般以此粘度為規格劃分。粘度直接影響輸送性能和柴油機的噴油霧化效果。粘度過高,增大泵送沿程阻力,影響噴油油束的形狀,造成霧化不良,不能與空氣均勻混合,以致燃燒不良。粘度過低,油束角度太大,同樣不能噴射到設計的位置與空氣良好混合,也會造成燃燒不完全,功率下降。船舶上一般根據燃油系統各單元的要求進行加溫,使之達到合適的粘度。

2.2 密度

密度是計算裝載量和進行貿易量交接換算的指標。由于密度大小與燃料油的化學成分和餾分組成有關,一般而言,密度過高的燃料油,其質量熱值相對較低。

2.3 閃點

閃點是鑒定油品發生火災危險性的指標。閃點愈低,火災危險性愈大。按標準,閃點不低于 60℃,否則就不能裝船使用。

2.4 傾點

傾點是油品低溫流動性的一種指標。低溫流動性通常取決于兩個因素:一是粘度隨溫度下降而增高;二是油品中原來呈溶解狀態的石蠟分子因溫度下降而以固體結晶析出。對于重質燃料油而言,傾點更多地是指蠟質析出而“喪失”流動性的溫度。傾點高,低溫流動性差,使用中會影響泵送和過濾。

2.5 殘炭

殘炭值影響燃燒室的結焦結炭。但對氣缸和活塞的磨損不僅取決于殘炭的多少,還主要取決于炭質的硬度。含硫量高的積炭堅硬,磨損較大。

2.6 灰分

灰分是指在規定條件下,灼燒后剩下的不燃燒物質,以質量分數表示。灰分一般是金屬元素及其鹽類。灰分對于油泵、油嘴、泵部件、閥門及控制元件等有磨損,過度超標的灰分是造成氣缸壁與活塞環磨損的重要原因。

2.7 水分

水會腐蝕設備零件,并將溶解在水中的鹽帶入汽缸而造成結炭,增加汽缸磨損。重質燃料油中若有過量的水分容易導致熄火。水的存在還會加速油品的氧化和膠化。同時,由于水蒸發時吸收熱量,降低了油品的發熱量。

2.8 沉淀物

含量過大時會增加機械設備的磨損,堵塞輸油管線、過濾器、噴油嘴等。

2.9 硫含量

目前國內市場上通常將含硫低于1%(m/m)的稱為低硫燃料油;含硫1%-2%(m/m)的稱為中硫燃料油;高于2%(m/m)的稱為高硫燃料油。硫的影響在于它燃燒后生成SO2和 SO3。遇到水分生成酸性氣,如 H2SO4。當溫度低于露點溫度時,就會凝聚在金屬表面產生腐蝕,即低濕腐蝕。SO2和 SO3與鈉、鉀等金屬元素結合,形成堿金屬硫酸鹽,而且SO3在燃氣中能吸附微粒灰分,膠附在金屬表面,并繼續膠住一些浮游的灰粘,形成沉積層,降低金屬局部導熱效率,使沉積處的表面溫度相應地迅速增高。因而聚集了沉積物,導致對金屬的腐蝕,即所謂高溫腐蝕。

2.10 釩

燃料油中釩對柴油機的危害表現在:一是釩一般以低熔點(675℃)的 V2O5形態存在。它易與熔化狀態的Na2SO4結合形成低熔點的堿金屬釩酸鹽,都會對熱通道的金屬產生嚴重的電化學腐蝕。二是釩如形成較高熔點的化合物易在通道表面結垢,阻塞通道和影響導熱。

2.11 鋁和硅

原油加工過程中,經過催化裂化流程后,加進去的催化劑微粒為硅和鋁的化合物。經循環使用,再回收后,約有 5%左右的微粘殘留在渣油中。殘留在油品中的這些催化劑微粒細小,既硬又脆,進入燃油系統后會對高壓油泵柱塞和套筒造成異常磨損甚至會咬死,還會使噴油器異常磨損,造成噴油霧化不良。同時也會造成缸套、活塞環、排氣閥等異常磨損。

2.12 鋅、磷、鈣

鋅、磷、鈣這三個含量指標是 ISO 8217-2005標準中新增加的,是鑒定燃料油中是否加入廢潤滑油(ULO)的指標。一般認為,如果燃料油中鈣、磷、鋅的含量中一項或多項低于ISO 8217-2005標準中的對應指標值,可以認為燃料油中不含廢潤滑油。若三項指標均超過標準,就可以認為該燃料油中含有廢潤滑油。

廢潤滑油加入到燃料油中,潤滑油中的添加劑仍會發揮作用,會嚴重降低船上燃油預處理系統對懸浮在燃料中的水和硬質顆粒的去除效果。硬質顆粒得以進入柴油機增加磨損,廢機油的存在還使燃油的灰分增大,加速增壓器等污垢的沉積。

2.13 儲存穩定性

盡管ISO 8217-2005中未列入該項質量指標,但該指標在船舶使用中很重要。燃料油出現不穩定(即平時人們常說的分層現象)的危害表現為離心機和過濾器有過多的泥渣,導致分油機的超負荷和堵塞過濾器。其次可能污染噴油器,導致燃燒不良,排氣冒黑煙。穩定性不好的燃料油儲存在油艙中久了,會在艙底沉積大量的油泥,在油艙存量不多時甚至會出現泵送困難,無法使用的問題。造成穩定性差的主要原因是燃料油調合中的渣油和餾分油配比不當,為降低粘度,使用了過多的稀釋成分,或輕重組分的相容性差。因此可定性測定燃料油的穩定性,取少量油樣存放在透明玻璃瓶內觀察幾天,看是否有分離、變化和有沉淀的情況發生。

3 結語

鑒于上述重質燃料油質量指標對船舶柴油機的影響,一是要把好加裝燃料油的入口關。如供油協議要明確執行的標準,加油時要向供油船索取本批次燃油的實測報告并取樣留存備查。二是要高度重視燃油的預處理工作。有條件的船舶,不同來源的重質燃料油最好分開儲存,避免因相溶性不好而造成油料分層。三是除油艙和噴油系統需加溫外,泵送管道、過濾器都要裝加溫設備和伴熱管線。因為目前大多數重質燃料油的傾點都在 20℃以上。四是國際航行船舶執行《MAPOL73/78公約》97協議書和附則VI,加裝燃料油時,要考慮其含硫量是否符合要求。

[1] 夏世祥.重質燃料油基礎知識與應用[M].北京:中國石化出版社,2009.