船舶硫氧化物排放控制及展望

挪威船級社（中國）有限公司大連分公司 薛 成

MARPOL 73/78公約附則Ⅵ已于2005年5月19日生效，該附則第14條對船舶排放的硫氧化物進行了限制，要求船舶加裝的燃油的硫的質量分數不超過4.5%，同時對船舶位于SOx排放控制區域之內的硫氧化物排放總量提出了明確要求。目前船舶大多采用硫的質量分數低于1.5%的燃油（簡稱低硫燃油）來滿足這一條件。

一、有關限制硫氧化物排放的公約及區域法令

1. 硫化物排放控制區域（SOx Emission Control Areas，簡稱SECA）

近來，根據附則Ⅵ設置的兩個排放控制區（ECAs）已經生效，即波羅的海和北海海域。在2011年7月的MEPC62次會議上，通過了有關設置毗鄰波多黎各（美屬）海岸一定區域的海域以及維京群島（美屬）作為另一個排放控制區（美國加勒比海排放控制區）的MARPOL公約修正案。該修正案預計將在2013年1月1日生效，而排放控制區也將在修正案生效后的12個月后生效。

2. 附則Ⅵ對船用硫含量的限制

MEPC 58通過了MARPOL附則Ⅵ修正案，對船舶大氣污染物的排放提出了進一步要求。修正案要求從2012年1月1日開始，全球重質燃油的硫的質量分數從現在的4.5%降至3.5%，并在2018年之前作出可行性評估。若評估通過，到2020年1月1日，將要求全球船用重質燃油的硫的質量分數降到0.5%；如果調查結果不樂觀，則將考慮延遲至2025年1月1日起適用新標準。

對于SECA，從2010年7月1日開始，該區域船舶所用燃油的硫的質量分數不得超過1.00%，從2015年1月1日起不得超過0.10%。

3. 歐盟法令The EU Directive 2005/33/EC的控制要求

除IMO法規要求外，船上燃油硫含量控制還應滿足下述要求：自2010年1月1日起，所有靠泊歐盟港口的船舶必須使用含硫的質量分數低于0.1%的燃油。不過，如果船舶靠泊后將船用供電切換為岸電或靠泊時間不超過2 h，則可以不受上述規定的約束。

4. 加利福尼亞法令（CARB Title 13/17）

該法令規定，進入加利福尼亞海岸線24 n mile水域的遠洋船舶主機、副機及鍋爐必須使用船用輕柴油（ISO 8217，DMA）或重柴油（ISO 8217，DMB）且應滿足下述要求：自2009年6月28日該法令生效起，船舶副機所用的船用輕柴油最大的硫的質量分數不超過1.5%，船舶副機所用的船用重柴油最大的硫的質量分數不超過0.5%；自2009年7月1日起，船舶主機及副鍋爐所用的船用輕柴油最大的硫的質量分數不超過1.5%，所用的船用重柴油最大的硫的質量分數不超過0.5%；自2012年1月1日起，船舶主機、副機、副鍋爐無論使用船用輕柴油還是重柴油最大的硫的質量分數都不超過0.1%。

二、低硫燃油對船用燃油設備的影響

目前船用燃油必須符合ISO 8217:2005修訂版的要求，參閱有關資料可知低硫燃油對燃油設備的影響主要有以下幾個方面[1-4]：

1. 低硫燃油對柴油機的影響

（1）低運動黏度

大部分船舶柴油機設計的燃油允許最小運動黏度為2.0 μm2/s，而根據ISO 8217，船用輕柴油的40℃運動黏度值為1.5~6.0μm2/s且船用重柴油的40℃運動黏度值為11μm2/s。在實際使用中由于燃油經過加熱及機艙環境的影響，柴油機進油溫度一般都高于40℃，運動黏度值將進一步降低，從而導致燃油供給泵、噴油泵和噴油器內部泄漏加劇，燃油供給不足，也使機器的輸出功率降低，自身潤滑性變差，導致噴油泵和噴油器內部磨損加劇甚至卡死。

（2）酸性

在一定的溫度和壓力下，燃油中的硫燃燒后生成酸，可造成燃燒室部件的低溫腐蝕。一般使用適量的加入堿性添加劑（一般為CaCO3）的汽缸油中和燃燒所形成的硫酸，中和產物（CaSO4）及未參加反應的少量堿性添加劑（CaCO3）隨著柴油機的換氣過程將被排出燃燒室。但是，當燃油中硫含量降低，汽缸油供給量過剩，將會在缸內出現由過量堿性添加劑所形成的大量灰白色沉淀物，從而使活塞環黏結、斷裂，缸套磨損嚴重。

（3）點火與燃燒質量

船用燃油的點火質量和燃燒質量尚不屬于國際標準化組織ISO 8217船用燃油規格的一部分。一直以來計算單芳香烴指數（CCAI）是評估重質燃油點火質量的默認方法。隨著煉油廠越來越多地在混合工藝中使用重循環油以實現硫含量低的目標，計算單芳香烴指數和計算點火指數在評估點火性能差的燃油時是不準確和不充分的，所以根據燃油交付單中的計算單芳香烴指數來判斷點火與燃燒質量是不可靠的。使用點火性能差的燃油，發動機會出現的典型問題有：發動機啟動困難，或者完全無法啟動；燃燒室內最大壓力過高；運行不穩定及功率損失；燃燒室及廢氣系統內的沉積物增多。

（4）燃油的不兼容

低硫蒸餾燃油的芳香烴含量較低，所以對瀝青質的溶解性較差。在含有大量瀝青質的重質燃油與低硫蒸餾燃油轉換時有可能因為燃油的不兼容性導致濾器堵塞，機器設備因缺油而停止運轉。

（5）催化劑顆粒的危害

為了提高輕質燃料油的產量，現代石化工業采用催化裂化技術，在原油煉制過程中加入含有硅和鋁元素的催化劑。殘渣油中催化劑的硅、鋁顆粒很難全部分離出來，會像磨料一樣，或進入燃油系統加速高壓油泵柱塞套筒偶件磨損、出油閥卡阻、噴油器針閥磨損，或直接接觸缸套、活塞環，在嵌入生鐵的石墨基結構中加劇磨損，嚴重時甚至造成拉缸、活塞環斷裂、掃氣箱著火、增壓器喘振、增壓器軸承損壞等，威脅船舶安全。

2. 低硫燃油對鍋爐的影響[5]

（1）低黏度。燃油黏度降低會增加燃油泵的內部泄漏，產生燃油供給不足，在鍋爐低負荷運轉時又會導致噴入燃燒室內的燃油過多而燃燒過度。另一方面，潤滑性變差會使燃油泵運動件之間的磨損加劇。

（2）點火與燃燒質量。使用點火性能差的燃油會使鍋爐點火困難，點火報警頻繁動作。燃燒質量差又會增加煙灰的積聚，從而污染燃燒室和排氣系統。

三、應對措施

1. 改造燃油系統和設備

對船上燃油系統的改裝一般都是由原生產廠家提出修改方案并由船級社認可，改裝完成后還要經過船級社的檢驗才可投入使用。對燃油系統的改裝可考慮以下幾個方面：

（1）在燃油管線加裝冷卻器及燃油增壓泵，以保證進入燃油設備的黏度。

（2）安裝高效的汽缸油注油器，使汽缸油注入量是動態控制的，供油率的控制是在綜合考慮了燃油硫含量和柴油機的負荷后，確定出最佳供油率汽缸油注油器。或者加裝汽缸油日用柜，在兩個汽缸油日用柜中存放不同總堿值的汽缸油，根據所用燃油的硫含量相互轉換。

（3）改裝專為低硫燃油使用的燃油日用柜，盡量避免產生高低硫燃油相互轉換時的混合時間。

（4）改裝能將催化顆粒分離出去的分油機。

2. 船舶管理

（1）加裝燃油后，迅速將所加燃油送到專業實驗室化驗，了解燃油的兼容性、點火和燃燒質量、催化顆粒等相關參數，為以后使用中的管理提供指導。如果發現燃油中硫含量超標，應封存船上的燃油，迅速通知船旗國主管當局，同時向燃油供應商提出抗議并通知燃油供應商所在國家的主管當局。

（2）船舶管理者應根據國際安全管理規則（ISM）1.2.2.2的要求系統分析燃用低硫燃油的風險，制定維修保養及操作程序，指導船員的實際操作。

（3）針對每艘船舶的設備和管系編制低硫燃油使用記錄簿，建議應包含以下內容：對低硫燃油的公約、區域性法令的要求；在進入和離開SECA區域、歐盟港口和加利福尼亞水域的燃油轉換程序，應包括時間的計算和具體的閥的操作；燃油轉換的記錄格式，如開始和結束的時間、地點（經度和緯度）、所用燃油的硫含量等。

四、控制硫氧化物排放的展望

船舶安裝廢氣濾清系統有效控制SOx的排放也是國際海事組織及港口國政府可接受的方法之一。根據有關資料預計[6]，一艘每天燃用50t燃油的客船按每年在SECA區域航行100天計算，如果燃用1%的低硫燃油每年將節省燃油費用125 000美元，如果燃用0.1%的低硫燃油每年將節省燃油費用1 550 000美元，而所需要的設備費用大約為3 400 000美元。目前該項技術還處于研發階段。隨著環境保護意識的提高，對燃油使用的限制會越來越嚴格，涉及水域也會越來越廣泛。采用SOx廢氣濾清系統或將適當降低燃油硫含量和該系統結合使用將是未來船舶控制硫氧化物排放的主要發展方向，也建議目前新造船舶在船預留一定空間，為將來安裝廢氣濾清系統做好準備。

[1]DNV Maritime.Low sulphur fuels-properties and associated challenges[EB/OL].[2011-05-12].http://www.dnv.com/industry/maritime/publicationsanddownloads/papers/.

[2]Wartsila.Low sulphur guidelines[EB/OL].[2011-04-18].http://www.cleanairactionplan.org/civica/filebank/blobdload.asp?BlobID=2323.

[3]MAN B&W Diesel A/S.Operation on low-sulphur fuels two-stroke engines[EB/OL].[2011-05-12].http://www.cleanairactionplan.org/civica/filebank/blobdload.asp?BlobID=2326.

[4]楊富龍.硫氧化物排放控制區船舶燃用低硫燃油的措施[J].航海技術,2009(3):59-61.

[5]Mitsubishi Heavy Industries,Ltd.Mitsubishi auxiliary boiler[EB/OL].[2011-04-22].http://www.mhi.co.jp/en/products/pdf/pr_aux%20boiler.pdf.

[6]CHRIS Leigh-Jones.The case for scrubber[EB/OL].[2011-04-24].http://www.worldbunkering.com/articles/environment/0014-thecase-for-scrubbers.html.