低硫油在燃油供應系統中的應用

潘偉鵬

摘 要：自2010年7月起，歐盟等一些國家要求過往船舶在一定海域必須燃用含硫量不大于0.1% m/m的低硫燃油，防止船舶硫化物排放影響大氣及海洋環境。因此遠洋船舶會越來越多的使用低硫重油和低硫柴油。然而，目前絕大多數船舶的柴油機和燃油供應單元是根據使用重質燃油和船用柴油的粘度來設計的，不能直接使用粘度低、潤滑性能差的低硫燃油，否則會對設備產生一系列問題。為應對歐盟法令2005/33/EC的要求，該文著重分析了低硫油的特性及其對船舶設備所產生的影響，介紹了傳統使用重油的燃油供應單元的系統結構，并對燃油供應系統使用低硫燃油如何加以改進以及部件配置作了詳細闡述，通過油品轉換控制，以滿足柴油機使用低硫油的要求。

關鍵詞：低硫燃油 燃油供應單元 冷卻器 油品轉換

中圖分類號：U664 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（a）-0100-02

隨著全球經濟一體化的大力推進，國際貨物貿易愈加繁忙，海運事業也得以蓬勃發展，同時船舶會產生大量的氮氧化物NOx、硫氧化物SOx等廢氣，排放后對環境的破壞越來越嚴重，為了降低船舶廢氣排放對環境的影響，相關國際組織制訂了一系列的規范：（1）2008年國際海事組織（IMO）對MARPOL73/78公約進行了修改，附則VI2008修正案于2010年7月1日起強制生效，其中對硫氧化物和顆粒物質的排放做了嚴格限制。（2）經歐盟法令2005/33/EC修正的1999/32/EC的4b章（Directive2005/33/ECArticle4b）關于在歐盟港口停泊船舶使用燃油的最大硫含量的規定已于2010年1月1日起生效。基于上述公約和法令的相繼生效，航行SECA區域的船舶需轉換使用低硫燃油。

1 低硫油的特性及對設備的影響

低硫油主要特性有發熱值高、密度低、粘度低、潤滑性差、閃點低、硫含量低等特點。其給設備安全帶來的影響主要體現在以下幾方面。

（1）粘度低：根據ISO8217燃油標準，MGO油的粘度為1.5～6.0cst@40℃，而含硫量低于0.1%m/m的燃油粘度大部分在2～4cst@40℃。粘度過低會因潤滑不良導致日用系統供油單元的燃油供應泵和循環泵的磨損，甚至產生咬死等事故，因其粘度低，產生泄露，泵輸出的流量會比使用重油時的流量減小，進而影響柴油機的進油量，造成壓力波動，會使柴油機發不出全功率等。

（2）潤滑性能差：硫可以提高燃油的潤滑性能，而低硫油因硫含量大大降低，其潤滑性能變差；低硫燃油其硅鋁含量也高，硅鋁顆粒會像磨料一樣，進入燃油系統會加速泵運動件的磨損。在使用低硫燃油時將泵運動件的材質需進行特殊處理。

（3）閃點低：相對重油閃點來說，低硫油閃點要低。為了滿足規范和公約要求，ISO8217（2010）輕質油DMX因閃點低于60℃不建議使用；DMA、DMZ、DMB則都可以滿足規范要求，目前船上普遍使用的低硫燃油是DMA和DMZ，其閃點不低于60℃。

2 燃油供應系統的優化設計

2.1 燃油供應單元系統的組成

燃油從重油日用柜和柴油日用柜通過單元進口三通轉換閥，經粗濾器到供應泵，通過精密濾器過濾雜質，流入流量計到空氣分離器，然后經循環泵加壓后的燃油進入加熱器加熱，流經粘度或溫度傳感器，最后進入柴油機燃燒。在系統中，空氣分離器的作用是排除系統內氣體，并且將輸入的冷油和從柴油機返回的熱油進行混合，從而獲得對粘度或溫度的穩定控制。此系統一般使用的是重油和船用柴油。

2.2 燃油供應系統使用低硫油的改進

（1）低硫油冷卻器。由于使用低硫油，柴油機生產廠家通過改進，船用柴油機可允許的進機燃油最小粘度為2～3.0cst。根據ISO8217燃油標準，低硫油的粘度范圍是2～6cst@40℃，由于船舶機艙內環境溫度較高，一般可達45℃左右，再加上燃油經過柴油機后回油的溫度又較高，可達55℃，因此低硫油在此溫度下很難保證燃油的進機粘度能滿足柴油機的使用要求，為了使燃油進機粘度不致過低，在燃油進入柴油機前，需加裝冷卻器將低硫油冷卻到40℃以下，保證燃油進機粘度大于2cst。冷卻方式通常采用兩種：一種使用制冷機組，但此裝置成本高且占地面積大；另一種是采用36℃淡水直接進行冷卻，且費用低，不占面積?，F在船舶上大都使用第二種方式，選用油品為大于2cst@40℃。

（2）低硫油油柜。各類油品應獨立設置日用油柜，由于重油其粘度高，其流動性差，一般情況下均需加熱到80℃左右，而低硫油粘度較低需要冷卻，因此在油柜布置時應避免低硫油柜直接與重油柜相接觸。

（3）管系材料及泵的選取。因低硫油粘度低，極易產生滲漏，所以選擇管材及密封件時要倍加注意。使用低硫油時，泵的選擇很重要，否則造成極快磨損，咬死，輸出流量不足。泵的材質需經過特殊處理，耐磨性要好。采購時應向設備廠家確認可否用于輸送低硫燃油。

（4）燃油電動轉換閥。根據柴油機廠家的要求，在低硫油轉換過程中需要注意油溫變化不能超過2℃/min。轉換過快會使低硫燃油過熱汽化，另外過冷的低硫油還會使溫度高的重油溫度降低過快，易堵塞濾器，導致進入柴油機燃油流量不足和壓力變化大導致主副機停車，所以在燃油供應系統中需安裝自動轉換裝置，通過PLC程序控制，進行精準比例切換。

3 油品轉換操作：HFO切換到MDO（MGO）

（1）確認燃油冷卻器的燃油端進出口隔離閥處于開啟狀態，旁通閥處于關閉狀態。

（2）打開冷卻器冷卻水閥，使冷卻器處于待命狀態。

（3）將供油單元粘度控制器設置值由12cSt調整為18cSt，以減小加熱器內蒸汽加熱量，降低切換的溫度。

（4）啟動控制箱面板上的HFO→MGO按鈕；進口三通閥MV1開始動作，MGO口開始慢慢打開，同時HFO口也會以相同的速度慢慢關閉。此時進入系統的燃油是混合油，低溫的MGO進入系統會導致系統出口的溫度和粘度的下降，通過出口的傳感器上的溫度信號，通過PLC自動調整電動SV1的MGO和HFO的開度比例，以控制出口的溫度變化的速率不超過2℃/min。

（5）隨著系統粘度的降低，加熱蒸汽控制閥根據檢測到的粘度減低的信號漸漸關閉，隨著SV1的動作，MGO開度漸漸變大和HFO的開度漸漸減小，系統中的燃油的MGO比例增加，系統的溫度和粘度一直在緩慢下降，當系統出口溫度小于55℃或者系統的粘度小于5cst時，系統PLC發出指令，三通閥SV2開始動作，系統中的混合燃油開始進入冷卻器，SV2的動作速度由PLC控制，以保證出口的溫度變化的速率不超過2℃/min。

（6）當系統控制面板上的冷卻器運行指示燈亮時，將供油單元粘度控制器設置值調整到5cst，并調整報警值以保證出口粘度低于3cst或出口溫度大于40℃時系統發出粘度異常報警及溫度異常報警，至此HFO切換到MGO的過程結束。

同樣由MGO轉換為HFO時，按相反的程序進行轉換操作。

4 結語

通過對燃油供應系統的改進以及可靠地燃油轉換操作程序控制，從我司提供的數千臺燃油供應單元使用低硫燃油實際應用來看，效果不錯。很好的滿足了柴油機的進機粘度要求。低硫燃油的使用也降低了船舶對環境的污染。

參考文獻

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[4] 燃油供應單元企業標準[S].Q/ATBGM 001-2013.