均質機在船用重質燃油系統(tǒng)中的應用

方德忠

摘 要 根據(jù)現(xiàn)代重質燃料油的特點及可能帶來的危害，指出了現(xiàn)有船用重質燃油系統(tǒng)在處理現(xiàn)代劣質重質燃料油過程中所存在的問題，通過對均質機原理的闡述，分析其在燃油系統(tǒng)中解決所存在問題的可行性，并提出了有效的解決方案。

關鍵詞 均質機 重質燃料油 船用燃油系統(tǒng)

中圖分類號：U677文獻標識碼：A

0引言

重質燃料油（以下簡稱重油）具有高發(fā)熱值，儲運穩(wěn)定，成本低，使用范圍廣等特點，已成為冶金，建材、化工、輕紡、電力、航運等行業(yè)的主要能源之一，特別是隨著國際原油價格的不斷攀升和航運業(yè)的激烈競爭，為降低能耗成本，重油在船舶中的使用越來越廣泛，已成為大馬力、中、低速船舶柴油機的主要燃料。

與此同時，隨著煉油技術的日益進步，船用重質燃料油的質量越來越差，給重質燃料的使用帶來的問題越來越多。目前船舶燃料油的質量問題日益嚴峻，此問題處理不好，不僅會大大增加運輸成本，還關系到船舶的航行安全。因此，分析現(xiàn)有船用重質燃料油使用過程中存在的問題，并尋求解決方案，保證船舶在使用重油的過程中，真正達到安全、節(jié)能、環(huán)保、自動化的目的具有現(xiàn)實意義。

1船用重質燃油凈化供應系統(tǒng)

1.1 燃油系統(tǒng)的基本構成

船用燃油系統(tǒng)的作用是將一定規(guī)格的燃油進行系列處理按照柴油機使用要求連續(xù)地以一定的溫度（粘度）、流量、壓力輸送到噴油泵入口端。因此，整個燃油系統(tǒng)具體分為兩個幾乎完全獨立的系統(tǒng)，一個是柴油系統(tǒng)，另一個是高粘度燃料油系統(tǒng)。系統(tǒng)通常由三大環(huán)節(jié)組成：燃油的加裝、儲存和駁運;燃油的凈化處理;燃油的供給使用。

在現(xiàn)代船舶柴油機燃油系統(tǒng)中，一般設有獨立的柴油及重質燃油凈化系統(tǒng)和供應系統(tǒng)。

1.2 燃油凈化系統(tǒng)

典型的燃油凈化處理系統(tǒng)中一般配置有沉淀油箱、加熱器、供油泵、離心分離機、控制系統(tǒng)及管系等。

燃油凈化處理系統(tǒng)中預處理主要包括設置沉淀箱進行燃油沉降分離與配置加熱器進行預熱溫度控制。

離心分離機的作用主要是通過離心力的原理，將密度大于油的固體顆粒、水等組分進行分離去除。影響燃油離心分離的因素主要有密度、粘度、流率、溫度等，除此之外，固相顆粒大小、分布、幾何形狀、固相含量濃度及顆粒與油介質表面效應作用等也將影響到燃油的分離效果。

燃油凈化系統(tǒng)除沉淀箱外，一般由設備廠家將分離機、加熱器以及電控等組裝成模（即分油機單元）提供給船廠。

1.3 燃油供應系統(tǒng)

典型的燃油供應系統(tǒng)中一般配置有日用油箱、供油泵、循環(huán)泵（又稱增壓泵）、流量計、加熱器、溫度、粘度控制系統(tǒng)及精密濾器等。

經(jīng)燃油凈化系統(tǒng)離心分離等處理后的凈油儲存于日用油箱，再經(jīng)燃油系統(tǒng)對燃油的溫度、粘度、壓力、流量和精度等進行系列處理后，供柴油機使用，又稱增壓系統(tǒng)。

一般在燃油供應系統(tǒng)中配置燃油精密濾器，用于進一步清除未被凈化的雜質，以確保柴油機的安全。

燃油供應系統(tǒng)除日用油箱外，一般由設備廠家將供油泵、流量計、加熱器、溫度、粘度控制系統(tǒng)及精密濾器等組裝成模塊（即供油單元）提供給船廠。

2現(xiàn)代重質燃油特點及影響

2.1現(xiàn)代重質燃油特點

重質燃料油對柴油機及相關輔機的影響的質量指標較多，一般主要考慮粘度、硅鋁等機械雜質含量以及儲存穩(wěn)定性等主要指標。船用現(xiàn)代燃油的品質變化主要決定于煉油技術的進步。傳統(tǒng)燃油來自于常壓蒸餾與真空減壓蒸餾的產(chǎn)物，相對于煉制原油總量約為 35%～55%，現(xiàn)代煉油采用催化裂化與減粘裂化技術所得的最終殘留物和餾出產(chǎn)物，相對于煉制原油總量僅為 8～25%?，F(xiàn)代燃油具有的高密度、高粘度、高鋁硅量（催化微粒）、高含渣量、不穩(wěn)定性等性質，其中鋁硅量等有害雜質含量增加及不穩(wěn)定性增強又是影響其使用的主要因素。

重油中催化劑顆粒（主要為硅 Si及鋁Al的化合物）引起的磨損是近年來新發(fā)生的問題，對遠洋船舶的影響非常重要。殘留在油品中的這些催化劑微粒細小，既硬又脆，過多的硅和鋁對高壓油泵柱塞和套筒造成異常磨損或咬死;噴油器異常磨損和粘住，造成噴霧不良。在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)生磨損，可能是破壞性的，造成氣缸拉缸停車事故。

重油是一種十分復雜的碳氫組分的混合體，瀝青質是已知的絮凝物質，一般認為是引起燃料油不穩(wěn)定性問題的主要原因。由于現(xiàn)代重油的高含渣量、瀝青質加重，燃料油在儲存過程中，由于溫度的變化和重力作用，瀝青質與周圍油狀介質的平衡易于受到破壞，產(chǎn)生瀝青質聚沉現(xiàn)象（俗稱“二次結渣”）明顯加劇，易造成濾器的堵塞等。

2.2 現(xiàn)代重質燃油給燃油系統(tǒng)所帶來的問題

船用重質燃料油預處理與凈化處理系統(tǒng)主要通過沉降、離心分離和過濾等方法脫除燃油中的水分和固態(tài)雜質。但隨著煉油技術的日益進步，特別是經(jīng)催化裂化（FCC）所產(chǎn)生的重油，F(xiàn)CC 硅鋁等有害顆粒大大增加，重油不穩(wěn)定性增強，原有處理系統(tǒng)存在的問題也日益顯露出來，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）設備故障率和維護成本增加。現(xiàn)代燃油的劣質化、難分離、不穩(wěn)定等特性給離心分離機的凈化分離操作及系統(tǒng)控制帶來越來越多的困難。不僅使雜質、淤渣未有效分離，還大大提高燃油泵和分離機的故障率，增加濾器負擔。

（2）不該分離的有效成分被分離，造成浪費。由于離心分離機是根據(jù)密度差進行分離，在密度相近時分離無選擇性導致燃油軟性淤渣團被分離造成浪費。

（3）該分離的有害顆粒未被分離，造成損害。由于離心分離機是根據(jù)密度差進行分離，以機械雜質為結晶核心的軟性油渣團，由于其整體密度與重油比較接近，在實際狀況下很多有害機械雜質難以分離。由于有害雜質的含量增加又不能有效去除，尤其是殘留在油品中的催化劑微粒細小，既硬又脆，進入燃油系統(tǒng)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。

（4）形成的“二次淤渣”未被有效處理，造成故障與浪費。由于燃油的不穩(wěn)定性，日用箱中經(jīng)分離機分離后的燃油產(chǎn)生的“二次淤渣”不僅會增加燃油系統(tǒng)中濾器等的負擔，浪費燃油，也不利于其燃燒。

3均質機在現(xiàn)代燃油凈化供應系統(tǒng)中的有效應用

3.1均質機的工作原理

均質器是在重質燃料油凈化供應處理系統(tǒng)中的一種輔助設備，隨著重質燃料油劣質化的加劇，其作用日益突顯出來。均質機主要工作原理是采用特殊設計的轉子和定子在電機的高速驅動下，通過 葉輪的高速旋轉，產(chǎn)生的高線速度和高頻機械效應帶來強勁動能，使重油在定子、轉子的高速相對運動中，受到強烈的機械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、高速撞擊撕裂和湍流等綜合作用而分裂、破碎、分散，并在短時間讓物料承受幾十萬次的這種剪切作用，不僅使機械顆粒迅速從以其為結晶核心的淤渣團中剝離出來，而且使軟性淤渣在瞬間充分均勻地分散、乳化、均質、溶解，并在密閉的腔體里形成上下左右立體紊流，經(jīng)過高頻的循環(huán)往復，最終得到穩(wěn)定的高品質產(chǎn)品。

均質機的主要特點：

（1）能有效將有害的硬質顆粒（FCC 粒子）從以其為結晶核心的重質燃油軟性淤渣團中剝離出來，使分油機更易分離出這些對柴油機有害的硬質顆粒，減少柴油機部件的磨損和故障，達到保護柴油機的目的。

（2）能有效將以瀝青質顆粒為結晶核心的重質燃油軟性淤渣團破碎、分散細化和溶解，使其恢復到可燃燒的油品狀態(tài)，而避免分油機將其分離，不但可以降低分油機的排渣量，節(jié)省燃油，而且還可以減少分油機的故障，使分油機更易清洗和維護。

（3）重油中的軟性淤渣（包括油柜中產(chǎn)生的二次淤渣）被破碎、分散細化和溶解，不但可以使安裝在其后的精密濾器不易堵塞，減少燃油的浪費。

3.2 均質機在燃油系統(tǒng)中的二種應用方案

為使燃油凈化系統(tǒng)日趨完善，使整個系統(tǒng)對燃油具有更有效的分離效果和更大的適應性，在合適的位置加裝均質機是一種有效的方法，會取得一舉多得的效果。

（1）在凈化系統(tǒng)中，加裝在沉淀箱與離心分離機之間（見圖1）。

在分離機前安裝均質機，能將硬質顆粒從包裹的淤渣團中有效剝離出來，F(xiàn)CC粒子基本裸露出來后，大大提高了其與重油的比重差，使分離機容易的將這些“該去除”有害顆粒有效去除。

重質燃油軟性淤渣團是完全可燃燒成分，加裝均質機后可有效將其分散細化而避免分油機將其分離，使這些可燃燒成分留下來，減少浪費，而且還可以降低分油機的排渣量，可以減少分油機的故障，使分油機更易清洗和維護。

（2）在供應系統(tǒng)中，加裝在日用箱與柴油機之間（見圖2）。

經(jīng)分離機分離后的燃油進入日用箱后，在使用儲存過程中，由于燃油的不在日用箱后加裝均質機，能將重油中的軟性淤渣（主要是油柜中產(chǎn)生的二次淤渣）進一步被破碎、分散細化和溶解，避免安裝其后精密濾器將其濾掉，減少燃油的浪費;可以減少精密濾器的負擔，使其不易堵塞，降低故障率。

4結束語

（1）隨著燃油技術的不斷進步，重質燃油品質不斷下降，特別是鋁硅量等有害雜質含量增加及不穩(wěn)定性增強影響明顯，不僅給柴油機等使用安全帶來很多威脅，也給燃油凈化供應系統(tǒng)帶來更多困難。

（2）在船用重質燃油凈化系統(tǒng)中加裝均質機不僅可以使有害機械雜質更有效地得以分離，還可防止可燃燒有效成分的浪費，降低成本。同時也可降低分離機的故障率和維護成本。

（3）在船用重質燃油供應系統(tǒng)中加裝均質機可以細化由于重油的不穩(wěn)定性所產(chǎn)生的“二次淤渣”，減少燃油的浪費和濾器的負擔，同時可提高燃油的燃燒效率，減少了環(huán)境污染。

參考文獻

[1] 重質燃料油基礎知識與應用[M].中國石化出版社，2009.