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船舶低硫油使用的問題與對策

2020-10-09
季長福
(南京金建業船舶管理有限公司)
在實踐中,低硫油存在粘度變化范圍大、潤滑性降低、穩定性差等問題;在IMO 2020限硫令強制執行的當下,值得從業者謹慎應對國際海事組織(IMO) 2020限硫令已在執行。雖然有清潔能源和使用脫硫裝置等替代措施,但考慮成本和管理因素,船舶低硫油仍是多數船東的應對選擇。
低硫來源
船舶低硫油主要來源于以下三種方式。
由低硫原油生產的低硫油:經過蒸餾等工藝產生的渣油調合出來,硫含量可以滿足IMO的0.5%標準,但其產量非常小,遠不能滿足全球航運市場需要。
經過脫硫工藝生產的低硫油:如傳統的加氫、吸附、催化裂化添加劑脫硫等技術所生產的合規船舶低硫油,粘度范圍在180~500cSt。
調合低硫油:使用低硫組分輕質燃油與高硫重質燃油進行混兌、調合,滿足低于0.5%或排放控制區0.1%的標準,并且保證燃油閃點、穩定性、兼容性、點火特性等滿足ISO 8217標準,粘度范圍在20~160cSt,平均粘度145cSt,這是目前低硫油的主要來源(中國低硫油主流調合方案見表)。
由上可見:調合低硫油主要來自煉油廠的渣油,加上中間燃料油,在調合罐中加入各種不含硫的燃料來降低含硫量。這些在調合罐中所添加的原料,會出現如植物油和動物脂肪、有機鹵化物、非石油制品及廢潤滑油化工廢料、有機酸和其他氧化物等禁止組分,由此導致船舶低硫油在使用中問題很多!
面臨問題
粘度變化范圍大
不同產地的船舶低硫油粘度變化范圍很大,由此導致燃油粘溫特性變化劇烈。以巴西、新加坡和中國香港三地的船舶低硫油化驗報告為例,巴西低硫油運動粘度在10cSt時對應的溫度是94℃,也就意味著日常使用溫度在85~90℃。而新加坡和中國香港油樣化驗報告表明,在18cSt對應的油溫分別在105~113℃,為了確保進機的運動粘度保持在10~12cSt,船舶柴油機的進機溫度就比巴西的低硫油需要適當提高。
此外,在燃油化驗報告中也提及儲存和分離溫度等指標,需要船舶輪機管理人員嚴格按照要求執行。
目前絕大多數說明書標定該柴油機標定的進機運動粘度不能低于4cSt。若低于4cSt,將造成該柴油機的高壓油泵漏泄,并容易導致噴油嘴、高壓油泵磨損或咬死,引發進機油壓降低、甚至斷油風險,影響柴油機性能,嚴重的會出現船舶柴油機停車。
潤滑性降低
由于低硫油在生產過程中普遍采用苛刻的加氫脫硫工藝,燃油中改善潤滑性的主要物質如含氧、含氮化合物以及雙環、多環芳烴的含量也隨之降低,降低了燃油的自然潤滑性能。這就需要使用潤滑性改進劑以恢復和提高燃油在脫硫過程中所損失掉的固有潤滑性,從而減少燃油泵送及噴射設備在使用低潤滑性燃油時所造成的磨損。
穩定性差
穩定性指的是單一燃油使瀝青質在整體溶液中保持穩定的能力,業界俗稱燃油分層現象。總體而言,瀝青質在芳香烴中容易穩定,但在石蠟餾分中不易穩定。表現在低硫油,除了石蠟餾分的增加導致的不相溶性增加以外,由于缺乏專業的燃油混兌設備導致的穩定性差的可能性也在增加。據相關資料稱:有部分燃油供應商不具備專業混兌設備,只是將船舶低硫油與高硫油簡單倒在一起,有的甚至在駁油船上混合,混完后直接供船。加上混兌燃油粘度和密度不同,這種混合不充分的船舶低硫油在船舶油艙內就會分層。燃油穩定性差會引起船舶柴油機燃燒不連續,特別對于沒有自動粘度控制器的船舶簡直就是噩夢。并且,分層后的輕質燃油在高溫加熱后還有可能氣化,從而導致柴油機排氣閥燒蝕故障頻發。
兼容性不足
兼容性指的是兩種或多種單獨穩定的燃油以一定比例混合后,形成穩定混合液的能力。由于兩種燃油原料不同,催化劑不同,所以在混合后很可能產生劇烈化學反應,加速瀝青質從燃油中脫落沉淀成為油泥,也就是業界所稱的油泥析出。盡管在原先使用的高硫燃油中時有發生,但在低硫油中表現更加明顯。
燃燒性差
輕循環油(LCO)是煉油副產物,硫含量低,產量大,是部分煉油廠混兌低硫油的主要配方之一。由于其十六烷值只有 10~20,所以燃燒性很差,這就需要經過再次催化才能改善燃燒性,產生經濟價值。但值得注意的是:再次催化將導致成本急劇上升。因此,未經再次催化的LCO的大量混入極易導致燃燒質量下降,通常會有點火延遲發生,積碳增多,排氣閥燒蝕等情況。同時由于混兌發生,燃油本身的燃燒性也會受到影響。所以即使沒有 LCO 混入,船舶低硫油的燃燒性也容易受到影響。
殘留催化顆粒影響
殘留催化顆粒中的鋁和硅在低硫油中表現尤其明顯,顆粒大小分別在5~30μm和8~15μm ,這部分帶來的危害最大,也是造成磨粒磨損的主要原因,極易造成缸套、活塞環及環槽異常磨損。
微生物污染
按ISO8217-2017,低硫油中的脂肪酸甲酯含量可以高達7%,而脂肪酸甲酯是生物柴油主要成分,這就使得低硫油更容易受到微生物污染。微生物在適合的水分和空氣環境下,以碳氫化合物為食物,污染正在使用中的燃油。知名燃油檢測公司警告稱:這部分污染將導致柴油機柱塞偶件咬死,油泵損壞等故障。
應對措施
完善船舶與IMO 2020 限硫令相關體系表格 。注意檢查油艙清洗程序要滿足要求:三遍燃油處理劑的化學清洗、一遍少量輕油清洗、人工清洗等三個步驟,并確保記錄與計劃相一致。同時,考慮到油賬符合記錄要求、人工清艙產生的油渣數量要與焚燒爐一致等。
完善船舶換油程序。在以前的換油程序中,往往未涉及高低硫油轉換程序。同時,在船舶高低硫油轉換過程中,切記溫度變化速率不要超過每分鐘2℃。
控制新加裝低硫油使用風險。考慮到低硫油兼容性較差,務必避免混裝不同批次及品質的燃油。對于來源差異大的燃油,還要避免在沉淀柜和日用柜中的混油。在切換不同批次低硫油時,要盡量將沉淀柜及日用柜里的舊油消耗殆盡,最大可能減少混油風險;對于船上有兩種低硫油的情況,要先加先用,減少微生物污染的可能,不能在船上保留太長時間。
加強對燃油系統濾器檢查和燃油系統放殘。從每期的燃油化驗報告不難發現:高硫油里的鋁和硅含量很少,但在低硫油里的鋁和硅含量明顯增加,即低硫油里的催化劑顆粒較多。這就需要加強對燃油系統濾器的檢查,發現有破損的一定要及時更換。加強對沉淀柜及日用柜放殘的頻率并制度化此項要求。
仔細研讀燃油化驗報告。由于低硫油的粘溫特性具有不可控性,所以在使用時一定要等到燃油化驗報告后再行使用。這是因為在燃油化驗報告中,對于分離、儲存和使用溫度都可以明顯查到。結合低硫油的密度比高硫油低的特點,對于分油機比重環的選擇也要結合燃油化驗報告予以考慮以避免跑油。此外,由于低硫油的穩定性差,而且隨著溫度升高,油泥產生速度就加快。因此,對于油艙的加熱溫度也需要結合燃油化驗報告予以控制,而不是越高越好。一般而言,保持在傾點以上10度左右即可,特別是對于裝載糧食的船舶,油艙溫度過高,還會造成糧食損壞變質。
換油過程中實施嚴格燃油粘溫控制。一是注意燃油粘度變化,控制在4~20cSt;二是溫度變化梯度不要超過每分鐘2℃;三是在換油時,主機負荷控制在25%~40%的持續負荷,以防止柱塞偶件卡死;四是特別注意從低粘度油到高粘度油轉換時的溫度控制。
留意二沖程柴油機氣缸油和四沖程柴油機系統滑油的選擇。由于使用燃油硫含量降低,對于船舶低硫油使用環境下的二沖程主機氣缸油及副機系統滑油的堿性就需要降低,并要注意經常性通過掃氣口檢查活塞頭部、環槽、缸套內壁等表面是否有白色沉積物,注意適當降低氣缸油注油率,并利用滑油化驗的機會,對氣缸油殘油取樣送檢。
注意外界經驗、通函及指南的收集和學習。同時,考慮到船舶航線,密切關注不同港口對燃油轉換的要求。如RITO港要求抵港正倒車測試前48小時必須換妥(必和必拓要求為前72小時),且明確要求禁止在HED LAND港內機動操縱時更換船舶低硫油。
(來源:航運交易公報)
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