淺談船用重質(zhì)燃料油質(zhì)量指標(biāo)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(jià)格的不斷攀升和航運(yùn)業(yè)的激烈競爭,為降低能耗成本,船舶燃油重質(zhì)化已成為大趨勢。原大型低速船用柴油機(jī)使用重質(zhì)燃料油向用高粘度重質(zhì)油發(fā)展,新造船中速柴油機(jī)也大多使用重質(zhì)燃料油。原有的的一些船舶中速柴油機(jī)過去燃用柴油或輕質(zhì)燃料油,現(xiàn)也有些公司通過改造和安裝船舶燃油調(diào)合系統(tǒng),使用“中間油”,即摻燒重質(zhì)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(jīng)濟(jì)效益,普遍改進(jìn)工藝流程,對原油深加工。有些地方煉廠則以進(jìn)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(zhì)燃料油大多是中間商采購輕、重組份油自行調(diào)合而成。這樣就造成了目前國內(nèi)市場的重質(zhì)燃料油質(zhì)量每況愈下,并且質(zhì)量很不穩(wěn)定。因此,進(jìn)一步了解重質(zhì)燃料油的質(zhì)量指標(biāo)及對船舶的影響,為把住船用重質(zhì)燃料油入口關(guān)具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)行船用燃料油標(biāo)準(zhǔn)

1.1 國際ISO船用燃料油標(biāo)準(zhǔn)

1987年,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定了國際船用燃料油標(biāo)準(zhǔn)——ISO 8217標(biāo)準(zhǔn)(初版)。后經(jīng)修訂,于1996年頒布ISO 8217-1996標(biāo)準(zhǔn)(第二版)。ISO 8217-1996標(biāo)準(zhǔn)對粘度、密度、傾點(diǎn)、殘度、灰分、含硫量、含釩量等多項(xiàng)參數(shù),確立了質(zhì)量要求。該標(biāo)準(zhǔn)頒布后,得到世界各國的普遍認(rèn)同,有效地控制了船用燃料油質(zhì)量的惡化。該標(biāo)準(zhǔn)中將餾分燃料油分為 4類,殘?jiān)剂嫌头譃?15類。標(biāo)準(zhǔn)中船用餾分燃料油簡稱DM,船用殘?jiān)剂嫌秃喎QRM。市場上所稱的重質(zhì)燃料油就是指殘?jiān)腿剂嫌?。國際船用燃料油標(biāo)準(zhǔn)后又經(jīng)過修訂于 2005年 11月頒布了ISO8217-2005標(biāo)準(zhǔn)(第三版)?！?005標(biāo)準(zhǔn)”與“1996標(biāo)準(zhǔn)”相比作了以下變化:①殘?jiān)缘囊?guī)格從15種減為 10種;②粘度指標(biāo)的溫度由 100℃調(diào)整到50℃;③殘?jiān)退值纳舷藿档偷?.5%(V/V);④RMA30、RMB30和RMD80三個(gè)規(guī)格的密度上限略有降低;⑤增加了廢潤滑油控制指標(biāo);⑥最大硫含量規(guī)定為4.5%(m/m)等。

1.2 我國船用燃料油國家標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行的GB/T 17411-1998船用燃料油國家標(biāo)準(zhǔn),是我國參照ISO 8217-1996標(biāo)準(zhǔn)制定的第二版國家船用燃料油標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)與ISO 8217-1996標(biāo)準(zhǔn)等效。同樣將船用燃料油分為餾分型(DM系列)和殘?jiān)腿剂嫌?RM系列)兩類。

1.3 其他國家標(biāo)準(zhǔn)

具有代表性的有美國ASTM燃料油標(biāo)準(zhǔn);日本的JISK2205標(biāo)準(zhǔn);英國BS2869標(biāo)準(zhǔn);新加坡普氏對燃料油的質(zhì)量要求;俄羅斯M-40、M-100燃料油質(zhì)量指標(biāo)等。

此外,在國內(nèi)還有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),如:SH/T0356-1996燃料油標(biāo)準(zhǔn)等。盡管標(biāo)準(zhǔn)眾多,但在航運(yùn)界,普遍認(rèn)同執(zhí)行的是ISO 8217-1996和ISO 8217-2005標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在人們所稱的 180號(hào)、380號(hào)燃料油就是ISO 8217-2005標(biāo)準(zhǔn)中的RME180和RMG380,對應(yīng)于GB/T 17411-1998標(biāo)準(zhǔn)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(hào)燃料油(過去稱1 000s)則是運(yùn)動(dòng)粘度(50℃)不大于120mm2/s的殘?jiān)腿剂嫌?目前供需雙方一般相約 120號(hào)燃料油按ISO 8217-2005或(1996)標(biāo)準(zhǔn)中的RMD80指標(biāo)執(zhí)行(粘度除外)。

2 重質(zhì)燃料油質(zhì)量指標(biāo)對柴油機(jī)的影響

2.1 運(yùn)動(dòng)粘度

供貨一般以此粘度為規(guī)格劃分。粘度直接影響輸送性能和柴油機(jī)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(shè)計(jì)的位置與空氣良好混合,也會(huì)造成燃燒不完全,功率下降。船舶上一般根據(jù)燃油系統(tǒng)各單元的要求進(jìn)行加溫,使之達(dá)到合適的粘度。

2.2 密度

密度是計(jì)算裝載量和進(jìn)行貿(mào)易量交接換算的指標(biāo)。由于密度大小與燃料油的化學(xué)成分和餾分組成有關(guān),一般而言,密度過高的燃料油,其質(zhì)量熱值相對較低。

2.3 閃點(diǎn)

閃點(diǎn)是鑒定油品發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)性的指標(biāo)。閃點(diǎn)愈低,火災(zāi)危險(xiǎn)性愈大。按標(biāo)準(zhǔn),閃點(diǎn)不低于 60℃,否則就不能裝船使用。

2.4 傾點(diǎn)

傾點(diǎn)是油品低溫流動(dòng)性的一種指標(biāo)。低溫流動(dòng)性通常取決于兩個(gè)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(tài)的石蠟分子因溫度下降而以固體結(jié)晶析出。對于重質(zhì)燃料油而言,傾點(diǎn)更多地是指蠟質(zhì)析出而“喪失”流動(dòng)性的溫度。傾點(diǎn)高,低溫流動(dòng)性差,使用中會(huì)影響泵送和過濾。

2.5 殘?zhí)?/h3>

殘?zhí)恐涤绊懭紵业慕Y(jié)焦結(jié)炭。但對氣缸和活塞的磨損不僅取決于殘?zhí)康亩嗌?還主要取決于炭質(zhì)的硬度。含硫量高的積炭堅(jiān)硬,磨損較大。

2.6 灰分

灰分是指在規(guī)定條件下,灼燒后剩下的不燃燒物質(zhì),以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示?；曳忠话闶墙饘僭丶捌潲}類?；曳謱τ谟捅?、油嘴、泵部件、閥門及控制元件等有磨損,過度超標(biāo)的灰分是造成氣缸壁與活塞環(huán)磨損的重要原因。

2.7 水分

水會(huì)腐蝕設(shè)備零件,并將溶解在水中的鹽帶入汽缸而造成結(jié)炭,增加汽缸磨損。重質(zhì)燃料油中若有過量的水分容易導(dǎo)致熄火。水的存在還會(huì)加速油品的氧化和膠化。同時(shí),由于水蒸發(fā)時(shí)吸收熱量,降低了油品的發(fā)熱量。

2.8 沉淀物

含量過大時(shí)會(huì)增加機(jī)械設(shè)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(nèi)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(dāng)溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí),就會(huì)凝聚在金屬表面產(chǎn)生腐蝕,即低濕腐蝕。SO2和 SO3與鈉、鉀等金屬元素結(jié)合,形成堿金屬硫酸鹽,而且SO3在燃?xì)庵心芪轿⒘；曳?膠附在金屬表面,并繼續(xù)膠住一些浮游的灰粘,形成沉積層,降低金屬局部導(dǎo)熱效率,使沉積處的表面溫度相應(yīng)地迅速增高。因而聚集了沉積物,導(dǎo)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(jī)的危害表現(xiàn)在:一是釩一般以低熔點(diǎn)(675℃)的 V2O5形態(tài)存在。它易與熔化狀態(tài)的Na2SO4結(jié)合形成低熔點(diǎn)的堿金屬釩酸鹽,都會(huì)對熱通道的金屬產(chǎn)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。二是釩如形成較高熔點(diǎn)的化合物易在通道表面結(jié)垢,阻塞通道和影響導(dǎo)熱。

2.11 鋁和硅

原油加工過程中,經(jīng)過催化裂化流程后,加進(jìn)去的催化劑微粒為硅和鋁的化合物。經(jīng)循環(huán)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(xì)小,既硬又脆,進(jìn)入燃油系統(tǒng)后會(huì)對高壓油泵柱塞和套筒造成異常磨損甚至?xí)?還會(huì)使噴油器異常磨損,造成噴油霧化不良。同時(shí)也會(huì)造成缸套、活塞環(huán)、排氣閥等異常磨損。

2.12 鋅、磷、鈣

鋅、磷、鈣這三個(gè)含量指標(biāo)是 ISO 8217-2005標(biāo)準(zhǔn)中新增加的,是鑒定燃料油中是否加入廢潤滑油(ULO)的指標(biāo)。一般認(rèn)為,如果燃料油中鈣、磷、鋅的含量中一項(xiàng)或多項(xiàng)低于ISO 8217-2005標(biāo)準(zhǔn)中的對應(yīng)指標(biāo)值,可以認(rèn)為燃料油中不含廢潤滑油。若三項(xiàng)指標(biāo)均超過標(biāo)準(zhǔn),就可以認(rèn)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(huì)發(fā)揮作用,會(huì)嚴(yán)重降低船上燃油預(yù)處理系統(tǒng)對懸浮在燃料中的水和硬質(zhì)顆粒的去除效果。硬質(zhì)顆粒得以進(jìn)入柴油機(jī)增加磨損,廢機(jī)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(chǔ)存穩(wěn)定性

盡管ISO 8217-2005中未列入該項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo),但該指標(biāo)在船舶使用中很重要。燃料油出現(xiàn)不穩(wěn)定(即平時(shí)人們常說的分層現(xiàn)象)的危害表現(xiàn)為離心機(jī)和過濾器有過多的泥渣,導(dǎo)致分油機(jī)的超負(fù)荷和堵塞過濾器。其次可能污染噴油器,導(dǎo)致燃燒不良,排氣冒黑煙。穩(wěn)定性不好的燃料油儲(chǔ)存在油艙中久了,會(huì)在艙底沉積大量的油泥,在油艙存量不多時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)泵送困難,無法使用的問題。造成穩(wěn)定性差的主要原因是燃料油調(diào)合中的渣油和餾分油配比不當(dāng),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(wěn)定性,取少量油樣存放在透明玻璃瓶內(nèi)觀察幾天,看是否有分離、變化和有沉淀的情況發(fā)生。

3 結(jié)語

鑒于上述重質(zhì)燃料油質(zhì)量指標(biāo)對船舶柴油機(jī)的影響,一是要把好加裝燃料油的入口關(guān)。如供油協(xié)議要明確執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn),加油時(shí)要向供油船索取本批次燃油的實(shí)測報(bào)告并取樣留存?zhèn)洳?。二是要高度重視燃油的預(yù)處理工作。有條件的船舶,不同來源的重質(zhì)燃料油最好分開儲(chǔ)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(tǒng)需加溫外,泵送管道、過濾器都要裝加溫設(shè)備和伴熱管線。因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)重質(zhì)燃料油的傾點(diǎn)都在 20℃以上。四是國際航行船舶執(zhí)行《MAPOL73/78公約》97協(xié)議書和附則VI,加裝燃料油時(shí),要考慮其含硫量是否符合要求。

[1] 夏世祥.重質(zhì)燃料油基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用[M].北京:中國石化出版社,2009.