浅谈船用重质燃料油质量指标及其影响

张锁华

(中石化长江燃料有限公司南京分公司,江苏南京 210011)

0 引言

随着国际原油价格的不断攀升和航运业的激烈竞争,为降低能耗成本,船舶燃油重质化已成为大趋势。原大型低速船用柴油机使用重质燃料油向用高粘度重质油发展,新造船中速柴油机也大多使用重质燃料油。原有的的一些船舶中速柴油机过去燃用柴油或轻质燃料油,现也有些公司通过改造和安装船舶燃油调合系统,使用“中间油”,即掺烧重质燃料油。另一方面,各炼油厂为满足市场汽油、柴油需求,最大限度地提高经济效益,普遍改进工艺流程,对原油深加工。有些地方炼厂则以进口的直馏渣油作为再加工的原料。再则,目前市场上销售的重质燃料油大多是中间商采购轻、重组份油自行调合而成。这样就造成了目前国内市场的重质燃料油质量每况愈下,并且质量很不稳定。因此,进一步了解重质燃料油的质量指标及对船舶的影响,为把住船用重质燃料油入口关具有现实意义。

1 现行船用燃料油标准

1.1 国际ISO船用燃料油标准

1987年,国际标准化组织(ISO)制定了国际船用燃料油标准——ISO 8217标准(初版)。后经修订,于1996年颁布ISO 8217-1996标准(第二版)。ISO 8217-1996标准对粘度、密度、倾点、残度、灰分、含硫量、含钒量等多项参数,确立了质量要求。该标准颁布后,得到世界各国的普遍认同,有效地控制了船用燃料油质量的恶化。该标准中将馏分燃料油分为 4类,残渣燃料油分为 15类。标准中船用馏分燃料油简称DM,船用残渣燃料油简称RM。市场上所称的重质燃料油就是指残渣型燃料油。国际船用燃料油标准后又经过修订于 2005年 11月颁布了ISO8217-2005标准(第三版)。“2005标准”与“1996标准”相比作了以下变化:①残渣性的规格从15种减为 10种;②粘度指标的温度由 100℃调整到50℃;③残渣油水分的上限降低到0.5%(V/V);④RMA30、RMB30和RMD80三个规格的密度上限略有降低;⑤增加了废润滑油控制指标;⑥最大硫含量规定为4.5%(m/m)等。

1.2 我国船用燃料油国家标准

现行的GB/T 17411-1998船用燃料油国家标准,是我国参照ISO 8217-1996标准制定的第二版国家船用燃料油标准。该标准与ISO 8217-1996标准等效。同样将船用燃料油分为馏分型(DM系列)和残渣型燃料油(RM系列)两类。

1.3 其他国家标准

具有代表性的有美国ASTM燃料油标准;日本的JISK2205标准;英国BS2869标准;新加坡普氏对燃料油的质量要求;俄罗斯M-40、M-100燃料油质量指标等。

此外,在国内还有行业标准,如:SH/T0356-1996燃料油标准等。尽管标准众多,但在航运界,普遍认同执行的是ISO 8217-1996和ISO 8217-2005标准。现在人们所称的 180号、380号燃料油就是ISO 8217-2005标准中的RME180和RMG380,对应于GB/T 17411-1998标准中的RME25和RMG35,即是过去常说的 1 500s(雷氏粘度)和3 000s(雷氏粘度)重油。而120号燃料油(过去称1 000s)则是运动粘度(50℃)不大于120mm2/s的残渣型燃料油,目前供需双方一般相约 120号燃料油按ISO 8217-2005或(1996)标准中的RMD80指标执行(粘度除外)。

2 重质燃料油质量指标对柴油机的影响

2.1 运动粘度

供货一般以此粘度为规格划分。粘度直接影响输送性能和柴油机的喷油雾化效果。粘度过高,增大泵送沿程阻力,影响喷油油束的形状,造成雾化不良,不能与空气均匀混合,以致燃烧不良。粘度过低,油束角度太大,同样不能喷射到设计的位置与空气良好混合,也会造成燃烧不完全,功率下降。船舶上一般根据燃油系统各单元的要求进行加温,使之达到合适的粘度。

2.2 密度

密度是计算装载量和进行贸易量交接换算的指标。由于密度大小与燃料油的化学成分和馏分组成有关,一般而言,密度过高的燃料油,其质量热值相对较低。

2.3 闪点

闪点是鉴定油品发生火灾危险性的指标。闪点愈低,火灾危险性愈大。按标准,闪点不低于 60℃,否则就不能装船使用。

2.4 倾点

倾点是油品低温流动性的一种指标。低温流动性通常取决于两个因素:一是粘度随温度下降而增高;二是油品中原来呈溶解状态的石蜡分子因温度下降而以固体结晶析出。对于重质燃料油而言,倾点更多地是指蜡质析出而“丧失”流动性的温度。倾点高,低温流动性差,使用中会影响泵送和过滤。

2.5 残炭

残炭值影响燃烧室的结焦结炭。但对气缸和活塞的磨损不仅取决于残炭的多少,还主要取决于炭质的硬度。含硫量高的积炭坚硬,磨损较大。

2.6 灰分

灰分是指在规定条件下,灼烧后剩下的不燃烧物质,以质量分数表示。灰分一般是金属元素及其盐类。灰分对于油泵、油嘴、泵部件、阀门及控制元件等有磨损,过度超标的灰分是造成气缸壁与活塞环磨损的重要原因。

2.7 水分

水会腐蚀设备零件,并将溶解在水中的盐带入汽缸而造成结炭,增加汽缸磨损。重质燃料油中若有过量的水分容易导致熄火。水的存在还会加速油品的氧化和胶化。同时,由于水蒸发时吸收热量,降低了油品的发热量。

2.8 沉淀物

含量过大时会增加机械设备的磨损,堵塞输油管线、过滤器、喷油嘴等。

2.9 硫含量

目前国内市场上通常将含硫低于1%(m/m)的称为低硫燃料油;含硫1%-2%(m/m)的称为中硫燃料油;高于2%(m/m)的称为高硫燃料油。硫的影响在于它燃烧后生成SO2和 SO3。遇到水分生成酸性气,如 H2SO4。当温度低于露点温度时,就会凝聚在金属表面产生腐蚀,即低湿腐蚀。SO2和 SO3与钠、钾等金属元素结合,形成碱金属硫酸盐,而且SO3在燃气中能吸附微粒灰分,胶附在金属表面,并继续胶住一些浮游的灰粘,形成沉积层,降低金属局部导热效率,使沉积处的表面温度相应地迅速增高。因而聚集了沉积物,导致对金属的腐蚀,即所谓高温腐蚀。

2.10 钒

燃料油中钒对柴油机的危害表现在:一是钒一般以低熔点(675℃)的 V2O5形态存在。它易与熔化状态的Na2SO4结合形成低熔点的碱金属钒酸盐,都会对热通道的金属产生严重的电化学腐蚀。二是钒如形成较高熔点的化合物易在通道表面结垢,阻塞通道和影响导热。

2.11 铝和硅

原油加工过程中,经过催化裂化流程后,加进去的催化剂微粒为硅和铝的化合物。经循环使用,再回收后,约有 5%左右的微粘残留在渣油中。残留在油品中的这些催化剂微粒细小,既硬又脆,进入燃油系统后会对高压油泵柱塞和套筒造成异常磨损甚至会咬死,还会使喷油器异常磨损,造成喷油雾化不良。同时也会造成缸套、活塞环、排气阀等异常磨损。

2.12 锌、磷、钙

锌、磷、钙这三个含量指标是 ISO 8217-2005标准中新增加的,是鉴定燃料油中是否加入废润滑油(ULO)的指标。一般认为,如果燃料油中钙、磷、锌的含量中一项或多项低于ISO 8217-2005标准中的对应指标值,可以认为燃料油中不含废润滑油。若三项指标均超过标准,就可以认为该燃料油中含有废润滑油。

废润滑油加入到燃料油中,润滑油中的添加剂仍会发挥作用,会严重降低船上燃油预处理系统对悬浮在燃料中的水和硬质颗粒的去除效果。硬质颗粒得以进入柴油机增加磨损,废机油的存在还使燃油的灰分增大,加速增压器等污垢的沉积。

2.13 储存稳定性

尽管ISO 8217-2005中未列入该项质量指标,但该指标在船舶使用中很重要。燃料油出现不稳定(即平时人们常说的分层现象)的危害表现为离心机和过滤器有过多的泥渣,导致分油机的超负荷和堵塞过滤器。其次可能污染喷油器,导致燃烧不良,排气冒黑烟。稳定性不好的燃料油储存在油舱中久了,会在舱底沉积大量的油泥,在油舱存量不多时甚至会出现泵送困难,无法使用的问题。造成稳定性差的主要原因是燃料油调合中的渣油和馏分油配比不当,为降低粘度,使用了过多的稀释成分,或轻重组分的相容性差。因此可定性测定燃料油的稳定性,取少量油样存放在透明玻璃瓶内观察几天,看是否有分离、变化和有沉淀的情况发生。

3 结语

鉴于上述重质燃料油质量指标对船舶柴油机的影响,一是要把好加装燃料油的入口关。如供油协议要明确执行的标准,加油时要向供油船索取本批次燃油的实测报告并取样留存备查。二是要高度重视燃油的预处理工作。有条件的船舶,不同来源的重质燃料油最好分开储存,避免因相溶性不好而造成油料分层。三是除油舱和喷油系统需加温外,泵送管道、过滤器都要装加温设备和伴热管线。因为目前大多数重质燃料油的倾点都在 20℃以上。四是国际航行船舶执行《MAPOL73/78公约》97协议书和附则VI,加装燃料油时,要考虑其含硫量是否符合要求。

[1] 夏世祥.重质燃料油基础知识与应用[M].北京:中国石化出版社,2009.