船舶低硫燃油系统介绍

杨文猛

(扬州亚华船舶技术开发有限公司,江苏扬州 225000)

船舶低硫燃油系统介绍

杨文猛

(扬州亚华船舶技术开发有限公司,江苏扬州 225000)

随着有关船舶硫化物排放的国际标准日益严格,船用低硫柴油的应用量正在逐渐增加。然而,目前绝大多数船舶的柴油机和供油系统是根据传统燃油的粘度、润滑性能设计的,其粘度低、润滑性能低。在使用低硫燃油过程中会产生一些问题,本文就此介绍低硫燃油系统设计及一些设备要求。

船舶柴油机;供油系统;低硫燃油

0 引言

船舶主机、发电机、锅炉等燃烧所排放的废气中,含有硫氧化物(S OX)。硫氧化物是形成酸雨的主要因素。

《国际防止船舶造成污染公约》(MARPOL 73/78)附则 VI(防止船舶造成空气污染规则)已于2005年5月19号生效,第 14条规定船上使用的任何燃油含硫量不能超过 4.5%;限制区域内不能超过 1.5%,或使用认可的废气滤清系统或其他技术,将硫氧化物排放减少至 6 g/k w◦h或更少。

“从 2010年1月1日起,所有在欧盟港口‘停靠'超过 2 h的船舶,其燃油含硫量不得超过 0.1%的最高限制。船舶在靠泊后应尽早转换为低硫燃油,并在开航前尽晚切换为高硫燃油,燃油转换操作应记录在船舶日志上”。这是欧盟委员会 2005年出台的规定。该规定严格执行时间是 2010年1月1日,但 2010年1月1日到 2010年7月1日将作为半年的执行缓冲期。从 2010年7月1日开始,如停靠欧盟港口的船舶达不到欧盟规定的低硫燃油标准将被处罚。

基于上述一些法令、法规的限制,由于有关船舶硫化物排放的国际标准日益严格,船用低硫重油和船用低硫柴油的应用量正在逐渐增加。然而,目前绝大多数船舶的柴油机和供油系统是根据传统燃油的粘度、润滑性能设计的,在使用粘度低、润滑性能低的低硫燃油过程中会产生一系列问题。

1 低硫燃油的特性

低硫燃油是指低硫燃油(DMX)或船用柴油(DMA)。ISO8217-2005规定,DMX的粘度值最小为 1.4 mm2/s@40℃,DMA的粘度值最小为1.5 mm2/s@40℃,与重质燃油(H F O)比较,低硫燃油有不同的理化特性,对船舶设备有不同的要求与影响。与传统燃油相比较,低硫燃油主要的特性为:高热值、低粘度、低比重、低含硫量、低润滑性、低闪点。

2 使用低硫燃油对设备的影响

2.1 对锅炉的影响

(1)易产生点火故障,燃烧失败。

(2)由于点火故障,导致油气聚结在燃烧室,产生爆炸危险。

(3)易导致供油管路系统故障。

2.2 对柴油机的影响

(1)引起供油系统故障。

(2)对采用飞溅润滑的柴油发电机汽缸润滑油,较长时间使用低硫燃油时,需换为总碱值较低的汽缸润滑油,以保证汽缸有良好的润滑。对于有独立汽缸油润滑系统的主机,汽缸油便于转换,也需要用总碱值与之相适应的汽缸润滑油。

3 使用低硫燃油设计时采取的一些措施

3.1 汽缸滑油的选用

在非限制排放区域,主机使用普通燃油中的硫含量一般高于 5%,低硫燃油的硫含量要求低于1.5%(超低硫,低于 0.1%),硫含量高燃烧产生的硫氧化合物就多,酸性较高,必须使用高碱度的汽缸油(总碱度值即 TBN一般在 70左右)用来中和酸性;而使用低硫燃油,燃烧产生的酸性低,必须使用低碱度的汽缸油(MANB＆W推荐总碱度值 TBN一般在 40与 50之间)。

所以汽缸油储存舱和日用柜至少各要有 2个,1个存放高碱度汽缸油,1个存放低碱度汽缸油,并且要经常化验,一旦碱度有变化需立即换掉。

碱值不同的汽缸滑油,其润滑性能和汽缸滑油消耗率也不一样,所以同时需要改变汽缸油的注入率。柴油机厂商提供各种汽缸油的消耗率数据。系统设计时,汽缸油日用管路需配设计量泵和流量计。

采用飞溅润滑的柴油发电机汽缸润滑油(如 4冲程柴油机)的机器不存在这个问题,没有汽缸油滑油之分,使用一种滑油即可。如果较长时间使用低硫燃油时,需换为总碱值较低的汽缸润滑油,以保证汽缸有良好的润滑。

3.2 燃油系统设计

由于低硫燃油的粘度较低,不利于燃油泵驳运。低硫燃油的粘度通常低于 2 mm2/s@40℃。多数主机厂家推荐的能确保主机燃油泵安全运行的燃油粘度最小为 3 mm2/s@40℃;多数燃油增压泵厂家推荐的燃油粘度最小为 2 mm2/s@40℃。

低硫燃油粘度-温度对应表如图1所示。

图1 低硫燃油粘度-温度对应表

从图1中可以看出,ISO8217 DMA柴油的粘度-温度为 2 mm2/s@40℃,为了达到柴油机推荐要求的 3 mm2/s,须将柴油温度冷却到 18℃左右。所以,为了能满足设备的正常运行,需要采取一定的冷却措施,提高燃油的粘度。图2为典型燃油供给系统。

图2 典型燃油供给系统

低硫柴油舱不需要加热,柴油舱温度最高在 45℃以下;柴油冷却器出口温度控制在 10～15℃。

柴油发电组燃油系统与上述主机系统类似;锅炉燃油系统同样需要在燃油供给泵前设置低硫柴油冷却器。

3.3 低硫柴油冷却系统

船上可考虑的冷却系统为低温淡水冷却,但是低温淡水的温度过高(32～36℃),不利于柴油冷却。如果用海水冷却,会发生腐蚀和泄漏等现象,所以柴油冷却一般考虑用专门的冷凝水冷凝器来冷却柴油。图3为典型低硫柴油冷却系统。

目前也有不少专业厂家开发该类专用的低硫柴油冷却产品。

设计人员在设计时,主要考虑下列因素:

(1)需要冷却的柴油种类。

(2)柴油日用舱温度。

(3)被冷却的燃油量应以燃油循环泵的排量考虑。

(4)柴油机厂推荐要求的柴油进机温度/粘度。

(5)其他成本因素。

U664.81+2

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2010-03-22

杨文猛(1974-),男,助理工程师,主要从事船舶轮机设计工作。

图3 典型低硫柴油冷却系统