低硫油在燃油供应系统中的应用

潘伟鹏

摘 要：自2010年7月起，欧盟等一些国家要求过往船舶在一定海域必须燃用含硫量不大于0.1% m/m的低硫燃油，防止船舶硫化物排放影响大气及海洋环境。因此远洋船舶会越来越多的使用低硫重油和低硫柴油。然而，目前绝大多数船舶的柴油机和燃油供应单元是根据使用重质燃油和船用柴油的粘度来设计的，不能直接使用粘度低、润滑性能差的低硫燃油，否则会对设备产生一系列问题。为应对欧盟法令2005/33/EC的要求，该文着重分析了低硫油的特性及其对船舶设备所产生的影响，介绍了传统使用重油的燃油供应单元的系统结构，并对燃油供应系统使用低硫燃油如何加以改进以及部件配置作了详细阐述，通过油品转换控制，以满足柴油机使用低硫油的要求。

关键词：低硫燃油 燃油供应单元 冷却器 油品转换

中图分类号：U664 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（a）-0100-02

随着全球经济一体化的大力推进，国际货物贸易愈加繁忙，海运事业也得以蓬勃发展，同时船舶会产生大量的氮氧化物NOx、硫氧化物SOx等废气，排放后对环境的破坏越来越严重，为了降低船舶废气排放对环境的影响，相关国际组织制订了一系列的规范：（1）2008年国际海事组织（IMO）对MARPOL73/78公约进行了修改，附则VI2008修正案于2010年7月1日起强制生效，其中对硫氧化物和颗粒物质的排放做了严格限制。（2）经欧盟法令2005/33/EC修正的1999/32/EC的4b章（Directive2005/33/ECArticle4b）关于在欧盟港口停泊船舶使用燃油的最大硫含量的规定已于2010年1月1日起生效。基于上述公约和法令的相继生效，航行SECA区域的船舶需转换使用低硫燃油。

1 低硫油的特性及对设备的影响

低硫油主要特性有发热值高、密度低、粘度低、润滑性差、闪点低、硫含量低等特点。其给设备安全带来的影响主要体现在以下几方面。

（1）粘度低：根据ISO8217燃油标准，MGO油的粘度为1.5～6.0cst@40℃，而含硫量低于0.1%m/m的燃油粘度大部分在2～4cst@40℃。粘度过低会因润滑不良导致日用系统供油单元的燃油供应泵和循环泵的磨损，甚至产生咬死等事故，因其粘度低，产生泄露，泵输出的流量会比使用重油时的流量减小，进而影响柴油机的进油量，造成压力波动，会使柴油机发不出全功率等。

（2）润滑性能差：硫可以提高燃油的润滑性能，而低硫油因硫含量大大降低，其润滑性能变差；低硫燃油其硅铝含量也高，硅铝颗粒会像磨料一样，进入燃油系统会加速泵运动件的磨损。在使用低硫燃油时将泵运动件的材质需进行特殊处理。

（3）闪点低：相对重油闪点来说，低硫油闪点要低。为了满足规范和公约要求，ISO8217（2010）轻质油DMX因闪点低于60℃不建议使用；DMA、DMZ、DMB则都可以满足规范要求，目前船上普遍使用的低硫燃油是DMA和DMZ，其闪点不低于60℃。

2 燃油供应系统的优化设计

2.1 燃油供应单元系统的组成

燃油从重油日用柜和柴油日用柜通过单元进口三通转换阀，经粗滤器到供应泵，通过精密滤器过滤杂质，流入流量计到空气分离器，然后经循环泵加压后的燃油进入加热器加热，流经粘度或温度传感器，最后进入柴油机燃烧。在系统中，空气分离器的作用是排除系统内气体，并且将输入的冷油和从柴油机返回的热油进行混合，从而获得对粘度或温度的稳定控制。此系统一般使用的是重油和船用柴油。

2.2 燃油供应系统使用低硫油的改进

（1）低硫油冷却器。由于使用低硫油，柴油机生产厂家通过改进，船用柴油机可允许的进机燃油最小粘度为2～3.0cst。根据ISO8217燃油标准，低硫油的粘度范围是2～6cst@40℃，由于船舶机舱内环境温度较高，一般可达45℃左右，再加上燃油经过柴油机后回油的温度又较高，可达55℃，因此低硫油在此温度下很难保证燃油的进机粘度能满足柴油机的使用要求，为了使燃油进机粘度不致过低，在燃油进入柴油机前，需加装冷却器将低硫油冷却到40℃以下，保证燃油进机粘度大于2cst。冷却方式通常采用两种：一种使用制冷机组，但此装置成本高且占地面积大；另一种是采用36℃淡水直接进行冷却，且费用低，不占面积。现在船舶上大都使用第二种方式，选用油品为大于2cst@40℃。

（2）低硫油油柜。各类油品应独立设置日用油柜，由于重油其粘度高，其流动性差，一般情况下均需加热到80℃左右，而低硫油粘度较低需要冷却，因此在油柜布置时应避免低硫油柜直接与重油柜相接触。

（3）管系材料及泵的选取。因低硫油粘度低，极易产生渗漏，所以选择管材及密封件时要倍加注意。使用低硫油时，泵的选择很重要，否则造成极快磨损，咬死，输出流量不足。泵的材质需经过特殊处理，耐磨性要好。采购时应向设备厂家确认可否用于输送低硫燃油。

（4）燃油电动转换阀。根据柴油机厂家的要求，在低硫油转换过程中需要注意油温变化不能超过2℃/min。转换过快会使低硫燃油过热汽化，另外过冷的低硫油还会使温度高的重油温度降低过快，易堵塞滤器，导致进入柴油机燃油流量不足和压力变化大导致主副机停车，所以在燃油供应系统中需安装自动转换装置，通过PLC程序控制，进行精准比例切换。

3 油品转换操作：HFO切换到MDO（MGO）

（1）确认燃油冷却器的燃油端进出口隔离阀处于开启状态，旁通阀处于关闭状态。

（2）打开冷却器冷却水阀，使冷却器处于待命状态。

（3）将供油单元粘度控制器设置值由12cSt调整为18cSt，以减小加热器内蒸汽加热量，降低切换的温度。

（4）启动控制箱面板上的HFO→MGO按钮；进口三通阀MV1开始动作，MGO口开始慢慢打开，同时HFO口也会以相同的速度慢慢关闭。此时进入系统的燃油是混合油，低温的MGO进入系统会导致系统出口的温度和粘度的下降，通过出口的传感器上的温度信号，通过PLC自动调整电动SV1的MGO和HFO的开度比例，以控制出口的温度变化的速率不超过2℃/min。

（5）随着系统粘度的降低，加热蒸汽控制阀根据检测到的粘度减低的信号渐渐关闭，随着SV1的动作，MGO开度渐渐变大和HFO的开度渐渐减小，系统中的燃油的MGO比例增加，系统的温度和粘度一直在缓慢下降，当系统出口温度小于55℃或者系统的粘度小于5cst时，系统PLC发出指令，三通阀SV2开始动作，系统中的混合燃油开始进入冷却器，SV2的动作速度由PLC控制，以保证出口的温度变化的速率不超过2℃/min。

（6）当系统控制面板上的冷却器运行指示灯亮时，将供油单元粘度控制器设置值调整到5cst，并调整报警值以保证出口粘度低于3cst或出口温度大于40℃时系统发出粘度异常报警及温度异常报警，至此HFO切换到MGO的过程结束。

同样由MGO转换为HFO时，按相反的程序进行转换操作。

4 结语

通过对燃油供应系统的改进以及可靠地燃油转换操作程序控制，从我司提供的数千台燃油供应单元使用低硫燃油实际应用来看，效果不错。很好的满足了柴油机的进机粘度要求。低硫燃油的使用也降低了船舶对环境的污染。

参考文献

[1] 中国船级社.船舶使用低硫油指南[EB/OL].http//www.ccs.org.cn，[2013-07-12].

[2] 中国船级社.CCS技术通告[EB/OL].http//www.ccs.org.cn，[2013-01-01].

[3] 张志华.船用重质燃油净化供应系统的设计和优化[J].china science & technology overview，2013（20）.

[4] 燃油供应单元企业标准[S].Q/ATBGM 001-2013.