均质机在船用重质燃油系统中的应用

方德忠

摘 要 根据现代重质燃料油的特点及可能带来的危害，指出了现有船用重质燃油系统在处理现代劣质重质燃料油过程中所存在的问题，通过对均质机原理的阐述，分析其在燃油系统中解决所存在问题的可行性，并提出了有效的解决方案。

关键词 均质机 重质燃料油 船用燃油系统

中图分类号：U677文献标识码：A

0引言

重质燃料油（以下简称重油）具有高发热值，储运稳定，成本低，使用范围广等特点，已成为冶金，建材、化工、轻纺、电力、航运等行业的主要能源之一，特别是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，重油在船舶中的使用越来越广泛，已成为大马力、中、低速船舶柴油机的主要燃料。

与此同时，随着炼油技术的日益进步，船用重质燃料油的质量越来越差，给重质燃料的使用带来的问题越来越多。目前船舶燃料油的质量问题日益严峻，此问题处理不好，不仅会大大增加运输成本，还关系到船舶的航行安全。因此，分析现有船用重质燃料油使用过程中存在的问题，并寻求解决方案，保证船舶在使用重油的过程中，真正达到安全、节能、环保、自动化的目的具有现实意义。

1船用重质燃油净化供应系统

1.1 燃油系统的基本构成

船用燃油系统的作用是将一定规格的燃油进行系列处理按照柴油机使用要求连续地以一定的温度（粘度）、流量、压力输送到喷油泵入口端。因此，整个燃油系统具体分为两个几乎完全独立的系统，一个是柴油系统，另一个是高粘度燃料油系统。系统通常由三大环节组成：燃油的加装、储存和驳运;燃油的净化处理;燃油的供给使用。

在现代船舶柴油机燃油系统中，一般设有独立的柴油及重质燃油净化系统和供应系统。

1.2 燃油净化系统

典型的燃油净化处理系统中一般配置有沉淀油箱、加热器、供油泵、离心分离机、控制系统及管系等。

燃油凈化处理系统中预处理主要包括设置沉淀箱进行燃油沉降分离与配置加热器进行预热温度控制。

离心分离机的作用主要是通过离心力的原理，将密度大于油的固体颗粒、水等组分进行分离去除。影响燃油离心分离的因素主要有密度、粘度、流率、温度等，除此之外，固相颗粒大小、分布、几何形状、固相含量浓度及颗粒与油介质表面效应作用等也将影响到燃油的分离效果。

燃油净化系统除沉淀箱外，一般由设备厂家将分离机、加热器以及电控等组装成模（即分油机单元）提供给船厂。

1.3 燃油供应系统

典型的燃油供应系统中一般配置有日用油箱、供油泵、循环泵（又称增压泵）、流量计、加热器、温度、粘度控制系统及精密滤器等。

经燃油净化系统离心分离等处理后的净油储存于日用油箱，再经燃油系统对燃油的温度、粘度、压力、流量和精度等进行系列处理后，供柴油机使用，又称增压系统。

一般在燃油供应系统中配置燃油精密滤器，用于进一步清除未被净化的杂质，以确保柴油机的安全。

燃油供应系统除日用油箱外，一般由设备厂家将供油泵、流量计、加热器、温度、粘度控制系统及精密滤器等组装成模块（即供油单元）提供给船厂。

2现代重质燃油特点及影响

2.1现代重质燃油特点

重质燃料油对柴油机及相关辅机的影响的质量指标较多，一般主要考虑粘度、硅铝等机械杂质含量以及储存稳定性等主要指标。船用现代燃油的品质变化主要决定于炼油技术的进步。传统燃油来自于常压蒸馏与真空减压蒸馏的产物，相对于炼制原油总量约为 35%～55%，现代炼油采用催化裂化与减粘裂化技术所得的最终残留物和馏出产物，相对于炼制原油总量仅为 8～25%。现代燃油具有的高密度、高粘度、高铝硅量（催化微粒）、高含渣量、不稳定性等性质，其中铝硅量等有害杂质含量增加及不稳定性增强又是影响其使用的主要因素。

重油中催化剂颗粒（主要为硅 Si及铝Al的化合物）引起的磨损是近年来新发生的问题，对远洋船舶的影响非常重要。残留在油品中的这些催化剂微粒细小，既硬又脆，过多的硅和铝对高压油泵柱塞和套筒造成异常磨损或咬死;喷油器异常磨损和粘住，造成喷雾不良。在实际使用过程中发现，一旦发生磨损，可能是破坏性的，造成气缸拉缸停车事故。

重油是一种十分复杂的碳氢组分的混合体，沥青质是已知的絮凝物质，一般认为是引起燃料油不稳定性问题的主要原因。由于现代重油的高含渣量、沥青质加重，燃料油在储存过程中，由于温度的变化和重力作用，沥青质与周围油状介质的平衡易于受到破坏，产生沥青质聚沉现象（俗称“二次结渣”）明显加剧，易造成滤器的堵塞等。

2.2 现代重质燃油给燃油系统所带来的问题

船用重质燃料油预处理与净化处理系统主要通过沉降、离心分离和过滤等方法脱除燃油中的水分和固态杂质。但随着炼油技术的日益进步，特别是经催化裂化（FCC）所产生的重油，FCC 硅铝等有害颗粒大大增加，重油不稳定性增强，原有处理系统存在的问题也日益显露出来，主要表现在以下几个方面：

（1）设备故障率和维护成本增加。现代燃油的劣质化、难分离、不稳定等特性给离心分离机的净化分离操作及系统控制带来越来越多的困难。不仅使杂质、淤渣未有效分离，还大大提高燃油泵和分离机的故障率，增加滤器负担。

（2）不该分离的有效成分被分离，造成浪费。由于离心分离机是根据密度差进行分离，在密度相近时分离无选择性导致燃油软性淤渣团被分离造成浪费。

（3）该分离的有害颗粒未被分离，造成损害。由于离心分离机是根据密度差进行分离，以机械杂质为结晶核心的软性油渣团，由于其整体密度与重油比较接近，在实际状况下很多有害机械杂质难以分离。由于有害杂质的含量增加又不能有效去除，尤其是残留在油品中的催化剂微粒细小，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。

（4）形成的“二次淤渣”未被有效处理，造成故障与浪费。由于燃油的不稳定性，日用箱中经分离机分离后的燃油产生的“二次淤渣”不仅会增加燃油系统中滤器等的负担，浪费燃油，也不利于其燃烧。

3均质机在现代燃油净化供应系统中的有效应用

3.1均质机的工作原理

均质器是在重质燃料油净化供应处理系统中的一种辅助设备，随着重质燃料油劣质化的加剧，其作用日益突显出来。均质机主要工作原理是采用特殊设计的转子和定子在电机的高速驱动下，通过 叶轮的高速旋转，产生的高线速度和高频机械效应带来强劲动能，使重油在定子、转子的高速相对运动中，受到强烈的机械及液力剪切、离心挤压、液层摩擦、高速撞击撕裂和湍流等综合作用而分裂、破碎、分散，并在短时间让物料承受几十万次的这种剪切作用，不仅使机械颗粒迅速从以其为结晶核心的淤渣团中剥离出来，而且使软性淤渣在瞬间充分均匀地分散、乳化、均质、溶解，并在密闭的腔体里形成上下左右立体紊流，经过高频的循环往复，最终得到稳定的高品质产品。

均质机的主要特点：

（1）能有效将有害的硬质颗粒（FCC 粒子）从以其为结晶核心的重质燃油软性淤渣团中剥离出来，使分油机更易分离出這些对柴油机有害的硬质颗粒，减少柴油机部件的磨损和故障，达到保护柴油机的目的。

（2）能有效将以沥青质颗粒为结晶核心的重质燃油软性淤渣团破碎、分散细化和溶解，使其恢复到可燃烧的油品状态，而避免分油机将其分离，不但可以降低分油机的排渣量，节省燃油，而且还可以减少分油机的故障，使分油机更易清洗和维护。

（3）重油中的软性淤渣（包括油柜中产生的二次淤渣）被破碎、分散细化和溶解，不但可以使安装在其后的精密滤器不易堵塞，减少燃油的浪费。

3.2 均质机在燃油系统中的二种应用方案

为使燃油净化系统日趋完善，使整个系统对燃油具有更有效的分离效果和更大的适应性，在合适的位置加装均质机是一种有效的方法，会取得一举多得的效果。

（1）在净化系统中，加装在沉淀箱与离心分离机之间（见图1）。

在分离机前安装均质机，能将硬质颗粒从包裹的淤渣团中有效剥离出来，FCC粒子基本裸露出来后，大大提高了其与重油的比重差，使分离机容易的将这些“该去除”有害颗粒有效去除。

重质燃油软性淤渣团是完全可燃烧成分，加装均质机后可有效将其分散细化而避免分油机将其分离，使这些可燃烧成分留下来，减少浪费，而且还可以降低分油机的排渣量，可以减少分油机的故障，使分油机更易清洗和维护。

（2）在供应系统中，加装在日用箱与柴油机之间（见图2）。

经分离机分离后的燃油进入日用箱后，在使用储存过程中，由于燃油的不在日用箱后加装均质机，能将重油中的软性淤渣（主要是油柜中产生的二次淤渣）进一步被破碎、分散细化和溶解，避免安装其后精密滤器将其滤掉，减少燃油的浪费;可以减少精密滤器的负担，使其不易堵塞，降低故障率。

4结束语

（1）随着燃油技术的不断进步，重质燃油品质不断下降，特别是铝硅量等有害杂质含量增加及不稳定性增强影响明显，不仅给柴油机等使用安全带来很多威胁，也给燃油净化供应系统带来更多困难。

（2）在船用重质燃油净化系统中加装均质机不仅可以使有害机械杂质更有效地得以分离，还可防止可燃烧有效成分的浪费，降低成本。同时也可降低分离机的故障率和维护成本。

（3）在船用重质燃油供应系统中加装均质机可以细化由于重油的不稳定性所产生的“二次淤渣”，减少燃油的浪费和滤器的负担，同时可提高燃油的燃烧效率，减少了环境污染。

参考文献

[1] 重质燃料油基础知识与应用[M].中国石化出版社，2009.