海上平台原油发动机的高黏度燃料油质量与控制因素

徐 林

（中海石油（中国）有限公司秦皇岛32-6作业公司，天津 300453）

随着海上油田的深入开发，高黏度稠油油田不断进入开采阶段，相应而生的是一些原油、柴油双燃料发电机在海上油田的广泛使用。

原油发动机与重油发动机、柴油发动机三者都是柴油发动机为母型设计的，主要区别在于燃油处理系统与喷油部件有所不同。海上平台原油发电机使用的原油，与柴油、船用燃料油相比在性质上更加复杂、多变，为了满足机组运行，需要对油田现场油品日常质量控制方面提出一定要求。

1 油品对比分析

柴油：柴油是轻质石油产品，复杂烃类（碳原子数约10～22）的混合物，主要由原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、石油焦化等过程生产的柴油馏分调配而成，广泛用于大型车辆、铁路机车、船舰等使用。

原油：习惯上把未经加工处理的石油称为原油，一种黑褐色并带有绿色荧光，具有特殊气味的黏稠性油状液体，是烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃等多种液态烃的混合物。

船用燃料油：原油经减压蒸馏所得的残余油，称为减压渣油；从常压蒸馏塔底所得的重油，称为常压渣油。渣油重要用途是用作燃料油。

取油田有代表性的三口油井（XX平台X3井、X4井、X30井）与0号柴油，船用燃料油进行典型数据对比，见表1。

表1 原油、柴油、船用燃料油典型数据对比表

由于原油形成时间与所处地质环境不同，所以原油油品自身存在较大差异，同时与柴油、船用燃料油相比，在不同温度下状态呈现更加不稳定。该油田原油与柴油、船用燃料油最大的区别还是在黏度上，原油的黏度明显高于其他两种燃料。

2 原油发动机使用油品选择要求

2.1 芳香烃指数计算法

根据 ISO 8217（2005）标准，重油的着火性就可利用 CCAI 值（见图1）的计算结果进行评价，CCAI 值计算式如下：

式中：ρ为重油密度（15℃），kg/m3；νk为重油运动黏度（50℃），mm2/s。

CCAI 值越小，重油着火性就越好。特别是处于“推荐使用”区域，的燃油更加符合要求。

图1 燃油运动粘度、密度和 CCAI 值关系

2.2 发动机厂家对燃油要求

对于MAK 16V32发动机厂家给出的原油油品要求见表2。

表2 原油油品推荐表

综合以上要求与现场使用常见问题，一般对于油品的选择可在以下几个方面进行。2.2.1 油井的选择

（1）对于油井的选择一般首先建议参照燃油运动黏度、密度和 CCAI 值关系选择油品表格进行选择在处于推荐使用区域的油井，依照对比

三口油井均在推荐区域，符合燃烧要求，可以选择。

CCAI 值在860以下燃料油的着火性比较好，燃烧效率也比较高；而CCAI 数值在870以上的燃料油容易造成燃烧机械的损坏以及耗油量的增加，甚至会造成不安全事件。

（2）利用厂家给出的黏度要求，要求燃油的50℃运动黏度小于700mm2/s，才能喷射燃油在150℃时燃油黏度降至12mm2/s 以内。

依照上述要求X3井油品不满足要求，X4、X30井油品满足使用要求。

高粘度会对高压油泵、喷油器、油嘴、高压油管的寿命产生影响，提温降粘后高温对高压油泵的柱塞耦件寿命产生影响，粘度是油井油品的首要考虑指标。

2.2.2 轻质组分影响

由于原油是由轻质油和重质油组成，低闪点轻质原油所含轻质油料的沸点比柴油低得多，因而极易蒸发而成为可燃蒸汽，有导致燃烧、爆炸的可能；同时当燃油系统内长期混有蒸发出的气体会导致燃油在压力变化、油流流向变化过程中对相关周围的部件造成较大的机械损伤。

对于油井轻质组分主要参考依据为油井化验过程中的馏程与初馏点，一般选择初馏点较高的油井，但从经验来讲初馏点与油品黏度一般呈相反的两种结果，所以需要进行平衡利弊，实验后进行选择。

2.2.3 水的影响

燃油中的水分会锈蚀环境，将溶解盐带入燃烧气缸从而增加气缸磨蚀，降低发热量，影响燃烧性能，导致熄火，还破坏燃料油的低温流动性，降低油品抗氧化性等；特别对于原油中含水在加热至100℃以上时水分汽化形成气液混合物，导致流程中无法实现粘度的自动控制，极易产生粘度波动，对机组造成一系列恶性影响。

所测量的油井含水量与流程的处理相关，要求燃油中含水量越低越好，一般不可高于0.1%V/V。2.2.4 砂的影响

此处说的砂是在生产油田边产边用特有的杂质，类似于灰分、不溶物、金属颗粒物等，其危害极大，可加剧设备磨损，堵塞输油管线、过滤器及喷油嘴；可造成油泵、阀门、气缸等设备的磨蚀；会增加喷油器、活塞环、汽缸套、油泵柱塞等设备部件的异常磨损。

对于油井的出砂除了要关注相关油井地层特点、防砂方式以外，关键是加强监测以防为主。

3 现有条件下如何提高发动机燃料油品质

对于提高燃油品质主要从以上四个方面进行，主要关注四个参数，即黏度、轻质组分、含水、出砂情况进行。

3.1 合理提高原油温度

提高燃油处理流程温度，加快燃油中轻质组分与水分的析出，同时高温度下黏度降低，有益于轻质组分与水分以气态形式析出，快速脱离出油品内部。一般建议流程运行设备与原油存储设备（原油沉降罐、原油日用罐）按照流程设备运行允许温度的最高值运行。

3.2 降低存储设备压力

降低存储设备压力，主要是指原油沉降罐与日用罐的压力，可将入口压力调节阀设定到微正压（2～10kPa），出口压力调节阀设定到1kPa，既可保证罐内的能够得到惰气覆盖又能保证罐内低压，以保证罐内油品中的轻质组分与水分能够快速不断的排出。

3.3 增加原油在存储设备的滞留时间

轻质组分、水分在油品中上浮并排出需要时间，特别是气泡处于的油层位置越低时间越长，因此如果想油品中的已经析出的轻质组成与水分能够排出，需要减少油层厚度同时增加燃料油的停滞时间，对于海上油田特别是无大型舱室的中心处理平台难度很大。

3.4 循环分油

对于除杂质特指除砂，分油机是其中的重要阻断环节。分油机主要通过离心分离的方法进行介质净化，油品在分油机运转时间越长分离杂质效果越好，所以在使用过程中需关注分油机分油量的控制与比重环的选择。

3.5 精选供应油井

以上几种处理方式都是在既定的油品情况下的优化，从本质上讲，能够寻找到一个最佳的油井供油是根本。油井选择首选满足芳香烃指数计算法要求、厂家给出的黏度要求，以目前的油品使用经验，最佳燃油的50℃运动黏度在50～200mm2/s；如果可选油井较多则可以再对比初馏点、含水、胶质、含蜡量等等综合考量。

3.6 发动机油品的监控

海上油田使用的燃料油存在动态性，即使是使用相同的油井随着油井采集进程的变化，油品各种特性及其物质含量均存在变化，为了进一步掌握发动机油品状态应建立监控机制。

轻质组分含量每日监测，含水、出砂情况每周监测，供油油井（含备选油井）的油品每半年进行送检化验监测。

4 结语

海上油田电站机组的稳定运行离不开油品供应的精挑细选，但是最终油品油质是否发生了变化最直观的是反映在燃油关键部件的使用寿命和腐蚀程度上。所以应建立完善的机组燃油关键部件定期检查制度和检查规范及要求，确保能够真实地反映出油品品质的变化。同时根据部件腐蚀程度和寿命变化，及时调整原油的温度、黏度等理化指标，以期寻求到最佳的喷射黏度和原油温度。