船舶燃油密度转换的方法分析

张 曦，李大屹

(1.中国船级社质量认证公司，北京 100006；2.中国船级社 船舶能效推进工作组，北京 100007)

0 引 言

2018年11月8 日，我国海事局发布了《船舶能耗数据收集管理办法》（海危防[2018]476号），对进出我国港口400总吨及以上船舶提出了能耗数据收集办法和报告要求，提出如果船用燃料消耗量的测量数据为体积单位，应转换为质量单位，且如果采用了密度、温度等修正，应当保留证明文件。

2016年10 月，国际海事组织第70届环保会对《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL公约）附则VI进行了修订，增加了“燃油消耗数据收集机制”，要求5 000总吨及以上船舶统计并报告船舶燃料消耗相关数据。欧盟发布2015（757）法规－《关于对海运产生的CO2排放进行监控、报告和验证以及对第2009/16/EC号指令进行的修订》，并要求：“如果按照升的容量单位确定加油量或油舱剩余量，公司应通过实际的密度值将容量转化成质量”。

进行不同温度下的燃油密度转换是船舶日常遇到的实际问题。由于国际上采用15 ℃作为标准温度，我国通常采用20 ℃为标准温度，因此加油通知单（BDN）只显示燃油在标准温度15 ℃或20 ℃的标准密度。而船舶在实际运行过程中，流量计及舱容表计量的是80 ℃或30 ℃等不同温度下的燃油体积，因此需要将BDN上的燃油标准密度转换为不同温度下的实际密度，从而准确计量船舶燃油消耗量。

1 密度转换方法

目前行业上进行船舶燃油密度转换，采用的是石油计量标准，即《ISO-91/1石油计量表》①，该标准采用15 ℃作为标准温度，计算公式如下：

式中：ρt表示t℃温度下的燃油实际密度；ρ15表示15 ℃时的燃油标准密度；系数0.001 1表示在计算燃油在空气中的质量（商业质量）时，应进行空气浮力修正，将标准密度减去空气浮力修正值1.1 kg/m3；VCF15表示体积修正系数，查ASTM-D1250表或通过对数公式计算得到，即体积修正系数与标准密度平方的倒数存在对数关系，计算公式为：

不同燃油类型和不同密度范围对应的体积修正系数经验值如表1所示。

表1 体积修正系数经验值Tab.1 Empirical value of volume correction factor

2 案例计算

由于船舶午报表填报的是根据实际温度修正后的燃油重量，需要先统计各燃油单元的油舱温度。通常对油舱实际温度的考虑是：如果油舱接触海水且没有加热，则采用海水温度作为该舱的油温；如果油舱被空气包围且没有加热，则采用气温作为该舱的油温；日用柜、沉淀柜通过温度计读取温度值，如果没有温度计，船员将根据经验估计温度。

例如国内某集装箱船，不同处理单元的燃油温度分别为：

1）在港口加油：15 ℃标准密度燃油；

2）燃油舱：30 ℃；

3）沉淀柜：50 ℃；

4）分油机及日用柜：80 ℃；

5）燃油处理单元及主机：120 ℃。

因此，船员在分别统计温度及燃油体积后，查体积修正系数，代入对数公式并计算实际密度和燃油消耗量。如果该船在某港口加油的BDN上显示的ρ15标准密度为988.9 kg/m3，则该船流量计计量的每100 m3燃油，在50 ℃（沉淀柜）时的实际重量为96.5 t，在120 ℃（燃油处理单元）的实际重量为91.7 t，油温每变化10 ℃时，重量变化平均为0.682 8 t，具体见表2和图1。

表2 100 m3燃油在不同温度下的体积修正系数和重量变化Tab.2 Volume correction factor and weight change of 100 m3 fuel at different temperatures

图1 燃油在不同温度下的体积修正系数和重量变化Fig.1 Volume correction factor and weight change of fuels at different temperatures

品质不同、标准密度不同，燃油受温度影响而发生密度变化的程度不同，标准密度越大，密度受温度影响的变化越小；标准密度越小，受温度影响的变化越大。如表3所示，如果ρ15标准密度为920 kg/m3，则 100 m3燃油在 20 ℃ 时的实际重量为 91.5 t，在 120 ℃的实际重量为84.5 t，油温每变化10 ℃时，重量变化平均为 0.698 0 t。如果 ρ15标准密度为 1 010 kg/m3，则100 m3燃油在 20 ℃ 时的实际重量为 100.6 t，在 120 ℃的实际重量为93.7 t，油温每变化10 ℃时，重量变化平均为0.678 8 t。这也说明在不同港口加油时如果油品标准密度不同，油品混舱后的重量变化更为复杂。

考虑到国内有些船舶条件有限，如果不方便查ASTM-D1250表或不方便计算对数公式，可以参考本文给出的密度参考系数，即船舶可依据表3查看不同温度下的实际燃油密度。

例如通过查表3，某3艘船舶分别在不同港口加油，燃油标准密度不同，船舶流量计或舱容表计量的每100 m3该燃油，可通过表3估算实际重量：

1）油品 1，15 ℃ 标准密度为 920 kg/m3，每 100 m3该燃油，在30 ℃燃油舱的实际重量为90.85 t，在120 ℃燃油处理单元的实际重量为84.52 t。

2）油品 2，15 ℃ 标准密度为 990 kg/m3，每 100 m3该燃油，在30 ℃燃油舱的实际重量为97.88 t，在120 ℃燃油处理单元的实际重量为91.68 t。

3）油品 3，15 ℃ 标准密度为 1 010 kg/m3，每 100 m3该燃油，在30 ℃燃油舱的实际重量为99.88 t，在120 ℃燃油处理单元的实际重量为93.72 t。

表3 不同温度下的燃油密度参考值Tab.3 Reference values of fuel density at different temperatures

3 燃油管理

我国现行采用的船舶燃料油标准为GB 17411-2015《船用燃料油》，于2015年12月31日颁布，2016年7月1日实施。与上一版GB/T 17411-2012版本相比，该标准由推荐性转为强制性标准，内容修改采用了ISO 8217-2012《船用燃料油规格》，适应了我国石油燃料产品编写习惯，并增加了低硫燃料油硫含量的检测方法和热值方法。GB 17411-2015《船用燃料油》规定了不同等级的馏分燃料油（简称DM）和残渣燃料油（简称DR）的密度、粘度、硫含量等指标，国内常用的180号、380号燃料油，即RME 180和RMG 380，标准中要求其20 ℃的密度都是“不大于987.6 kg/m3”。

标准中规定的燃料油密度都是范围值，这通常是由两方面因素决定的。一方面，由于密度大小与燃料油的化学成分和馏分组成有关，因此燃料油生产加工工艺对其密度产生较大影响：不同于轻质油是由石油常压蒸馏提取的，重油是由裂化渣油、减压渣油、裂化柴油与催化柴油调合而成，属于石油提取汽油柴油后的剩余重质油。由于国内不同炼油厂的生产加工工艺不尽相同，有的是用石油烃调合的燃料油，有的是用煤焦油调合的燃料油，因此燃料油密度呈现出一定的范围变化，一般而言，密度过高的燃料油，其质量热值相对较低。

另一方面，由于燃料油需要适用于船舶的大型低速柴油机，其主要性能是要求其喷油雾化良好，以确保燃烧安全，减少积炭量，降低对发动机的磨损，因而燃料油需要有适宜的流动性和粘度，以确保在一定的预热温度下，能达到喷油嘴和高压油泵所需要的粘度。如果粘度过高、密度过大，则导致泵送沿程阻力增大，喷油油束的形状受到影响，造成雾化不良或不能与空气充分混合，以致燃烧不良；粘度过低则导致油束角度过大，同样不能喷射到指定位置或不能与空气充分接触，也会造成燃烧不完全，增加积碳量，降低柴油机效率。因此，船舶会根据燃油系统各单元的实际要求进行加温，使之达到合适的粘度，燃油密度也会随之变化。

4 结 语

正确进行燃油密度转换是燃油消耗量精确计量的基础，是水运企业能耗数据统计核算的关键，也是企业现代化管理的必然要求。随着国内及国际相关法规的出台，行业上对船舶燃油精确统计的要求日益明显。

准确进行燃油密度转换也是船舶温室气体排放核算、报告和验证的基础。如果不进行密度转换而直接采用标准密度进行船舶油耗量和温室气体排放量的核算，将导致油耗量和排放量不合理增大，即报告值将高于企业实际消耗值和排放值，不利于企业管理，也不利于主管部门在行业上的统计和管理。

目前国内船舶已不断完善燃油计量器具的配置，并逐步将传统的容积式流量计更新为质量流量计，流量计的监测范围和监测精度有了较大提高。船舶公司也正在逐步提高燃油统计的自动化水平，目前已有越来越多的船舶做到了以自动化手段替代人工抄录和人工估算的方式，实现了燃油消耗的自动统计监测，大大提高了数据统计的实时性和准确性。