低硫船燃配套使用低碱值船用气缸油的应用跟踪

黄昆

中国石化润滑油有限公司上海研究院

国内外最新船舶低硫排放法规及应对措施

航运业自古以来就牵动着一个国家的发展命脉。近年来，航运业更是随着全球经济一体化的衍生和发展得到了飞速的发展，全球范围内的各种常规船舶与高新技术船舶的保有量也在不断增加。随着全球环境问题的不断加剧，人们的环境保护意识逐渐增强，国内外相继出台了环保法规，对船用燃料油硫含量进行了限制，全球船用燃料油低硫化的趋势对整个航运业包括其中的船舶配套用油行业也是个不小的挑战，这就需要从发动机设备、船用燃料油、船用润滑油等多个方面进行技术革新。

国际海事组织（IMO）在《国际防止船舶造成污染公约（MARPOL）》中制定了2020年的限硫令[1]，并于2020年1月1日起正式实施，规定在全球范围内禁止使用硫含量超过0.5%（质量分数，以下均是）的船用燃料油，2020年3月1日以后，除安装尾气脱硫装置的船舶以外，其他船舶禁止携带不合规的高硫燃油（高硫货物除外）。在波罗的海、北海、北美及美国加勒比海四大排放控制区（SECA）内，实施更严格的污染物排放要求，自2015年1月1日起排放控制区内船用燃料油硫含量不高于0.1%（2015年之前为1.0%）[2]。国内排放法规随着时间的推移也越来越严格，至2020年1月1日起，中国海域需使用硫含量不超过0.5%的船用燃料油，海船进入内河使用的船用燃料油硫含量不允许超过0.1%。2022年1月1日起，海船进入沿海控制区海南水域，应使用硫含量不大于0.1%的船用燃油。交通运输部将适时评估船舶使用硫含量不大于0.1%的船用燃料油的可行性，确定是否要求自2025年1月1日起，海船进入沿海控制区使用硫含量不大于0.1%的船用燃料油，并且中国水域禁止使用开式洗涤塔。

随着环保法规的日益严格，全球船用燃料油低硫化的步伐势不可挡。对于船用燃料油的低硫化趋势，航运业内也有不同的应对措施，主要分为减少SOX（硫氧化物）排放的基本技术与基于中和原理来减少污染气体排放的后处理技术两大类。

基本技术主要分为以下几种：

◇使用馏分燃料，此种燃料方便易得，并且业内有相关使用经验，但缺点是成本较高，在使用过程中会产生热冲击与润滑问题；

◇使用低硫调和燃油（硫含量＜0.5%），使用此种燃料可以使操作难度最低化，但不同供应商产品质量不同；

◇采用液化天然气（LNG）燃料，此种燃料具有一定的成熟技术，能有效降低SOX、NOX（氮氧化物）、CO2的排放，并且LNG的供应力也在持续增加，缺点是初始资本支出较高，并且会损失一定的货物装载能力。

后处理技术主要为加装废气清洗系统，如加装洗涤塔（Scrubber）后可以继续使用高硫燃油，但需要初始资本投入及考虑船舶的稳定性与是否具有足够的空间，并且可能存在后期市场上高硫燃料油的价格波动的风险。

在IMO排放法规的要求下，预计近年使用硫含量低于0.5%的低硫燃 油（VLSFO，Very Low Sulphur Fuel Oil）将是主要解决方案，也是船商的首选方案，在市场占有较大比例。

随着环保法规对船用燃料油硫含量限制的加严，全球船用燃料油出现低硫化趋势，对船用润滑油提出了重要挑战。本文介绍了主流发动机厂商对二冲程发动机用油的要求；对使用硫含量低于0.5%（质量分数）低硫船燃、配套使用低碱值船用气缸油的3条不同类型船舶进行了跟踪监测，结果表明，使用40碱值气缸油或者40碱值与100碱值气缸油交替使用，并且调整合适的注油率，能基本满足发动机用油需求。

全球主机厂商二冲程发动机用油要求

低速二冲程十字头发动机占全球船用柴油发动机市场的60%左右，而市场上主流二冲程发动机厂商仅有3家，分别是MAN Energy Solutions公司（以下简称MAN）、Winterthur Gas & Diesel公 司（以下 简 称WINGD）、Japan Engine Corporation公司（以下简称J-ENG），其中MAN公司处于市场主导地位。

MAN公司在其发布的SL2019-671/JAP通函（以下简称为671）[3]中提到，在使用不同硫含量的船用燃料油时，根据发动机运行工况与设备状况等因素推荐使用不同碱值等级的气缸油产品。MAN公司推荐用油如图1所示。

图1 MAN公司所有机型推荐使用气缸油碱值等级

如果使用低碱值气缸油时，气缸内部润滑情况良好可以继续使用，如需要更高碱值的气缸油以保持清净性，为了降低活塞头顶部产生沉积物从而造成异常磨损的风险，MAN公司给出交替使用高低碱值气缸油的应对方法。在切换使用低硫燃油后，应当适当地增加扫气口检查频率，定期将气缸油残油送往有资质的实验室进行检测。671通函中对于气缸油残油碱值与铁元素含量也给出了监控指标。

MAN公司在SL2020-694/JUSV通函（以下简称为694）[4]中把气缸油分成两大类：category I(cat I)和category II (cat II)。cat I适用Mark8及以下的机型；cat II适用于MAN公司所有机型，推荐用于Mark9及后续的机型。cat II气缸油应该具有更加优秀的综合性能，尤其是清净性。100BN和140BN的气缸油是最先满足cat II的，MAN公司的目标是其他碱值的气缸油，如40碱值也应逐渐满足。截止目前，只有部分润滑油公司的100与140碱值等级的气缸油产品取得MAN cat II的认证（例如：长城船用气缸油50100等）。

WINGD更新的润滑油指导Issue 008 2021-02[5]中对于二冲程发动机油的配套使用也给出了建议，详见图2，图中灰色部分：只有通过认证测试的100碱值气缸油产品才可用于小于1.5%的燃料。在润滑油指导Issue 004 2019-12[6]中，对于气缸油残油的碱值与磨损元素铁含量的监控值也给出了建议。

图2 WINGD所有机型推荐使用气缸油碱值等级（具体规定以WINGD Issue 008 2021-02为准）

J-ENG给出的润滑油指导USI-10022E Rev.1[7]中建议，对于不同硫含量的船用燃料油，推荐使用不同碱值等级的气缸油产品，见表1。

表1 J-ENG所有机型推荐使用气缸油碱值等级

低碱值气缸油在使用低硫船燃的不同主机型号上的应用跟踪

为应对国内外的环保法规，大多数船舶选择切换使用硫含量低于0.5%的船用燃料油，途经特别规定的海域使用硫含量低于0.1%的船用燃料油。而对于使用硫含量在0.1%～0.5%的船用燃料油时，国际各大主机厂认为，40碱值的气缸油是比较合适的配套润滑用油。为进一步了解船舶发动机在使用低硫燃料油时，低碱值气缸油的实际应用表现，对正在使用40碱值气缸油的3家不同船舶公司的不同主机型号的船舶作了跟踪，并收集最近一年多时间的气缸油残油数据进行分析。

选取的A、B、C 3家公司均为国内排名靠前的船舶管理公司，管理经验丰富，船上轮机人员操作合理规范。A公司下辖船舶a为载重吨47 000 t的散货轮，该船舶主机型号为J-ENG 6UEC50LS II，使用硫含量为小于0.5%的低硫燃油，配套使用40碱值气缸油。选取主机其中3个气缸的气缸油残油数据进行对比分析，结果见图3、图4。

图3 船舶a气缸油残油碱值

图4 船舶a气缸油残油Fe含量

船舶a主机在使用40碱值气缸油的一年时间内，残油的各项指标均在正常范围内波动，并且根据船舶管理人员反映，检查主机气缸内部时一切正常，并无明显积炭与磨损问题产生。

B公司下辖船舶b为载重吨20 000 t的散货轮，该船舶主机型号为WINGD 6RT-FLEX-50B，使用硫含量为小于0.5%的低硫燃油，配套使用40碱值气缸油。选取主机其中3个气缸的气缸油残油数据进行对比分析，结果见图5、图6。

图5 船舶b气缸油残油碱值

图6 船舶b气缸油残油Fe含量

船舶b主机在使用40碱值气缸油期间，残油的各项检测数据均满足OEM给出的监控建议指标（针对该机型WINGD建议气缸油残油碱值指标为BN25-50，铁含量不超过200 mg•kg-1），基本满足使用硫含量≤0.5%的低硫船燃时的酸中和与润滑需求。并且根据船舶管理人员反映，主机运行正常，扫气箱检查结果一切正常。5号缸内部情况见图7，可见活塞环光亮洁净，无明显积炭，缸套内壁衍磨纹清晰。

图7 船舶b主机5号缸内部情况

C公司下辖船舶c为载重吨30万t的超大型油轮，航线为国际航线，该船舶主机型号为MAN B&W 7G80ME-C9.2，使用硫含量为小于0.5%的低硫燃油，由于该主机为MARK 9机型，为保证气缸内部具有足够的清净性同时避免活塞头顶部产生沉积物从而造成异常磨损，采取使用5天40碱值气缸油加2天100碱值气缸油周期性交替使用的方法（如果满足气缸润滑需求，也可单独使用低碱值气缸油）。选取主机其中3个气缸最近一年时间的气缸油残油数据进行对比分析，结果见图8、图9。

图8 船舶c气缸油残油碱值

图9 船舶c气缸油残油Fe含量

船舶c主机在周期性交替使用40碱值与100碱值气缸油时，残油的各项指标均在正常范围内波动（针对该机型MAN建议气缸油残油碱值指标为油品初始碱值的25%以上，铁含量不超过200 mg/kg），结合轮机管理人员的扫气箱检查情况来看，此种方法在MAN MARK 9机型上能基本满足用油需求。该船舶主机1号缸扫气箱检查情况见图10，可见活塞内部无明显积炭产生，活塞环光亮洁净，活塞头也无碱性物质析出，缸套内部并无明显异常磨损痕迹。

图10 船舶c主机1号缸内部情况

结束语

在全球船用燃料油低硫化趋势下，为应对国内外环保法规，大多数船舶选择切换使用硫含量小于0.5%的低硫船燃，国内外OEM（原始设备制造商）对于润滑油的配套使用也给出了指导建议。本文对3条船舶主机使用40碱值或者40碱值与100碱值交替使用的情况进行了最近一年多时间的应用跟踪，由3条船舶的气缸油残油检测数据与轮机管理人员反馈的实际使用效果来看，使用40碱值气缸油或者40碱值与100碱值气缸油交替使用，并且调整合适的注油率，能基本满足发动机用油需求。建议根据不同机型及设备实际运行工况，在主机厂商的推荐下使用合适碱值等级的气缸油产品，同时加强对设备的监控与管理。