船舶柴油机及燃油锅炉的低硫油切换程序

赖柯宇 吴德梅 颜昌禄 唐彪 王显力

摘要：考虑到船舶进入硫氧化物排放控制海域（SECA）前必须将所用的燃油切换为低硫燃油，结合船舶主机及锅炉燃油日用系统，提出一种船用柴油（MDO）与低硫油（MGO）切换程序，满足船舶在各SECA区域内合法的排放。

关键词：SECA;MDO;MGO;切换程序

中图分类号：U664.81                 文献标识码：A

Abstract：Considering that ship must switch the fuel to low sulfur fuel before entering the Sox emission control area（SECA）， a switch program between marine diesel oil （MDO） and marine gas oil （MGO） is proposed in combination with the daily fuel system of the ship's main engine and boiler to meet the legal emission in each SECA.

Key words： Sox emission control area （SECA）; Marine diesel Oil（MDO）; Marine gas oil（MGO）; Switch Program

1前言

国际上针对船舶运营时产生废气的排放控制，在国际防止船舶造成污染公约附则六（MARPOL ANNEX VI）中，根据船舶排放废气中的硫氧化物（SOx） 及颗粒物（PM）的控制量划分了不同的海域。在该规则中，将全球航行海域分为一般海域和硫氧化物排放控制海域（SECA）。船舶在SECA内运营时，必须遵循MARPOL ANNEX VI、EU（欧盟）法令及CARB法规内新的SOx排放控制标准。此外，我国对SECA也作出了界定，并对进入SECA内船舶使用燃油的硫含量明确了要求。

重燃油（HFO）是含硫量较高的残渣燃油，船用柴油（MDO）和船用汽油（MGO）属于蒸馏燃料油，含硫量较低，通常MDO含硫量不大于0.5%m/m、MGO含硫量小于0.10%m/m，MGO可称为低硫燃油，满足MARPOL ANNEX VI、EU法令及CARB法规对SECA内硫排放要求。

HFO含硫量一般为0.5%m/m～1.5%m/m，以HFO为燃料的船舶必须加装废气处理装置，使燃料燃烧后的废气满足公约及法规对SOx排放要求，达到与使用低硫燃油等效的减排效果。目前国内营运船舶大多数采用加装脱硫塔等装置，将燃烧HFO后的废气进行脱硫处理后排放大气。

以MDO或MGO为燃料的现行营运船舶，如进入SECA只能使用MGO（含硫量小于0.10%m/m），需要在进入SECA前将燃料由MDO切换为MGO，这涉及到MDO与MGO之间的切换程序。本文以刚交付的插桩式抢险打捞工程船为例，介绍该船柴油机及燃油锅炉MDO与MGO之间的切换程序。

2SECA及其排放要求

按照目前的法令法规，全球SECA由北美排放控制区、美国加勒比海排放控制区、北欧排放控制区、欧盟港口排放控制区、美国加利福尼亚州临岸水域排放控制区、香港排放控制区以及中国排放控制区组成。船舶进入上述SECA时，均需遵守关于硫氧化物控制排放的法令法规，船舶所使用的燃油含硫量不允许超过0.1%m/m。

中国SECA由沿海SECA和内河SECA组成。自2020年1月1日起，船舶在沿海SECA航行时，只允许使用硫含量不大于0.5%m/m的燃油（MDO）;靠岸停泊期间只允许使用硫含量不大于0.1%m/m的燃油（MGO）;对于进入海南水域航行及靠岸停泊的船舶，只允许使用硫含量不大于0.1%m/m的燃油。

对于除SECA以外的一般海域的硫氧化物排放控制，2016年10月国际海事组织海上环境保护委员会召开了第70届（MEPC70）会议，明确了自2020年1月1日起在一般海域航行的船舶使用燃油的硫分含量不大于0.5%m/m。

从运营成本及遵守法令法规两方面考虑，自2020年1月1日起，船舶在除SECA以外一般海域航行可使用MDO（硫分含量≤0.5%m/m），MDO相较于MGO较为便宜;在进入各SECA前1个小时内，船舶应将燃料由MDO切换为MGO（硫分含量≤0.1%m/m）。

3MDO与MGO

目前国内船舶都使用的燃油一般按照船用燃油ISO8217-2010标准进行分类界定。该标准中所描述的蒸馏油有：DMX、DMA、DMB和DMC。通常所说的船用柴油（MDO）与DMB等同标准，而船用低硫油（MGO）与DMA 等同标准。与高硫分的燃油（如HFO）相比，MDO与MGO都具有低硫分、高热值、低粘度、低闪点的特点。

低粘度的特点，将使设备内部形成润滑油膜厚度减小，介质润滑性降低，机械磨损加剧，对设备要求较高。

虽然相较于MGO来说，MDO的硫含量较高，但MDO与MGO同属于低硫分含量的燃油，在性能上相差不多，特别是在相同温度下两者的粘度相近;而MGO与HFO则在粘度性能上相差甚远，HFO属于高硫分的燃油，也属于残渣油。

柴油机厂家经过长期的实验，得出了能保证机器正常运转要求的最低进口燃油粘度普遍为 2.0cSt，过高的粘度对柴油机、燃油泵等设备带来伤害;对于低粘度的 MDO与MGO，即使不加热，其粘度也接近或低于许可的最低进口粘度。

在燃烧MDO与MGO柴油机的燃油日用系统中，由于MDO与MGO的粘度过低，其在机舱环境温度下可能会低于柴油机要求的进口粘度，所以柴油机厂家在系统中增加了燃油冷却器，通过降低柴油机进口MDO与MGO的温度来达到提高燃油粘度的目的。当柴油机使用 40 ℃的粘度为2.0cSt 的 MDO与MGO时，可以采用通过淡水或海水为冷源直接冷却的方式对MDO与MGO进行冷却;如果柴油机使用粘度更低的MGO时，使用淡水或海水冷卻后的MGO粘度无法满足柴油机燃油进口最低粘度要求，此时通过采用温度更低的冷源将MGO温度降得更低，从而较好的控制柴油机的进口燃油粘度，此类冷源一般选用冷媒水。

对于仅燃烧MDO与MGO的船舶，从MDO与MGO低硫分燃油性能考虑，其燃油日用系统可不用分别设置MDO与MGO的管路，仅从温度及粘度考虑分别设置MDO冷却器及MGO冷却器。

在满足当前法令法规对硫氧化物排放控制的要求下，从航运成本考虑，对仅燃烧MDO与MGO的船舶，在SECA外一般海域燃烧价格稍低的MDO，而在SECA只能燃烧价格稍高的MGO。如此，需要针对MDO与MGO制定有效的切换程序。

4MDO与MGO切换条件

本文以插桩式抢险打捞工程船为例，对柴油机及燃油锅炉在MDO与MGO之间切换进行研究分析。该船由708所设计、中船黄埔文冲船厂建造，主要用于广州打捞局辖区海域及近海浅水水域应急清障和抢险打捞作业。该船为仅使用MDO与MGO的船舶，符合《船舶使用低硫馏分油指南》的要求，经检验合格后由CCS授予 LSDF 附加标志。

为取得LSDF附加标志，该船规格书要求主发电机组、应急发电机组、分油机、燃油泵和燃油锅炉均可适用MDO或MGO。该船航行时所使用燃油的密度、净发热值、粘度如表1所示，符合船用燃油标准ISO 8217-2010。

为保证本船各燃油设备具有由MDO切换成MGO的能力，柴油机、燃油锅炉、燃油分油机、燃油供给泵、燃油输送泵等设备制造厂需向船级社提供低硫油适用性声明，以证明其产品可持续正常使用低硫油。声明中包含了有关设备使用低硫油的详细资料，如控制与安全系统、MDO与MGO不同工况下工作能力、风险分析报告等。

根据各厂家提供的低硫油适用性声明，柴油机、燃油锅炉、燃油分油机、燃油泵满足3cst@40℃的燃油使用条件。其中，柴油机为Rolls-Royce提供，该厂家要求燃油进机最小粘度为2cst，为防止冷腐蚀和机带燃油滤器结蜡，燃油进机最低温度为20℃。

5MDO与MGO切换操作程序

該船共设置了3个F.O.T、2个F.O.S.T、3个F.O.D.T，都可作为MDO或MGO储存舱。

作为仅燃烧MDO与MGO的船舶，若需要进入SECA，则应根据航次任务和航行、停泊时间计算出低硫油的用量，并将1个燃油沉淀舱、2个燃油日用舱的MDO排空，并注入MGO，船上将同时具有MDO日用舱和MGO日用舱。

本船的MDO日用舱1#、2#和3#都可兼用作MGO日用舱，在切换时可对燃油日用系统管路进行充分冲洗，以完成MDO与MGO之间的切换。3个日用舱的加油容积均为18.4 m3，可满足船舶营运至少8h。

为了将各燃油设备中的MDO耗尽并切换成MGO，应在船舶进入SECA前1小时，开始切换程序，不可间断，以去除所有MDO，最终满足SECA硫排放控制的要求。

记录完成燃油切换的日期、时间、船位、通过SECA的开始和结束时间等，均记录在轮机日志和航海日志中，担负此责的轮机员需签字确认，以备官方查验。

在燃油转换作业完成时，应将每一燃油舱中的低硫燃油的容积记录在主管机关规定的航海日志中。按《船用燃油硫分记录》中要求的内容，认真记录加油详情和更换记录，且保存燃油油样至少12个月、加油签收单至少3年，以备官方查验。

本船MGO燃油舱（由MDO燃油舱兼用）内设有温度传感器，可对舱内油温进行监控及报警，对整个燃油切换过程中燃油温度保持控制。

6MDO与MGO切换程序

当本船由SECA以外海域进入SECA航行时，主机及燃油锅炉的MDO与MGO切换程序如下：

6.1主机燃油由MDO切换至MGO

按照图3燃油日用系统原理图，当本船由SECA以外海域进入SECA时，主机所用燃料由MDO切换至MGO的方法如下：

（1）确保燃油切换前，一个燃油日用舱（1#）为 MDO日用舱，另一个（2#）为MGO日用舱。当本船在SECA以外一般海域航行时，1#～4#主机（1#、2#主机作为一组动力;3#、4#主机作为一组动力）同时从1#日用舱内获取MDO;。记录MDO日用舱与MGO日用舱温度;

（2）在进入SECA前1小时，确保1#日用舱出口管路控制阀（图3FSV1）处于开启状态;2#日用舱出口管路控制阀（图3FSV2）处于关闭状态;供油控制阀（图3FSV46）处于开启状态。此时，1#～4#主机都动力在线;

（3）优先对3#、4#主机燃油进行切换，由MDO切换为MGO;

（4）关闭3#、4#主机进油冷却器及回油冷却器的旁通阀，消除冷却器及旁通管路对切换过程中燃油温度控制的不可控因素;

（5）打开2#日用舱的出口管路控制阀（图3FSV2），5分钟后关闭1#日用舱与2#日用舱燃油出口管路之间的联通阀（图3FSV46），确保供油管路都充满燃油;

（6）在10分钟后完成3#、4#主机燃油切换至MGO，打开1#日用舱与2#日用舱燃油出口管路之间的联通阀（图3FSV46），MGO充满3#、4#主机燃油管路;关闭1#及2#主机进油冷却器及回油冷却器的旁通阀，同时稍微关小1#日用舱的出口管路控制阀（图3FSV1）;

（7）在5分钟后关闭1#日用舱的出口管路控制阀，10分钟后MGO充满1#、2#主机燃油管路;

（8）记录切换前后各主机进机压力及进机燃油温度，并严格控制进机温度变化不超过2℃;

（9）切换过程中，各阀门的打开时间与燃油供给泵的流量以及管路内容积有关。通过计算，确保每一台主机燃油切换成MGO时，在固定时间内供油管路内MDO都被MGO替换并充满。供油管路上布置的燃油流量计，可记录MGO供油的流量;

（10）切换过程中，船员需关注回油冷却器及进油冷却器燃油进出口的温度，以及燃油切换为MGO的主机进机压力是否出现报警。

6.2燃油锅炉燃油由MDO切换至MGO

燃油锅炉需为船上蒸发式造水机、分油机、油气分离器、暖风机、生活热水等用户服务。当本船进入SECA时，根据法令法规，燃油锅炉的废气排放与主机废气排放标准一致，需要切换成MGO（含硫量低于0.1%m/m）。其切换方法如下：

（1）确保燃油切换前，一个燃油日用舱（1#）为 MDO日用舱，另一个为MGO日用舱;

（2）在進入SECA前1小时，1#日用舱至锅炉燃烧器出口管路控制阀（图3FSV117）处于开启状态;2#日用舱至锅炉燃烧器出口管路控制阀（图3FSV118）处于关闭状态;

（3）对锅炉燃油进行切换，由MDO切换为MGO;

（4）打开2#日用舱至锅炉燃烧器出口管路控制阀，根据供油管路长度，2分钟后旋转锅炉燃烧器进油管路上的L型三通旋塞（图3 FSV129）手柄，使2#日用舱至锅炉燃烧器出口管路处于通畅状态;1#日用舱至锅炉燃烧器出口管路处于关闭状态;5分钟后旋转锅炉燃烧器回油管路上的L型三通旋塞（图3 FSV130）手柄，使锅炉燃烧器回油至2#日用舱的回油管路处于通畅状态;锅炉燃烧器回油至1#日用舱的回油管路处于关闭状态;

（5）关闭1#日用舱至锅炉燃烧器出口管路控制阀（图3 FSV117）;

（6）在10分钟后，MGO充满锅炉燃烧器的燃油管路;

（7）记录切换前后锅炉燃烧器进口压力及进口燃油温度。

7结束语

海洋是人类赖以生存和发展的基础，船舶是目前海上唯一的交通运输工具，船舶航行过程中不可避免地造成海洋环境污染，不但会对海洋里的各种生物带来伤害，并且也危及到人类的健康。船舶废气中的SOx会形成酸雨，氮氧化物会形成光化学烟雾物质等，船舶的有害气体排放的危害是巨大的，不容小视。

可持续发展是21世纪的主题，更是人类共同体需要重视的议题。我们应倡导和谐共存和健康发展，共同保护我们的生存环境。低硫油在船舶燃油系统的推行，有利于大幅降低船舶废气中的硫排放量，减轻对海洋环境的污染。

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