船用劣质燃油的危害及其控制措施

船用劣质燃油的危害及其控制措施船用劣质燃油的危害及其控制措施 摘要 由于原油价格上涨和供应情况不稳定 迫切需要努力节减燃油的消耗 此外 为了满足对轻质燃油不断增加的需求量 在石油提炼中大量采用分解等方法 同时重视 对劣质燃油的利用 航运公司和运输船舶为降低燃油费用 提高经济性 选用劣质燃油 为燃料 现在大部分船舶燃用劣质燃油趋于普及 本文浅析了劣质燃油特点 限制性能 要求以及使用过程中的主要问题等 分析了影响劣质燃油性能的因素 分析了使用中对 船舶柴油机及相关设备产生的危害以及危害产生的机理 提出了船用柴油机使用劣质燃 油应采取的技术与管理措施 并从改善劣质燃油燃烧前性能指标 加强燃油系统的管理 加强维修保养 完善柴油机操作运行管理以及采取的相关管理技术等方面来论述如何加 强船舶的运行管理 以确保柴油机及船舶的安全运行 达到降低成本 提高经济效益的 目的 引言引言 劣质燃油的使用是船用柴油机发展中的一项重要技术成就 使用劣质燃油可以大幅 度降低船舶的营运成本 随着近年来石油价格的不断飚升 燃油费用在船舶营运成本中 占有很大的比例 为了适应航运企业之间的激烈竞争 争取更大的利润和占据市场份额 使船用柴油机使用劣质燃油成为一项普遍采用的技术 同时劣质燃油的使用也带来许多 问题 由于劣质燃油密度大 粘度高 成分复杂 发火性能差 导致柴油发动机机械负 荷和热负荷增加 燃烧性能恶化 使得柴油机的排气温度升高 烟度增加 汽缸结炭严 重 此外船舶排放的废气主要有 NOx SOx COx 等 其中 NOx 和 SOx 对环境和人体的 影响最大 特别是二氧化硫排放后 在大气中的氧化过程 并与云中的水雾结合形成酸 雨 对植物的生长产生严重的危害 而 NOx 排放的主要成分是 NO 它也会子大气氧化 而形成酸雨 但它对人类及动物造成的危害和影响确实极其严重的 同时氮氧化物还是 形成光化学烟雾的起因物质之一 目前由于在管理上缺乏一定的知识和经验 加上劣 质燃油的品质进一步下降 虽然燃用劣质燃油降低了成本 但在一定程度上也增加了管 理费用和维修费用 更重要的是燃用劣质燃油使柴油机可靠性下降 这对安全生产是极 为不利的 这就给我们轮机管理人员如何管理好柴油机 确保这些机械能够长期有效的 运行 提出更高的要求 1 1 船用劣质燃油特点及对设备的影响船用劣质燃油特点及对设备的影响 船用劣质燃油特点 1 粘度高 劣质燃油的粘度可高达 700m s 甚至更高 这给劣质燃油在贮存 输送 净化和 雾化过程中带来一些困难 2 密度大 劣质燃油的密度可高达 0 94g cm 1 06g c m 劣质燃油净化困难 雾化不良 油 滴穿透距离远 造成燃烧不良且容易产生结碳 3 劣质燃油成分 劣质燃油成分复杂 含有较多的机械杂质 水分 灰分 硫 沥青和钒 钠等有害 物质 4 劣质燃油着火性 劣质燃油的十六烷值很低 着火性很差 尽管劣质燃油进入柴油机前经过沉淀 分油机净化处理 过滤等 但进入柴油机内 的燃油中有害物质仍然存在 这就必然对柴油机的各种机器部件造成损害 据统计显 示 柴油机燃用劣质燃油后产生的故障起因主要来源于两方面 其一是喷射系统偶件的 磨损引起喷油嘴漏油以及喷射压力和喷射时间发生改变 喷孔的磨损和阻塞引起燃油雾 化不良 破坏了油束与燃烧室形状的正常配合 导致燃烧恶化和供油延迟 其二是劣质 燃油发火性能不佳 例如不使用添加剂 仅采用增大喷油提前角的方法来改善其发火性 能 虽然燃油中的沥青和残碳是导致积碳的内在原因 而燃烧不良则是严重结碳的主要 原因 所以喷射系统故障加上劣质燃油发火性能不佳 两者叠加 使燃烧进一步恶化 导致严重结碳 一方面引起活塞环粘结 失去弹性 丧失密封性使燃气下窜 使活塞环 烧蚀 另一方面使燃烧室和排气温度过高 引起活塞头 气缸和排气阀烧蚀和高温腐蚀 2 2 影响劣质燃油因素影响劣质燃油因素 2 1 燃油质量下降 目前 燃料油的质量比 90 年代同类级别的已经有很大差别 主要是其品质进一步 降低 由于炼油技术的快速发展 催化裂化 加氢裂化技术的提高 燃料油质量仍将继 续恶化 使用传统的标准燃料油时 按粘度订油对轮机员是实用的 现今生产的燃料油 其粘度本身已不足以限定为所需的燃油质量 一般认为 按照说明书所规定的油 能保 持柴油机正常 可靠的运行 目前市场上出售的燃料油同等级的品种繁多 虽然粘度都 是 1000S 但各生产厂家所提供的油其内在品质却有很大的区别 2 2 催化剂颗粒及灰分影响 原油中自然含有的铝 硅元素含量是很少的 在劣质燃油中含有大量的铝 硅 往 往是催化裂化渣油带来的氧化铝及硅酸盐催化颗粒 这些微粒进入柴油机就会大大加剧 活塞环及气缸表面的磨损 导致气缸套 活塞环以及燃油泵和喷油器的磨料磨损和异常 磨损 另外钠钒结合的氧化物熔点低且经常粘附在排气阀及阀座上 造成斑点状腐蚀 在高温排气吹动下会增加腐蚀程度 灰分是在规定条件下燃油完全燃烧后剩余物的重量 百分比 灰分包括燃油净化处理没除掉的固体粒子 水溶性金属盐和油溶性金属有机化 合物燃烧后形成的金属氧化物和金属盐等 它们的危害主要是起做磨料的作用 加剧了 气缸的磨料磨损 2 3 芳香烃指数 CCAI 对劣质燃油影响 芳香烃是一种不饱和的环状结构 其碳原子间由单键和双键交替连接 芳香烃分子 结构坚固 热稳定性比脂肪烃和环烷烃都高 燃烧最为困难 从产生结碳以致发生机械 故障的角度出发 更应该重视燃油的沥青分 即沥青占燃油的百分数 沥青质以芳香烃 为主的成分 很难燃烧 致使排气冒黑烟 易结碳 引起缸套和活塞严重磨损 活塞环 断裂 燃烧室积垢等故障 近年来许多科技人员对如何判断燃料油的着火性能做了大量工作 发现各种燃油的 着火性能与它本身具有的芳香烃 CCAI 关系十分密切 CCAI 对燃油滞燃期 效率 最 高压力升高比 废气排放物 燃烧部件温度有直接影响 为了使用方便 已将 CCAI 与油的密度 粘度的函数关系制成图标 以利查对 现介 绍 CCAI 的诺谟图如下 1 1 图所示 其中左边纵坐标为油的密度 右边纵坐标为油的粘度 中间纵坐标为 CCAI 值 只要知道了油的密度和粘度 可在图中定下密度的点及粘度的点 用直线连接这两点 中间与 CCAI 坐标的交点即是该油的 CCAI 值 大多数船用燃油的 CCAI 值在 800 900 之间 依据燃油 CCAI 4 值 适时适度调整可变喷射时间装置 Variable Injection Timing VIT 可改善燃烧 节省耗油量 实践经验显示 燃油 CCAI 值超过 870 燃烧延迟加长 必须考虑燃油燃烧情况和爆炸压力 相应调整 提前 燃油喷射定 时 否则排气温度上升 燃烧室积碳 Shell 公司提出的计算方法 ISO 8217 1996 也推 荐使用 CCAI 计算为 CCAI 81 141lg lg v 0 85 483lg t 273 323 其中 表示燃油的密度 v 表示燃油的流动速度 t 表示燃油的温度 油粘度计 合理设定燃油进机粘度值 2 5 着火点延迟的影响 劣质燃油的着火点延迟 在低速机中几乎不成问题 而在柴油机转速超过 400RPM 时着火点延迟的影响就逐渐表现出来 转速越高着火点延迟的影响就越大 使柴油机 后燃严重 排气温度过高 热负荷上升 在使用中采取了增大喷油提前角的方法来改善 燃烧质量 以减轻后燃严重现象 因喷油凸轮的供油规律没有改变 在滞燃期中喷油过 多 导致燃烧粗暴 最大爆发压力过高 机械负荷增大 2 6 残碳值的影响 燃油在隔绝空气条件下加热干馏 最后剩下的一种鳞片状碳渣物成残碳 残碳中包 括了机械杂质和灰分 当然用残碳值较大的燃油时 将在燃烧室产生较多的结碳使热负 荷增加 引起过热 磨损 缩短柴油机的维修周期 2 7 倾点的影响 倾点是油品低温流动性的一种指标 低温流动性通常取决于两个因素 一是粘度随 温度下降而增高 二是油品中原来呈溶解状态的石蜡分子因温度下降而已固体结晶析 出 对于重质燃油而言 倾点更多地是指蜡质析出而丧失流动性的温度 倾点高 低温 流动性差 使用中会影响泵送和过滤 3 3 劣质燃油改善措施劣质燃油改善措施 3 1 严格把关加油 妥善储存 以防燃油变质 加油前 必须先了解所要加装燃油的规格和特性 测量所有的油舱存油同品种 或 同一次添加的 燃油尽量 并舱 以减少混油 报轮机长以拟定详细的加油计划表 加油前 尽量倒出空油舱存油 好处 1 避免不相容的燃油混合后变质 混油率20 一般会产生严重变质 危害很大 2 质量和数量便于确定 燃油密度要适合燃油分油机的分离能力 燃油发火质量要满足柴油机制造厂对燃油发火 质量的要求 严禁将不同性质的油混装在一起 以免发生不相容问题而导致大量沥 青析出沉淀 燃油一般都储存在双层底油舱内 油品不同要分舱储存 重油舱中设有蒸 汽加热管 可以将重油加热 以便驳运 燃油舱的驳运温度应加热到其油品的浊点以上 但不要太高 以免油气挥发及产生其他不良后果 劣质燃油不要长期储存 以免氧化变 质 产生淤渣 在存储过程中 要避免燃油储存长期过热或时冷时热 过热可能破坏燃 油的稳定性 加温时冷时热会导致燃油中蜡质的大量析出 此外应经常对沉淀柜 日用 油柜进行排放污水 定期清洗燃油滤器 确保燃油清洁 3 2 燃油系统应有足够的循环和加热能力 目前船舶柴油机所用燃油的极限粘度已达 7000s Red NO1 劣质燃油的 比重大 残碳值高 所含的沥青质 硫分 钒 钠 灰分 水分和其他机械杂质也要大得多 此 外由于产地不同 某些劣质燃油的凝点或倾点也会升高 这就给燃油的管理和使用带来 了不少新问题 由于劣质燃油粘度大和凝固点高 为使燃油系统在燃油储存 泵送 分 离 喷射雾化等过程中保持合理的粘度 进机燃油的粘度过高或过低 均会对柴油机正 常运行产生不利影响 因此对燃油进行加热是一项十分重要的工作 海船上大多采用蒸 汽加热 为确保安全 规定使用饱和蒸汽 加热温度随燃油的使用粘度要求而异 一般 采用分段加热法 燃油加热和高温燃油处理系统各处的温度必须控制在要求温度范围内 低质燃油存在着稳定性问题 在贮存或混兑会产生油泥状沉淀 在贮油舱 柜中的 燃油易凝固 必须经常加热和保持一定的温度 以便用油泵有效的输送 在沉淀柜中 要加热到 50 70 C 以提高沉淀效果和减粘 为安全起见一般保持在低于闪点 10 C 以下 为使喷入气缸中的燃油有合适的粘度以确保燃烧质量 对喷油泵前的燃油加热十分 重 要 对中低速柴油机而言 雾化加热器的加热温度应使重油粘度降至 12 25m s 考虑到压力升高会使粘度增大 以及经管路到喷油器有温度降 加热温度应再提高 10 15 C 一般加热到 100 150 C 以上各处的加热温度可通过加热蒸汽量来调整 此外 在燃油系统要不断地循环加热 尤其是对使用劣质油机动用车船舶在停车时也要进行 3 3 科学地使用燃料油添加剂 各种不同的柴油机燃油其性能相差很大 即使是同一种燃油由于产地不同 其性质 亦有差别 这将给柴油机使用这些燃油造成困难 为了尽量缩小这种差别并提高各种燃 油的性能合理地在燃料油中加入添加剂 如助燃剂 主要作用可以辅助燃烧并中和硫化 物 减轻烟度 剥离碳渣 燃油管理添加剂 主要调整燃油的供油 贮存 泵送 净化及 喷射性能 燃油中添加分散稳定剂 就是添加原油在炼制过程中被破坏的活性剂 旨 在影响燃油中沥青烯微粒的溶解性 同时分散稳定添加剂 有效地提高船用 渣油 调 合油 的整体稳定性 减少沉淀 长期使用分散稳定添加剂 还可以消解往年积累的沉 淀物 从而减少清除储存柜 管路 系统中油泥的维护保养费用十六烷增长剂 其主要作 用能提高燃油的十六烷值 燃油添加剂的添加量很少 一般仅为燃油消耗量的千分之几 而对于节约能源费用 船舶管理费用及设备维修费用等方面却有一定的功效 3 4 加强分油机的管理 提高分离效果 燃油的净化主要依靠分油机的分离来实现 劣质燃油不仅粘度高 密度大 而且渣 滓特别多 进入分油机前往往要加热到 95 C 以上 使得分油机的工作条件越来越恶劣 而且 为了把密度相近的重油和水分离 要求分油机高转速 有的达到每分钟 9000 转以 上 给分油机的养护带来挑战 分离劣质燃油时 应该常加入热水清洗 水量约为分 离量的 1 以便去掉燃油中水溶性灰分 一般来说 分油机除了进行必要的清洗维护外 应保持 24 小时循环分离 分油机的安装使用方式有两台分油机串联和并联两种 各有利弊 一般来讲 串联 运行比较可靠 但从使用效果来看 并联比串联好 尤其当发现分油机不能保持水质 超负荷或排渣量过多时应该改为并联运行 并联法在分油机减少分油量时 不影响燃油 的供给量 因此烧用劣质油时建议使用并联法 3 5 轮机人员应充分了解油类知识 轮机人员应充分掌握油类性能参数的意义和作用 同时也要掌握柴油机对劣质燃 油的质量限制和船用燃油的国际标准 了解各地供应商所提供劣质燃油的质量情况 建 议在使用中应多考虑以下几个方面 1 催化剂颗粒的影响 2 硫的影响 3 沥青质的影响 4 芳香烃指数 CCAI 的影响 5 着火点延迟