【船舶使用低硫油问题及故障分析8100字（论文）】

第二章低硫油定义、分类和特性2.1低硫油定义低硫油（LowSulphurOil）是指硫含量质量分数小于0.50%m/m的燃油（引文），属于船用燃料油的Ⅱ级。2.2低硫油分类(1)调和低硫油。目前市场上调和低硫油比重最大。它是由低硫馏分油与高硫重油按一定比例混合而成的。从一方面来说，调和低硫油的含硫量应小于0.5%，另外一方面，燃料指标应满足ISO8217-2017标准的要求，用以保证船舶能够安全地使用低硫燃油。(2)直炼低硫油。这种低硫油的炼制比传统工艺多了一道脱硫的工序。而脱硫又有生物脱硫和加氢脱硫这两种方式。生物脱硫是指利用细菌酶催化燃油在加工的过程中释放硫是从微生物脱硫技术发展来的。生物脱硫可以让重油中的金属、硫和氮含量降低20%-50%。加氢脱硫是原油精炼过程中采用预处理加氢的脱硫过程，一般是用催化裂化配套装置完成的。一方面可以降低油品中的金属含量、残碳值和硫含量，另外一方面也可以提高液体收率和液体产品的质量。(3)天然低硫重油。天然低硫原油是用油田的原油直接加工成符合ISO8217-2017标准的低硫油。但是这种燃油的产量非常小，满足不了远洋船舶的需求。2.3低硫油特性(1)低黏度。黏度是液体中的摩擦阻力，也是一种阻碍液体中相邻流层之间运动的特性（引文）。它表示了燃料的稠稀程度，流动的速度有多快或有多慢。根据ISO8217燃料标准，适合一般柴油机的燃料油运动黏度在10~15mm2/s之间，而低硫燃料的运动黏度低到2~6mm2/s之间。低燃油黏度会让燃油系统里面的燃油泄漏，导致少量燃油的发动机起动困难，并影响燃油的喷射和传动温度。(2)低密度。密度是一种物质单位体积的质量（引文）。密度过低会减少柴油发动机的燃料质量流量，使柴油发动机无法达到满功率，从而影响燃烧质量。(3)低闪点。闪点是指油加热到一定程度发生气化其蒸发气体接触明火时闪烁的最低温度（引文）。当今市场上的个别品类低硫燃油的闪点比SOLAS公约的要求(60℃)低。为了减少运输和储存环节发生火灾的情况，挑选或者使用船用低硫油时，闪点的最低标准应该为60℃。(4)润滑性能差。燃油中的硫元素可以起到一些润滑作用。因为低硫燃油本身的含硫量很低，所以低硫燃油的润滑性能比较差。它不能适应高压油泵及低压输送泵的传送黏度要求，会导致运动偶件的磨损。(5)低倾点。倾点是燃油从凝结状态开始呈液体状态的最低温度，因此燃油应保持在倾点以上。倾点越低，低温流动性能越好，适合运输。(6)含硫量低燃油的硫含量是以硫含量占燃油的质量百分比来衡量的。硫含量越低，对设备的腐蚀和磨损越小，同时对环境的污染也越小。(7)挥发性强较强的挥发性容易导致点火失效，气体在炉内积聚，会产生爆炸的危险。2.4船用燃油的指标内容国际标准：“船用燃料油规范”ISO8217:2017主要规定了残渣燃料油和馏分燃料油的编码和分类、提供了一些产品技术要求和试验的方法，该标准对11种残渣燃料油、4种馏分燃料油做出了明确的技术指标要求。包括:十六烷指数、运动粘度、硫化氢、硫含量、闪点、密度、外观、总沉渣、酸值、氧化稳定性、残余碳、浊点、倾点、水分、灰分、润滑性及残余燃油中钒、钠、硅、铝含量等指标。我国标准：GB17411-2015标准规定了三级馏分燃料油的含硫量,其中一级符合ISO/CD8217:2017船用馏分燃油的要求,二级满足在公共区域运行的要求,三级满足行驶在大气排放控制区的船舶燃油的要求。剩余燃油的含硫量是根据国内市场目前现状和环境改善的需要，由油中调和组分的含硫量决定的，剩余燃油含硫量可分为一级(现今国际海事组织对在一般区域行驶的船舶燃料油的含硫量标准)和二级(符合国际海事组织对2020年(或2025年)船舶在一般地区行驶的船舶燃料油含硫量标准),三级[满足目前在SOx排放控制区(SECA)内行驶的船舶燃油的硫含量标准]。图2-1国际船舶燃料油规范ISO8217：2010图2-2部分燃料油分类标准/习惯图2-3船用燃料油部分质量指标上海海事大学2021届毕业论文第三章船舶使用低硫油问题分析及故障分析低硫油的规范和标准并不完善，ISO8217-2017标准里没有低硫油的相关内容。所以，在现实操作中可能会遇到加装燃油时的化验标准符合现有标准但是实际使用时出现不可预料的情况。下面根据低硫油自身的特性开始分析低硫油的使用会在哪些方面给船舶带来问题。3.1问题分析3.11燃油供给低硫油会对燃油供应系统造成问题，包括高压柴油燃油喷射系统和低压燃油供应系统。如果低硫油中的硅、铝氧化物在净化系统中没有得到有效的分离，就会影响燃油供给系统中部件的使用寿命。不同地区低硫油的黏温特性有所区别，这就对在加料前控制好黏度有较高要求。由于低硫油在调和加工过程中，容易引入脂肪酸这种污染成分。在燃油喷射的系统中，脂肪酸在高温高压下会导致联轴器零件接触面积碳，失去润滑性能，甚至堵塞，造成很多不良的影响。3.12燃油净化低硫油的密度范围很广，尤其是调和低硫油，如果轻质油和重质油的调和比例不同，燃油密度会有很大的变化。分油机能否有效分离不同密度的低硫油，需要事先进行评价和确认。在低硫油的生产中，需要添加多种催化剂(通常含有硅和铝氧化物)来降低硫含量，提高轻、重质成分的相容性。这些硬度较大的硅、氧化物颗粒保留在低硫油中，加重了高压燃油泵等联轴器部件的磨损，也导致柴油机气缸拉伤。所以，在燃油使用前必须对硅氧化物和铝氧化物进行有效分离。除此之外，低硫燃料稳定性比较差，沥青质的沉淀，加重了分油机负担。在分油机排渣间隙期间，大量的油泥聚集在分离室，堵塞了排渣口;粘度较大的沥青质泥浆附着在高速旋转的分离筒外腔，不能及时排出，会充满整个腔室，导致分油机无法正常工作。3.13燃油储存低硫油的兼容性不理想，特别是调和低硫油本身是馏分油和重油的混合物，它的物理组成更加复杂。不同的港口提供的燃油不兼容,即使是相同的港口提供的不同批次的燃油同时安装在油罐存储时,因为芳香分、饱和分、沥青质和胶质浓度变化,很容易出现沥青质沉淀,。这给船舶燃油的储存带来了一个大问题。蜡与硫不相容，当低硫油的温度低于浊点时，蜡会结晶。温度如果再降低，就会有蜡析出，燃油凝结之后不好运输。出现蜡析之后，将燃油加热到浊点温度以上，并保持很长时间才能恢复。因此，有必要特别注意低硫油的储存温度。3.2对船舶设备的影响3.21对燃油锅炉的影响低硫燃油在船舶的使用中对燃油锅炉的正常运行的影响的分析如下：①由于低硫油挥发性较强，所以容易导致点火不成功，燃气囤积于炉膛，会产生爆炸的可能性，危及船上工作人员船舶的安全。②使用低硫油还容易造成锅炉点火出现故障，燃烧不成功，尤其是油船卸货期间锅炉发生熄火会对船舶卸货操作产生不安全的影响和不便。3.22对柴油机的影响低硫燃油在船舶的使用中对柴油机的正常运行的影响的分析如下：①铝、硅氧化物进入柴油机燃烧过程,可能会形成十分坚硬的颗粒,导致缸套磨损加重,严重时可能会拉缸。调和低硫油大部分含有苯类成分的物质,不好进行燃烧,导致柴油机发生后燃,严重时也会拉缸。②低硫燃油由于其低硫的特点不可避免的会使低硫燃油的粘度降低，直观上的是当燃油的粘度降低会导致润滑不充分，其导致的结果如上分析。粘度的降低还会导致燃油的油泵性能大大降低，当燃油泵性降低时，燃油系统中泵的效率会降低导致流量下降，而柴油机由于得不到应该足够的燃油，运行的功率降低，严重时会导致发电机跳电；③低硫燃油在使用时如何选择相匹配的汽缸油在低硫燃油在使用时也是影响大的因素。首先对普通燃油进行分析，燃油燃烧时产生的水和硫化物在温度降到露点温度的情况下会反应产生硫酸，这些硫酸产生后会附着在柴油机的缸壁上，硫酸是一种腐蚀性很强的酸，此时在缸壁产生的腐蚀就是低温腐蚀。然而如果这种腐蚀较轻，那么就能在气缸套的表面产生一层石墨薄层，这样对于气缸油的分布以及气缸的工作是有利的。并且气缸油因为它是为了中和气缸中的酸性物质，所以它显碱性。这样一来我们就能通过对气缸油的选择来控制腐蚀的程度。一般在工程中用TBN值来作为中和燃油中酸能力的指标，船舶在使用含硫量高的燃油时会选择TBN值高的气缸油。但是一旦船舶由于特殊要求使用含硫低的燃油时，由于气缸油的TBN值过高气缸套壁面形成的不是石墨薄层而是镜面，镜面的特殊性会使气缸油挂壁难，无法形成连续的油膜。这样一来对气缸产生的影响使负面的，不仅会使磨损加剧，而且会导致活塞环与活塞头之间产生结碳，严重时会致使部件破损。所以在使用低硫燃油时，对于气缸油应该选择TBN值低一点的种类，但是由于TBN值会导致气缸油的洗涤性能下降，所以TBN值低的气缸油在低硫燃油的匹配上也无法做到完美；④硫含量在燃油中对燃油润滑的影响很大，一旦硫的含量过低时会导致燃油的润滑效果降低。所以低硫燃油的润滑效果很差，润滑的效果降低导致燃油系统中摩擦增大，压力较高的高压油泵柱塞套筒的磨损影响更大。摩擦产生的颗粒杂质也会增多，导致油阀、喷油针管等部件堵塞。3.3故障实例分析3.31案例一1、故障实例：某艘轮船是主机型号为MANB&W6S70MC-C,生产厂家为沪东重机，生产日期是2003年的18万吨好望角型散货船。在2019年11月11日，该船开始用普通的高硫燃油替代低硫燃油。与此同时用BN50汽缸油代替原有的BN100汽缸油。还是保持0.75g/kwh的注油率。在12月6日，到达非洲之后进行抛锚航行的期间主副机的工况都没有发生异常情况，而且分油机净化燃油十分正常。抛锚后用主机扫气口检查主机的状况，发现每个缸的活塞头顶部、活塞令槽都有不同程度的积碳，各缸活塞令表面湿润，扫气箱内残渣比以前明显增加，其中NO.2缸第二道环黏着卡死。对主机No.2缸进行吊缸拆检，发现活塞头严重结碳，第二道活塞令搭口处断掉85mm。活塞头积碳的具体情况见图3-1。图3-1活塞头积碳情况原因分析：从船上反馈的情况得知，该种低硫油是2019年10月15日在新加坡加装的RMG380，此油品按照8217-2017标准归类为船用渣油，炼制是使用轻质低硫燃油和重质高硫燃油进行调和而成。这种混兑燃油，其组成部分有渣油、页岩油、蜡油、油浆、煤柴与部分柴油，它的稳定性取决于调和工艺及各种调和成分的调和比例，同时与储存温度和时间有关。部分供油商在调和的过程中还使用大量的化工废料、煤焦油等非石油炼制产物，这类燃料油虽然能够达到标准指标（ISO8217-2017）的要求，但是因为它的化学性质不稳定，实际使用过程中的问题很多。这个案例就是典型的因为油品问题导致的事故。3.32案例二故障实例：某艘轮船于2019年9月25日航行在海上，03:15时供油单元的自清滤器压差高而报警，从而使用旁通滤器，03:23时发电机燃油发生压低报警，启动备用发电机一起运行。03:28时供油单元出口压低报警，自动切换备用泵，NO.2燃油日用柜手动放残没有办法放出，转至备用的NO.3燃油日用柜，燃油压力持续降低，03:33时机舱风机、空调自动卸载，主机自动慢车，03:35发电机解列、主机停车、全船失电，03:36应急发电机开始供电。经过了三个多小时的作业，清理了堵的燃油系统滤器和日用柜出口管路，06:56启动发电机供电，07:10时正常航行。图3-2日用柜底部原因分析：此轮于8月7日在南方加装了含硫量0.38%的低硫燃油，分别加入两个油舱，其中一个是清洗干净没有使用过的空舱，另一个油舱留有其他港口加装的低硫油45吨，新加入燃油有146吨，混油比例35%，装油之前没有做过兼容性测试。9月25日开航后，开始使用混过的低硫油，经过分离净化程序分入NO.2燃油日用柜，和日用柜保留的低硫油一起使用，具体混油的比例不明确。经过两次不同比例的混合后，由于低硫油不兼容，产生了大量的油渣。而该日用柜近期并没有做彻底的清洁，底部油泥较多（见图3-2），放残的管路在开航之后堵塞过三次，没有引起重视，最终油泥进入到供油系统，堵塞了滤器和管路，导致全船失电事故发生。上海海事大学2021届毕业论文第四章船舶使用低硫油应对措施4.1加强设备保养与维护低硫油对设备要求高，所以需要缩短调节设备的维护周期，加强维护，适当提高设备更换的标准，确保设备处于良好的工作状态。主机：考虑减少挂缸的周期,提前更换或者修理磨损大的活塞头、缸套和活塞环。高压油泵和喷水器要求缩短维护周期,对于轻油排放泄漏不符合规范要求的密封件联轴器,要及时更换。在船上准备合适的燃油部件,如高压油泵柱塞等。在开启换向元件时,如果有必要,应提前进行维护,确保最佳的工作条件。发电机：考虑缩短气缸盖大修和吊缸时间。高压油泵和喷油器缩短维修周期，及时更换磨损较大的零件。备用适当的油料零件，如高压油泵柱塞、喷油器等。锅炉：考虑到缩短了燃油泵和燃烧器维护的周期,而且根据实际情况及时地更换相关的运动偶件,确保了设备的良好状态。锅炉在运行过程中要经常进行检查,及时对轴封泄漏油、燃油压降、点火故障、燃烧中是否熄火进行检修。燃油锅炉的炉管在烟气侧需要频繁进行吹灰工作,条件允许时应该充分考虑燃油锅炉化学吹灰器的工作原理,以避免炉管脏而影响正常蒸汽的压力与锅炉的工作效率。4.2加强船员培训使用低硫油的所有船舶,应符合公约中所有条款的要求。如果船舶已经进入了低硫油控制范围,就必须更换低硫油。另外,低硫油的燃料转换过程、加油清单、变动转换的时间及油罐内部储存的记录也应符合了法定的要求。燃料运输中的变动也都应该按照要求在日志中予以记录。对于低硫油的装卸、贮藏、净化、排放以及安全性的管理都十分必要,若操作失误,可能造成事故发生。所以,有必要增加对于船员低硫油技术基础知识的培训。4.3建立安全评估体系船舶为了为了满足环保要求，需要使用低硫油，但是在使用低硫油的时候会产生很多问题，所以如何解决在船舶上的使用低硫油是船舶面临的一项重要工程，CCS编制了《船舶低硫燃料使用指南》，为船舶设计/改造、试验、检验等提供指导。(一)安全评价:检查船舶设备是否可以有效使用低硫油,或者原有船舶相关的系统和装置中是否需要进行改造。它是船东需要在船进行计划采取低硫燃油之前所需要提交的评价报告。一般情况下,应通过咨询有关的设备生产商或者专业的设计工程师(原来的船舶建造工程师和设备产品的制造商和工程师)进行安全性能的评估,确认这些装置中的设备和燃料油是否能安全地使用,并且需要针对船舶的管路、装置及相关布置进行改造。还要求对相关设备使用低硫燃料后可能出现的问题进行评价和分析,并提出了相应的建议,最后做出评价的报告。安全评价报告应该包括以下几个方面:一、燃油锅炉，至少包括:(1)低硫燃料油与其他燃料油转换的可行性;(2)低硫燃料储存和隔离的安全性;(3)锅炉燃烧控制系统的适用性和锅炉蒸发的变化；(4)火焰检查和监控设备在炉内采用低硫燃油后的适应性;(5)低硫燃料对设备的影响;(6)锅炉燃烧器的适用性;(7)用于低硫燃油的输送,包括管道系统和燃料泵的可靠性及其对环境的适应性,燃料控制系统的安全性。二、柴油发动机（包括主辅机和其他需要使用低硫油的设备及其附属设备）至少包括:(1)低硫燃料油与其他燃料油进行转换的可行性;(2)低硫燃料储存和隔离的安全性;(3)用以低硫燃油的输送,包括燃料泵和管道系统的可靠性及它们对环境的适应性,燃油控制系统的安全性;(4)柴油机使用低硫燃料之后对点火延迟和燃烧效果的影响。(5)低硫燃料的低闪点、低黏度、低润滑性等因素对设备产生的影响(其中应该包括按照设备制造商的需求在低硫燃油中加入添加剂、在燃料系统中加入冷却装置等措施);(6)汽缸油使用低硫燃料之后的适用性。最终安全性能评估报告,明确的评价结论应当是绘图,包括以上所有船用装置是否能够安全使用低硫油,清楚地说明低硫油在船舶上使用时是否可能存在问题或者修改,并清楚地说明是否能够适用低硫燃油级别的船舶有关设备。并明确适用于安全低硫燃油产品的各种性能指标，如粘度、润滑性能、闪点等参数。4.4控制新型低硫油的使用风险考虑到低硫油相容性差，一定要避免混合不同批次和质量的燃料。对于源差较大的燃料油，要避免在沉淀槽和日用柜中混油。在不同批次的低硫油之间进行切换时，应尽量消耗清罐和日用罐中的旧油，以减少油混合的风险。在船上有两种低硫油的情况下，首先使用它们以减少微生物污染的可能性，不要在船上长时间保存它们。4.5加强对燃油系统滤清器和燃油系统残渣的检查仔细阅读燃料测试报告。由于低硫油的粘度和温度特性是不可控的，需要等待燃油试验报告使用。这是因为在燃料测试报告中，可以清楚地发现分离、储存和使用的温度。结合低硫油密度的特点，油净化器比重环的选择也应结合燃油试验报告考虑，避免跑油。另外，由于低硫油稳定性较差，且随着温度的升高，污泥的产率加快。因此，油箱的加热温度也需要结合燃油试验报告来控制，而不是越高越好。一般来说，保持在倾点以上10度左右，特别是对装载食品的船舶来说，油箱温度过高，还会造成食品的损坏和变质。不难从每个燃料测试报告发现:铝和硅的含量在低硫石油显著增加,即催化剂颗粒在低硫油中更多。这就需要加强对燃油系统滤器的检查力度，出现了损坏一定要及时更换。加强对沉淀柜和日用柜残留排放频率的要求。第五章结论与展望船舶低硫燃油的大规模使用还存在很多方面的问题，我们不仅要关注低硫燃油本身的品质也要关注船舶设备和系统是否能有效地使用低硫燃油。未来,随着近年来世界市场经济的快速复苏和我国航海燃油运输业国际市场的快速回暖，全球对柴油船用低硫燃料油的国际市场开发供给技术需求巨大，目前国内对低硫型船燃的开发与生产几乎处于不起眼的技术空白。因此我们开展对低硫型柴油船用的燃料油开发，以及生产的相关技术基础研究工作显得非常必要和紧迫。对于新型脱硫燃烧技术来说，燃油在高温低硫无氧重质重煤组分的影响下会使产量减少，所以在目前大规模的工业应用中仍然存在一定的技术局限性，固定渣煤机床所采用渣油的加硫除氢调整脱硫燃烧技术，也是较为成熟的一种调整脱硫燃烧技术，但以目前低硫燃料油的市场售价来看，还是非常需要对其技术进行先后的结构优化和技术研究，这样可以大大降低直接制造生产出高温低硫无氧重质重油组分船燃的技术效率和生产成本；采用了在沸腾床上的渣煤柴油低硫加氢调整脱硫燃烧技术的沸腾船柴油燃烧机技术能够直接制造生产出完全合格化的低硫无氧重质组分船柴燃,具备较好的市场经济、可行性。将成为全社会发展成为低硫重质组分船柴油燃烧机中低温脱硫化、工业化脱硫技术的行业领先者和市场主力军。目前，国外已经成功开发设计出了如氮氧化合物脱硫、钠氧化脱硫等新型对煤渣油渣的脱硫处理工艺,这些先进技术正在国内引起广泛的社会关注。参