船舶硫氧化物排放控制及展望

挪威船級社（中國）有限公司大連分公司 薛 成

MARPOL 73/78公約附則Ⅵ已于2005年5月19日生效，該附則第14條對船舶排放的硫氧化物進行了限制，要求船舶加裝的燃油的硫的質(zhì)量分數(shù)不超過4.5%，同時對船舶位于SOx排放控制區(qū)域之內(nèi)的硫氧化物排放總量提出了明確要求。目前船舶大多采用硫的質(zhì)量分數(shù)低于1.5%的燃油（簡稱低硫燃油）來滿足這一條件。

一、有關(guān)限制硫氧化物排放的公約及區(qū)域法令

1. 硫化物排放控制區(qū)域（SOx Emission Control Areas，簡稱SECA）

近來，根據(jù)附則Ⅵ設(shè)置的兩個排放控制區(qū)（ECAs）已經(jīng)生效，即波羅的海和北海海域。在2011年7月的MEPC62次會議上，通過了有關(guān)設(shè)置毗鄰波多黎各（美屬）海岸一定區(qū)域的海域以及維京群島（美屬）作為另一個排放控制區(qū)（美國加勒比海排放控制區(qū)）的MARPOL公約修正案。該修正案預計將在2013年1月1日生效，而排放控制區(qū)也將在修正案生效后的12個月后生效。

2. 附則Ⅵ對船用硫含量的限制

MEPC 58通過了MARPOL附則Ⅵ修正案，對船舶大氣污染物的排放提出了進一步要求。修正案要求從2012年1月1日開始，全球重質(zhì)燃油的硫的質(zhì)量分數(shù)從現(xiàn)在的4.5%降至3.5%，并在2018年之前作出可行性評估。若評估通過，到2020年1月1日，將要求全球船用重質(zhì)燃油的硫的質(zhì)量分數(shù)降到0.5%；如果調(diào)查結(jié)果不樂觀，則將考慮延遲至2025年1月1日起適用新標準。

對于SECA，從2010年7月1日開始，該區(qū)域船舶所用燃油的硫的質(zhì)量分數(shù)不得超過1.00%，從2015年1月1日起不得超過0.10%。

3. 歐盟法令The EU Directive 2005/33/EC的控制要求

除IMO法規(guī)要求外，船上燃油硫含量控制還應(yīng)滿足下述要求：自2010年1月1日起，所有靠泊歐盟港口的船舶必須使用含硫的質(zhì)量分數(shù)低于0.1%的燃油。不過，如果船舶靠泊后將船用供電切換為岸電或靠泊時間不超過2 h，則可以不受上述規(guī)定的約束。

4. 加利福尼亞法令（CARB Title 13/17）

該法令規(guī)定，進入加利福尼亞海岸線24 n mile水域的遠洋船舶主機、副機及鍋爐必須使用船用輕柴油（ISO 8217，DMA）或重柴油（ISO 8217，DMB）且應(yīng)滿足下述要求：自2009年6月28日該法令生效起，船舶副機所用的船用輕柴油最大的硫的質(zhì)量分數(shù)不超過1.5%，船舶副機所用的船用重柴油最大的硫的質(zhì)量分數(shù)不超過0.5%；自2009年7月1日起，船舶主機及副鍋爐所用的船用輕柴油最大的硫的質(zhì)量分數(shù)不超過1.5%，所用的船用重柴油最大的硫的質(zhì)量分數(shù)不超過0.5%；自2012年1月1日起，船舶主機、副機、副鍋爐無論使用船用輕柴油還是重柴油最大的硫的質(zhì)量分數(shù)都不超過0.1%。

二、低硫燃油對船用燃油設(shè)備的影響

目前船用燃油必須符合ISO 8217:2005修訂版的要求，參閱有關(guān)資料可知低硫燃油對燃油設(shè)備的影響主要有以下幾個方面[1-4]：

1. 低硫燃油對柴油機的影響

（1）低運動黏度

大部分船舶柴油機設(shè)計的燃油允許最小運動黏度為2.0 μm2/s，而根據(jù)ISO 8217，船用輕柴油的40℃運動黏度值為1.5~6.0μm2/s且船用重柴油的40℃運動黏度值為11μm2/s。在實際使用中由于燃油經(jīng)過加熱及機艙環(huán)境的影響，柴油機進油溫度一般都高于40℃，運動黏度值將進一步降低，從而導致燃油供給泵、噴油泵和噴油器內(nèi)部泄漏加劇，燃油供給不足，也使機器的輸出功率降低，自身潤滑性變差，導致噴油泵和噴油器內(nèi)部磨損加劇甚至卡死。

（2）酸性

在一定的溫度和壓力下，燃油中的硫燃燒后生成酸，可造成燃燒室部件的低溫腐蝕。一般使用適量的加入堿性添加劑（一般為CaCO3）的汽缸油中和燃燒所形成的硫酸，中和產(chǎn)物（CaSO4）及未參加反應(yīng)的少量堿性添加劑（CaCO3）隨著柴油機的換氣過程將被排出燃燒室。但是，當燃油中硫含量降低，汽缸油供給量過剩，將會在缸內(nèi)出現(xiàn)由過量堿性添加劑所形成的大量灰白色沉淀物，從而使活塞環(huán)黏結(jié)、斷裂，缸套磨損嚴重。

（3）點火與燃燒質(zhì)量

船用燃油的點火質(zhì)量和燃燒質(zhì)量尚不屬于國際標準化組織ISO 8217船用燃油規(guī)格的一部分。一直以來計算單芳香烴指數(shù)（CCAI）是評估重質(zhì)燃油點火質(zhì)量的默認方法。隨著煉油廠越來越多地在混合工藝中使用重循環(huán)油以實現(xiàn)硫含量低的目標，計算單芳香烴指數(shù)和計算點火指數(shù)在評估點火性能差的燃油時是不準確和不充分的，所以根據(jù)燃油交付單中的計算單芳香烴指數(shù)來判斷點火與燃燒質(zhì)量是不可靠的。使用點火性能差的燃油，發(fā)動機會出現(xiàn)的典型問題有：發(fā)動機啟動困難，或者完全無法啟動；燃燒室內(nèi)最大壓力過高；運行不穩(wěn)定及功率損失；燃燒室及廢氣系統(tǒng)內(nèi)的沉積物增多。

（4）燃油的不兼容

低硫蒸餾燃油的芳香烴含量較低，所以對瀝青質(zhì)的溶解性較差。在含有大量瀝青質(zhì)的重質(zhì)燃油與低硫蒸餾燃油轉(zhuǎn)換時有可能因為燃油的不兼容性導致濾器堵塞，機器設(shè)備因缺油而停止運轉(zhuǎn)。

（5）催化劑顆粒的危害

為了提高輕質(zhì)燃料油的產(chǎn)量，現(xiàn)代石化工業(yè)采用催化裂化技術(shù)，在原油煉制過程中加入含有硅和鋁元素的催化劑。殘渣油中催化劑的硅、鋁顆粒很難全部分離出來，會像磨料一樣，或進入燃油系統(tǒng)加速高壓油泵柱塞套筒偶件磨損、出油閥卡阻、噴油器針閥磨損，或直接接觸缸套、活塞環(huán)，在嵌入生鐵的石墨基結(jié)構(gòu)中加劇磨損，嚴重時甚至造成拉缸、活塞環(huán)斷裂、掃氣箱著火、增壓器喘振、增壓器軸承損壞等，威脅船舶安全。

2. 低硫燃油對鍋爐的影響[5]

（1）低黏度。燃油黏度降低會增加燃油泵的內(nèi)部泄漏，產(chǎn)生燃油供給不足，在鍋爐低負荷運轉(zhuǎn)時又會導致噴入燃燒室內(nèi)的燃油過多而燃燒過度。另一方面，潤滑性變差會使燃油泵運動件之間的磨損加劇。

（2）點火與燃燒質(zhì)量。使用點火性能差的燃油會使鍋爐點火困難，點火報警頻繁動作。燃燒質(zhì)量差又會增加煙灰的積聚，從而污染燃燒室和排氣系統(tǒng)。

三、應(yīng)對措施

1. 改造燃油系統(tǒng)和設(shè)備

對船上燃油系統(tǒng)的改裝一般都是由原生產(chǎn)廠家提出修改方案并由船級社認可，改裝完成后還要經(jīng)過船級社的檢驗才可投入使用。對燃油系統(tǒng)的改裝可考慮以下幾個方面：

（1）在燃油管線加裝冷卻器及燃油增壓泵，以保證進入燃油設(shè)備的黏度。

（2）安裝高效的汽缸油注油器，使汽缸油注入量是動態(tài)控制的，供油率的控制是在綜合考慮了燃油硫含量和柴油機的負荷后，確定出最佳供油率汽缸油注油器?；蛘呒友b汽缸油日用柜，在兩個汽缸油日用柜中存放不同總堿值的汽缸油，根據(jù)所用燃油的硫含量相互轉(zhuǎn)換。

（3）改裝專為低硫燃油使用的燃油日用柜，盡量避免產(chǎn)生高低硫燃油相互轉(zhuǎn)換時的混合時間。

（4）改裝能將催化顆粒分離出去的分油機。

2. 船舶管理

（1）加裝燃油后，迅速將所加燃油送到專業(yè)實驗室化驗，了解燃油的兼容性、點火和燃燒質(zhì)量、催化顆粒等相關(guān)參數(shù)，為以后使用中的管理提供指導。如果發(fā)現(xiàn)燃油中硫含量超標，應(yīng)封存船上的燃油，迅速通知船旗國主管當局，同時向燃油供應(yīng)商提出抗議并通知燃油供應(yīng)商所在國家的主管當局。

（2）船舶管理者應(yīng)根據(jù)國際安全管理規(guī)則（ISM）1.2.2.2的要求系統(tǒng)分析燃用低硫燃油的風險，制定維修保養(yǎng)及操作程序，指導船員的實際操作。

（3）針對每艘船舶的設(shè)備和管系編制低硫燃油使用記錄簿，建議應(yīng)包含以下內(nèi)容：對低硫燃油的公約、區(qū)域性法令的要求；在進入和離開SECA區(qū)域、歐盟港口和加利福尼亞水域的燃油轉(zhuǎn)換程序，應(yīng)包括時間的計算和具體的閥的操作；燃油轉(zhuǎn)換的記錄格式，如開始和結(jié)束的時間、地點（經(jīng)度和緯度）、所用燃油的硫含量等。

四、控制硫氧化物排放的展望

船舶安裝廢氣濾清系統(tǒng)有效控制SOx的排放也是國際海事組織及港口國政府可接受的方法之一。根據(jù)有關(guān)資料預計[6]，一艘每天燃用50t燃油的客船按每年在SECA區(qū)域航行100天計算，如果燃用1%的低硫燃油每年將節(jié)省燃油費用125 000美元，如果燃用0.1%的低硫燃油每年將節(jié)省燃油費用1 550 000美元，而所需要的設(shè)備費用大約為3 400 000美元。目前該項技術(shù)還處于研發(fā)階段。隨著環(huán)境保護意識的提高，對燃油使用的限制會越來越嚴格，涉及水域也會越來越廣泛。采用SOx廢氣濾清系統(tǒng)或?qū)⑦m當降低燃油硫含量和該系統(tǒng)結(jié)合使用將是未來船舶控制硫氧化物排放的主要發(fā)展方向，也建議目前新造船舶在船預留一定空間，為將來安裝廢氣濾清系統(tǒng)做好準備。

[1]DNV Maritime.Low sulphur fuels-properties and associated challenges[EB/OL].[2011-05-12].http://www.dnv.com/industry/maritime/publicationsanddownloads/papers/.

[2]Wartsila.Low sulphur guidelines[EB/OL].[2011-04-18].http://www.cleanairactionplan.org/civica/filebank/blobdload.asp?BlobID=2323.

[3]MAN B&W Diesel A/S.Operation on low-sulphur fuels two-stroke engines[EB/OL].[2011-05-12].http://www.cleanairactionplan.org/civica/filebank/blobdload.asp?BlobID=2326.

[4]楊富龍.硫氧化物排放控制區(qū)船舶燃用低硫燃油的措施[J].航海技術(shù),2009(3):59-61.

[5]Mitsubishi Heavy Industries,Ltd.Mitsubishi auxiliary boiler[EB/OL].[2011-04-22].http://www.mhi.co.jp/en/products/pdf/pr_aux%20boiler.pdf.

[6]CHRIS Leigh-Jones.The case for scrubber[EB/OL].[2011-04-24].http://www.worldbunkering.com/articles/environment/0014-thecase-for-scrubbers.html.