低硫油在燃油供應(yīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

潘偉鵬

摘 要：自2010年7月起，歐盟等一些國家要求過往船舶在一定海域必須燃用含硫量不大于0.1% m/m的低硫燃油，防止船舶硫化物排放影響大氣及海洋環(huán)境。因此遠(yuǎn)洋船舶會(huì)越來越多的使用低硫重油和低硫柴油。然而，目前絕大多數(shù)船舶的柴油機(jī)和燃油供應(yīng)單元是根據(jù)使用重質(zhì)燃油和船用柴油的粘度來設(shè)計(jì)的，不能直接使用粘度低、潤滑性能差的低硫燃油，否則會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生一系列問題。為應(yīng)對(duì)歐盟法令2005/33/EC的要求，該文著重分析了低硫油的特性及其對(duì)船舶設(shè)備所產(chǎn)生的影響，介紹了傳統(tǒng)使用重油的燃油供應(yīng)單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)燃油供應(yīng)系統(tǒng)使用低硫燃油如何加以改進(jìn)以及部件配置作了詳細(xì)闡述，通過油品轉(zhuǎn)換控制，以滿足柴油機(jī)使用低硫油的要求。

關(guān)鍵詞：低硫燃油 燃油供應(yīng)單元 冷卻器 油品轉(zhuǎn)換

中圖分類號(hào)：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（a）-0100-02

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的大力推進(jìn)，國際貨物貿(mào)易愈加繁忙，海運(yùn)事業(yè)也得以蓬勃發(fā)展，同時(shí)船舶會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物NOx、硫氧化物SOx等廢氣，排放后對(duì)環(huán)境的破壞越來越嚴(yán)重，為了降低船舶廢氣排放對(duì)環(huán)境的影響，相關(guān)國際組織制訂了一系列的規(guī)范：（1）2008年國際海事組織（IMO）對(duì)MARPOL73/78公約進(jìn)行了修改，附則VI2008修正案于2010年7月1日起強(qiáng)制生效，其中對(duì)硫氧化物和顆粒物質(zhì)的排放做了嚴(yán)格限制。（2）經(jīng)歐盟法令2005/33/EC修正的1999/32/EC的4b章（Directive2005/33/ECArticle4b）關(guān)于在歐盟港口停泊船舶使用燃油的最大硫含量的規(guī)定已于2010年1月1日起生效。基于上述公約和法令的相繼生效，航行SECA區(qū)域的船舶需轉(zhuǎn)換使用低硫燃油。

1 低硫油的特性及對(duì)設(shè)備的影響

低硫油主要特性有發(fā)熱值高、密度低、粘度低、潤滑性差、閃點(diǎn)低、硫含量低等特點(diǎn)。其給設(shè)備安全帶來的影響主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）粘度低：根據(jù)ISO8217燃油標(biāo)準(zhǔn)，MGO油的粘度為1.5～6.0cst@40℃，而含硫量低于0.1%m/m的燃油粘度大部分在2～4cst@40℃。粘度過低會(huì)因潤滑不良導(dǎo)致日用系統(tǒng)供油單元的燃油供應(yīng)泵和循環(huán)泵的磨損，甚至產(chǎn)生咬死等事故，因其粘度低，產(chǎn)生泄露，泵輸出的流量會(huì)比使用重油時(shí)的流量減小，進(jìn)而影響柴油機(jī)的進(jìn)油量，造成壓力波動(dòng)，會(huì)使柴油機(jī)發(fā)不出全功率等。

（2）潤滑性能差：硫可以提高燃油的潤滑性能，而低硫油因硫含量大大降低，其潤滑性能變差；低硫燃油其硅鋁含量也高，硅鋁顆粒會(huì)像磨料一樣，進(jìn)入燃油系統(tǒng)會(huì)加速泵運(yùn)動(dòng)件的磨損。在使用低硫燃油時(shí)將泵運(yùn)動(dòng)件的材質(zhì)需進(jìn)行特殊處理。

（3）閃點(diǎn)低：相對(duì)重油閃點(diǎn)來說，低硫油閃點(diǎn)要低。為了滿足規(guī)范和公約要求，ISO8217（2010）輕質(zhì)油DMX因閃點(diǎn)低于60℃不建議使用；DMA、DMZ、DMB則都可以滿足規(guī)范要求，目前船上普遍使用的低硫燃油是DMA和DMZ，其閃點(diǎn)不低于60℃。

2 燃油供應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 燃油供應(yīng)單元系統(tǒng)的組成

燃油從重油日用柜和柴油日用柜通過單元進(jìn)口三通轉(zhuǎn)換閥，經(jīng)粗濾器到供應(yīng)泵，通過精密濾器過濾雜質(zhì)，流入流量計(jì)到空氣分離器，然后經(jīng)循環(huán)泵加壓后的燃油進(jìn)入加熱器加熱，流經(jīng)粘度或溫度傳感器，最后進(jìn)入柴油機(jī)燃燒。在系統(tǒng)中，空氣分離器的作用是排除系統(tǒng)內(nèi)氣體，并且將輸入的冷油和從柴油機(jī)返回的熱油進(jìn)行混合，從而獲得對(duì)粘度或溫度的穩(wěn)定控制。此系統(tǒng)一般使用的是重油和船用柴油。

2.2 燃油供應(yīng)系統(tǒng)使用低硫油的改進(jìn)

（1）低硫油冷卻器。由于使用低硫油，柴油機(jī)生產(chǎn)廠家通過改進(jìn)，船用柴油機(jī)可允許的進(jìn)機(jī)燃油最小粘度為2～3.0cst。根據(jù)ISO8217燃油標(biāo)準(zhǔn)，低硫油的粘度范圍是2～6cst@40℃，由于船舶機(jī)艙內(nèi)環(huán)境溫度較高，一般可達(dá)45℃左右，再加上燃油經(jīng)過柴油機(jī)后回油的溫度又較高，可達(dá)55℃，因此低硫油在此溫度下很難保證燃油的進(jìn)機(jī)粘度能滿足柴油機(jī)的使用要求，為了使燃油進(jìn)機(jī)粘度不致過低，在燃油進(jìn)入柴油機(jī)前，需加裝冷卻器將低硫油冷卻到40℃以下，保證燃油進(jìn)機(jī)粘度大于2cst。冷卻方式通常采用兩種：一種使用制冷機(jī)組，但此裝置成本高且占地面積大；另一種是采用36℃淡水直接進(jìn)行冷卻，且費(fèi)用低，不占面積?，F(xiàn)在船舶上大都使用第二種方式，選用油品為大于2cst@40℃。

（2）低硫油油柜。各類油品應(yīng)獨(dú)立設(shè)置日用油柜，由于重油其粘度高，其流動(dòng)性差，一般情況下均需加熱到80℃左右，而低硫油粘度較低需要冷卻，因此在油柜布置時(shí)應(yīng)避免低硫油柜直接與重油柜相接觸。

（3）管系材料及泵的選取。因低硫油粘度低，極易產(chǎn)生滲漏，所以選擇管材及密封件時(shí)要倍加注意。使用低硫油時(shí)，泵的選擇很重要，否則造成極快磨損，咬死，輸出流量不足。泵的材質(zhì)需經(jīng)過特殊處理，耐磨性要好。采購時(shí)應(yīng)向設(shè)備廠家確認(rèn)可否用于輸送低硫燃油。

（4）燃油電動(dòng)轉(zhuǎn)換閥。根據(jù)柴油機(jī)廠家的要求，在低硫油轉(zhuǎn)換過程中需要注意油溫變化不能超過2℃/min。轉(zhuǎn)換過快會(huì)使低硫燃油過熱汽化，另外過冷的低硫油還會(huì)使溫度高的重油溫度降低過快，易堵塞濾器，導(dǎo)致進(jìn)入柴油機(jī)燃油流量不足和壓力變化大導(dǎo)致主副機(jī)停車，所以在燃油供應(yīng)系統(tǒng)中需安裝自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，通過PLC程序控制，進(jìn)行精準(zhǔn)比例切換。

3 油品轉(zhuǎn)換操作：HFO切換到MDO（MGO）

（1）確認(rèn)燃油冷卻器的燃油端進(jìn)出口隔離閥處于開啟狀態(tài)，旁通閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

（2）打開冷卻器冷卻水閥，使冷卻器處于待命狀態(tài)。

（3）將供油單元粘度控制器設(shè)置值由12cSt調(diào)整為18cSt，以減小加熱器內(nèi)蒸汽加熱量，降低切換的溫度。

（4）啟動(dòng)控制箱面板上的HFO→MGO按鈕；進(jìn)口三通閥MV1開始動(dòng)作，MGO口開始慢慢打開，同時(shí)HFO口也會(huì)以相同的速度慢慢關(guān)閉。此時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的燃油是混合油，低溫的MGO進(jìn)入系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出口的溫度和粘度的下降，通過出口的傳感器上的溫度信號(hào)，通過PLC自動(dòng)調(diào)整電動(dòng)SV1的MGO和HFO的開度比例，以控制出口的溫度變化的速率不超過2℃/min。

（5）隨著系統(tǒng)粘度的降低，加熱蒸汽控制閥根據(jù)檢測到的粘度減低的信號(hào)漸漸關(guān)閉，隨著SV1的動(dòng)作，MGO開度漸漸變大和HFO的開度漸漸減小，系統(tǒng)中的燃油的MGO比例增加，系統(tǒng)的溫度和粘度一直在緩慢下降，當(dāng)系統(tǒng)出口溫度小于55℃或者系統(tǒng)的粘度小于5cst時(shí)，系統(tǒng)PLC發(fā)出指令，三通閥SV2開始動(dòng)作，系統(tǒng)中的混合燃油開始進(jìn)入冷卻器，SV2的動(dòng)作速度由PLC控制，以保證出口的溫度變化的速率不超過2℃/min。

（6）當(dāng)系統(tǒng)控制面板上的冷卻器運(yùn)行指示燈亮?xí)r，將供油單元粘度控制器設(shè)置值調(diào)整到5cst，并調(diào)整報(bào)警值以保證出口粘度低于3cst或出口溫度大于40℃時(shí)系統(tǒng)發(fā)出粘度異常報(bào)警及溫度異常報(bào)警，至此HFO切換到MGO的過程結(jié)束。

同樣由MGO轉(zhuǎn)換為HFO時(shí)，按相反的程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作。

4 結(jié)語

通過對(duì)燃油供應(yīng)系統(tǒng)的改進(jìn)以及可靠地燃油轉(zhuǎn)換操作程序控制，從我司提供的數(shù)千臺(tái)燃油供應(yīng)單元使用低硫燃油實(shí)際應(yīng)用來看，效果不錯(cuò)。很好的滿足了柴油機(jī)的進(jìn)機(jī)粘度要求。低硫燃油的使用也降低了船舶對(duì)環(huán)境的污染。

參考文獻(xiàn)

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