油渣分離系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析及應(yīng)用

陳小虎 宗明珍 王文中

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203）

油渣分離系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析及應(yīng)用

陳小虎 宗明珍 王文中

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203）

為降低船舶的運(yùn)營(yíng)成本，提高輪機(jī)系統(tǒng)的綜合性能，從廢油中提煉可再利用的燃油，大幅降低處理油渣的費(fèi)用和人工成本使得油渣處理系統(tǒng)有很大的應(yīng)用價(jià)值。分析了該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，介紹了主流分離設(shè)備和船上的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

油渣分離；經(jīng)濟(jì)性；選型；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Abstract:In order to lower ship’s operation cost and improve comprehensive performance of machinery system，fuel oil is refined from waste sludge，which is of great value by cutting the cost of waste oil handling and labour.The economy of the system was analyzed and main separators and design of related system were presented.

Keywords:sludge separation；economy；equipment selection；design of sludge separation system

0 前言

在用柴油機(jī)作動(dòng)力的船舶上，油渣和廢油的處理一般是用焚燒爐燃燒或待船舶靠港后排岸回收。這些油渣和廢油中有大量可用燃油，而且傳統(tǒng)的油渣處理成本也不低，通過焚燒爐燃燒需要額外消耗柴油，排岸處理也要支付較高的回收費(fèi)用。在航運(yùn)企業(yè)努力降低船舶運(yùn)營(yíng)成本的大背景下，從廢油中提煉可再利用的燃油，大幅降低處理油渣的費(fèi)用已成為降本增效的有效途徑。下面就油渣處理系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和在船上的應(yīng)用進(jìn)行分析介紹。

1 經(jīng)濟(jì)性分析

主要以燃油油渣為對(duì)象進(jìn)行分析。油渣來(lái)源為：燃油分油機(jī)排渣、燃油日用澄清艙泄放、供油單元燃油自清濾器反沖洗、柴油機(jī)燃油泄漏以及其他燃油泄放。這些油渣一般通過重力收集在泄放艙或油渣艙。

1.1 油渣產(chǎn)量

油渣的產(chǎn)量按柴油機(jī)油耗的1.5%來(lái)計(jì)算?，F(xiàn)以柴油機(jī)輸出功率10 000 kW來(lái)預(yù)算相關(guān)數(shù)據(jù)。油耗約為：200 g/kW·h，每年船舶航行時(shí)間約為270 d，則主機(jī)運(yùn)行6 480 h，算出年油耗為：12 960 t/a，用年油耗乘以1.5%計(jì)算出油渣量約：194 t/a。油渣中各成分含量：水 70%～80%、油 20%～30%、固體顆粒約 2%［1］。

1.2 燃油回收的經(jīng)濟(jì)性

燃油回收率取25%，每年從油渣中回收燃油：194 t×25%＝48.5 t，按 380 cst燃油價(jià)格 2 000 元/t計(jì)算出年節(jié)省燃油費(fèi)用約9.7萬(wàn)元。回收油經(jīng)處理完全可以用作柴油機(jī)和鍋爐燃料。隨著船舶所配主機(jī)功率的增大，回收燃油帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也更加顯著。配置不同功率主機(jī)的船舶節(jié)省的燃油成本見圖1。

圖1 節(jié)省的燃油費(fèi)用

1.3 油渣處理成本

1）排岸處理費(fèi)用：各港口回收油渣的費(fèi)用都不相同，新加坡港約1 300元/t，其他港口略低，現(xiàn)按1 000元/t來(lái)計(jì)，194 t油渣年處理費(fèi)用約為19.4萬(wàn)元。

2）焚燒爐處理費(fèi)用：根據(jù)船員使用經(jīng)驗(yàn)，用焚燒爐燃燒每噸油渣需消耗0.2～0.3t的柴油，柴油價(jià)格按5 000元/t來(lái)計(jì)算焚燒爐處理成本：194 t×0.2×5 000 元/t＝19.4 萬(wàn)元。

1.4 分析結(jié)果

經(jīng)油渣分離系統(tǒng)處理后，船上存放的油渣量將減少90%～95%，后期處理成本節(jié)約70%～80%，按19.4萬(wàn)元處理費(fèi)來(lái)計(jì)，將節(jié)約費(fèi)用至少13.6萬(wàn)元。每年燃油費(fèi)用和處理費(fèi)用一共節(jié)約23萬(wàn)元。而安裝整套油渣處理系統(tǒng)初投資預(yù)估約60萬(wàn)元，將在兩年半左右回收初投資成本，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。節(jié)約的費(fèi)用將隨油價(jià)的波動(dòng)而變化，目前的油價(jià)處于一個(gè)較低水平，整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)也將隨著油價(jià)的上漲而更加明顯。同時(shí)，油渣能得到及時(shí)有效的處理，為機(jī)艙也節(jié)省了不少存放空間。

2 油渣分離機(jī)的對(duì)比和選型

現(xiàn)在主流的油渣分離機(jī)的原理基本相同，都是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)分離盤，產(chǎn)生高速離心力將油渣中的固體顆粒、水和油根據(jù)其不同比重進(jìn)行持續(xù)分離，分出的油和水通過內(nèi)置的向心泵分別排出，油渣則聚集在分離盤的外緣，通過排渣口排出［2］。目前較為成熟的油渣分離機(jī)制造商有三家：GEA、Alfa Laval和三菱?，F(xiàn)將三家產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和性能對(duì)比如下，以供選型時(shí)參考，其中結(jié)構(gòu)及分離特點(diǎn)對(duì)比見表1。

表1 GEA、Alfa Laval和三菱油渣分離機(jī)對(duì)比表

2.1 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1）本體結(jié)構(gòu)：GEA分離機(jī)基本是在其分油機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)，運(yùn)行過程和外圍接口也與分油機(jī)差不多。Alfa Laval和三菱的分離部件都是一種新的錐體轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，其共同點(diǎn)是油渣通過螺旋形的葉片輸送到錐體的端部排出。Alfa Laval的轉(zhuǎn)子呈立式布置，碗狀分離盤沿軸向疊加安裝，結(jié)構(gòu)較為緊湊。三菱的轉(zhuǎn)子呈水平布置，方形分離葉片圍繞轉(zhuǎn)子環(huán)形布置。分離機(jī)的接口見表1。

2）驅(qū)動(dòng)方式：GEA驅(qū)動(dòng)方式與分油機(jī)一樣，電機(jī)通過皮帶輪直接驅(qū)動(dòng)分離筒。Alfa Laval是由布置在頂部的兩個(gè)變頻電機(jī)通過皮帶輪同步驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子受力均衡，運(yùn)行平穩(wěn)。三菱的是由電機(jī)通過皮帶輪驅(qū)動(dòng)齒輪箱，根據(jù)分離介質(zhì)密度的不同，可選擇不同傳動(dòng)比的齒輪來(lái)控制轉(zhuǎn)子的速度。

3）操作控制：GEA和Alfa Laval的控制自動(dòng)化程度較高，控制箱帶有數(shù)字顯示的操控面板，運(yùn)行參數(shù)、故障報(bào)警、運(yùn)行模式均可在面板上監(jiān)控操作。三菱采用的是常規(guī)的啟動(dòng)箱，操作簡(jiǎn)單可靠。

2.2 分離能力和效果

GEA和三菱的油渣分離機(jī)有不同容量的機(jī)型可選，Alfa Laval目前只有一種，要提高處理能力只能通過增加分離機(jī)數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。

GEA分離機(jī)運(yùn)行時(shí)需要一定的工作水，這會(huì)增加最終的廢油水總量。Alfa Laval分離機(jī)對(duì)待分介質(zhì)處理時(shí)不需太多工作水，油渣被高度濃縮，接近固體。三菱分離機(jī)的重點(diǎn)是除去油渣中的顆粒雜質(zhì)，對(duì)于待分介質(zhì)中的水一般是要求外圍系統(tǒng)通過澄清放泄或加熱蒸發(fā)掉，所以分離機(jī)沒有單獨(dú)的出水口，為保證分離效果需要多次循環(huán)分離。

2.3 安裝維護(hù)

三個(gè)廠家的產(chǎn)品都可以模塊供貨，安裝方便。典型模塊參數(shù)見表2。GEA和三菱的使用維護(hù)比較簡(jiǎn)單，根據(jù)維修手冊(cè)更換常規(guī)易損部件即可。Alfa Lava則在運(yùn)行時(shí)需要注入一定量的防乳化劑。另外需要定期更換轉(zhuǎn)子總成，對(duì)舊的轉(zhuǎn)子進(jìn)行回收處理。

表2 GEA、Alfa Laval和三菱油渣分離機(jī)典型模塊參數(shù)表

設(shè)備選型時(shí)的其他注意事項(xiàng)：油渣分離機(jī)是否具有相關(guān)規(guī)范要求的證書；根據(jù)船級(jí)社要求確定是否要配置相關(guān)的監(jiān)測(cè)附件（如流量計(jì)等）。

3 船上系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)以Alfa Laval的分離機(jī)為例來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3.1 相關(guān)規(guī)范要求

IMO對(duì)船上的廢油處理和再回收的要求見（MEPC.1/Circ.642）中 4.6.1～4.6.4。

其中 “4.6.2 Oily drains should be recorded in the oil record book as any other oil residue（sludge） collection.”即要求對(duì)油渣的去向做好相關(guān)記錄。

“4.6.3 Re-generation of fuel oil from oil residue（sludge） should be an approved means of disposal of oil residue （sludge） according to the Supplement to the IOPP Certificate.”則要求從廢油中回收燃油的過程要得到認(rèn)可，可以理解為分離設(shè)備要有相關(guān)證書，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要得到船級(jí)社認(rèn)可。

3.2 艙柜布置

為了保證回收燃油的可用性，同時(shí)防止燃油和其他油類混合后發(fā)生乳化作用，要求存放燃油和其他油類的廢油艙分開。首先燃油分油機(jī)油渣艙和滑油分油機(jī)油渣艙要分開。其次燃油泄放和滑油泄放也要分開。根據(jù)廠家推薦要單獨(dú)設(shè)置1個(gè)存放回收油的艙柜，由于分離機(jī)向心泵排出壓頭在0.2 MPa左右，在考慮回收油艙的位置時(shí)會(huì)比較靈活；也可將回收燃油引至燃油溢油艙，再通過輸送泵駁送到燃油澄清艙或儲(chǔ)存艙。

3.3 管路設(shè)計(jì)

管路設(shè)計(jì)依據(jù)的基本流程：燃油油渣由帶自吸功能的泵組模塊經(jīng)雙聯(lián)濾器輸送至加熱器，進(jìn)行清潔處理和預(yù)加熱，為保證分離效率，油渣將被加熱至95℃左右。加熱后的油渣經(jīng)過三通閥進(jìn)入分離機(jī)分離。如果待分離油渣的溫度或壓力未到達(dá)預(yù)設(shè)值將經(jīng)程序控制由三通閥流回油渣艙，進(jìn)行循環(huán)再加熱。油渣經(jīng)分離后從3個(gè)接口排出：回收油（含水量約5%）輸送至回收油艙，通過燃油駁運(yùn)或分離系統(tǒng)再處理利用；另一路水（油份濃度小于1 000×10-6）將被排至艙底水艙，經(jīng)艙底水處理系統(tǒng)處理后排舷外；高度濃縮的油渣直接排至分離機(jī)下部的儲(chǔ)存桶，通過負(fù)荷傳感器檢測(cè)是否裝滿，然后人工搬運(yùn)，打包存放或焚燒爐燒掉。在設(shè)計(jì)時(shí)也可考慮增加管路讓回收油艙的油重復(fù)分離提高回收油的純度。典型的原理圖見圖2。

圖2 油渣分離系統(tǒng)典型原理圖

對(duì)于船上的廢滑油也可配置另外1套油渣分離系統(tǒng)來(lái)處理，可以參考燃油油渣分離的原理和過程進(jìn)行管路布置，處理過的廢滑油存放排岸或焚燒爐燒掉。

對(duì)于廢油來(lái)源比較復(fù)雜，燃油和其他油類混和的情況，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮回收油的使用會(huì)受到限制，建議該油一般只用于鍋爐燃燒。應(yīng)配置單獨(dú)的艙柜和管路。

4 結(jié)語(yǔ)

在綠色造船、高效營(yíng)運(yùn)等理念的影響下，如何變廢為寶，進(jìn)一步廢熱利用和廢油利用等問題，促使我們?nèi)ニ伎既绾螠p少排放，降低成本。油渣處理系統(tǒng)的應(yīng)用不但實(shí)現(xiàn)了降本增效，還顯著提高了船舶處理廢油水的能力，提升了輪機(jī)系統(tǒng)的綜合性能。

［1］Pure Dry China Marintech［R］.2012

［2］吳恒，李浩基.阿法拉伐現(xiàn)代技術(shù)：分油機(jī)分冊(cè)［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，1995.

Economic Analysis and Application of Sludge Separation System

CHEN Xiao-hu ZONG Ming-zhen WANG Wen-zhong

（Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

U664.81+2

A

1001－4624（2017）01－0083－04

2016-11-15；

2017-05-10

陳小虎（1982—），男，工程師，從事船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。

宗明珍（1980—），男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。

王文中（1979—），男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。