低硫船燃配套使用低堿值船用氣缸油的應(yīng)用跟蹤

黃昆

中國石化潤滑油有限公司上海研究院

國內(nèi)外最新船舶低硫排放法規(guī)及應(yīng)對措施

航運業(yè)自古以來就牽動著一個國家的發(fā)展命脈。近年來，航運業(yè)更是隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的衍生和發(fā)展得到了飛速的發(fā)展，全球范圍內(nèi)的各種常規(guī)船舶與高新技術(shù)船舶的保有量也在不斷增加。隨著全球環(huán)境問題的不斷加劇，人們的環(huán)境保護(hù)意識逐漸增強，國內(nèi)外相繼出臺了環(huán)保法規(guī)，對船用燃料油硫含量進(jìn)行了限制，全球船用燃料油低硫化的趨勢對整個航運業(yè)包括其中的船舶配套用油行業(yè)也是個不小的挑戰(zhàn)，這就需要從發(fā)動機設(shè)備、船用燃料油、船用潤滑油等多個方面進(jìn)行技術(shù)革新。

國際海事組織（IMO）在《國際防止船舶造成污染公約（MARPOL）》中制定了2020年的限硫令[1]，并于2020年1月1日起正式實施，規(guī)定在全球范圍內(nèi)禁止使用硫含量超過0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下均是）的船用燃料油，2020年3月1日以后，除安裝尾氣脫硫裝置的船舶以外，其他船舶禁止攜帶不合規(guī)的高硫燃油（高硫貨物除外）。在波羅的海、北海、北美及美國加勒比海四大排放控制區(qū)（SECA）內(nèi)，實施更嚴(yán)格的污染物排放要求，自2015年1月1日起排放控制區(qū)內(nèi)船用燃料油硫含量不高于0.1%（2015年之前為1.0%）[2]。國內(nèi)排放法規(guī)隨著時間的推移也越來越嚴(yán)格，至2020年1月1日起，中國海域需使用硫含量不超過0.5%的船用燃料油，海船進(jìn)入內(nèi)河使用的船用燃料油硫含量不允許超過0.1%。2022年1月1日起，海船進(jìn)入沿?？刂茀^(qū)海南水域，應(yīng)使用硫含量不大于0.1%的船用燃油。交通運輸部將適時評估船舶使用硫含量不大于0.1%的船用燃料油的可行性，確定是否要求自2025年1月1日起，海船進(jìn)入沿?？刂茀^(qū)使用硫含量不大于0.1%的船用燃料油，并且中國水域禁止使用開式洗滌塔。

隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，全球船用燃料油低硫化的步伐勢不可擋。對于船用燃料油的低硫化趨勢，航運業(yè)內(nèi)也有不同的應(yīng)對措施，主要分為減少SOX（硫氧化物）排放的基本技術(shù)與基于中和原理來減少污染氣體排放的后處理技術(shù)兩大類。

基本技術(shù)主要分為以下幾種：

◇使用餾分燃料，此種燃料方便易得，并且業(yè)內(nèi)有相關(guān)使用經(jīng)驗，但缺點是成本較高，在使用過程中會產(chǎn)生熱沖擊與潤滑問題；

◇使用低硫調(diào)和燃油（硫含量＜0.5%），使用此種燃料可以使操作難度最低化，但不同供應(yīng)商產(chǎn)品質(zhì)量不同；

◇采用液化天然氣（LNG）燃料，此種燃料具有一定的成熟技術(shù)，能有效降低SOX、NOX（氮氧化物）、CO2的排放，并且LNG的供應(yīng)力也在持續(xù)增加，缺點是初始資本支出較高，并且會損失一定的貨物裝載能力。

后處理技術(shù)主要為加裝廢氣清洗系統(tǒng)，如加裝洗滌塔（Scrubber）后可以繼續(xù)使用高硫燃油，但需要初始資本投入及考慮船舶的穩(wěn)定性與是否具有足夠的空間，并且可能存在后期市場上高硫燃料油的價格波動的風(fēng)險。

在IMO排放法規(guī)的要求下，預(yù)計近年使用硫含量低于0.5%的低硫燃 油（VLSFO，Very Low Sulphur Fuel Oil）將是主要解決方案，也是船商的首選方案，在市場占有較大比例。

隨著環(huán)保法規(guī)對船用燃料油硫含量限制的加嚴(yán)，全球船用燃料油出現(xiàn)低硫化趨勢，對船用潤滑油提出了重要挑戰(zhàn)。本文介紹了主流發(fā)動機廠商對二沖程發(fā)動機用油的要求；對使用硫含量低于0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）低硫船燃、配套使用低堿值船用氣缸油的3條不同類型船舶進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，結(jié)果表明，使用40堿值氣缸油或者40堿值與100堿值氣缸油交替使用，并且調(diào)整合適的注油率，能基本滿足發(fā)動機用油需求。

全球主機廠商二沖程發(fā)動機用油要求

低速二沖程十字頭發(fā)動機占全球船用柴油發(fā)動機市場的60%左右，而市場上主流二沖程發(fā)動機廠商僅有3家，分別是MAN Energy Solutions公司（以下簡稱MAN）、Winterthur Gas & Diesel公 司（以下 簡 稱WINGD）、Japan Engine Corporation公司（以下簡稱J-ENG），其中MAN公司處于市場主導(dǎo)地位。

MAN公司在其發(fā)布的SL2019-671/JAP通函（以下簡稱為671）[3]中提到，在使用不同硫含量的船用燃料油時，根據(jù)發(fā)動機運行工況與設(shè)備狀況等因素推薦使用不同堿值等級的氣缸油產(chǎn)品。MAN公司推薦用油如圖1所示。

圖1 MAN公司所有機型推薦使用氣缸油堿值等級

如果使用低堿值氣缸油時，氣缸內(nèi)部潤滑情況良好可以繼續(xù)使用，如需要更高堿值的氣缸油以保持清凈性，為了降低活塞頭頂部產(chǎn)生沉積物從而造成異常磨損的風(fēng)險，MAN公司給出交替使用高低堿值氣缸油的應(yīng)對方法。在切換使用低硫燃油后，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卦黾訏邭饪跈z查頻率，定期將氣缸油殘油送往有資質(zhì)的實驗室進(jìn)行檢測。671通函中對于氣缸油殘油堿值與鐵元素含量也給出了監(jiān)控指標(biāo)。

MAN公司在SL2020-694/JUSV通函（以下簡稱為694）[4]中把氣缸油分成兩大類：category I(cat I)和category II (cat II)。cat I適用Mark8及以下的機型；cat II適用于MAN公司所有機型，推薦用于Mark9及后續(xù)的機型。cat II氣缸油應(yīng)該具有更加優(yōu)秀的綜合性能，尤其是清凈性。100BN和140BN的氣缸油是最先滿足cat II的，MAN公司的目標(biāo)是其他堿值的氣缸油，如40堿值也應(yīng)逐漸滿足。截止目前，只有部分潤滑油公司的100與140堿值等級的氣缸油產(chǎn)品取得MAN cat II的認(rèn)證（例如：長城船用氣缸油50100等）。

WINGD更新的潤滑油指導(dǎo)Issue 008 2021-02[5]中對于二沖程發(fā)動機油的配套使用也給出了建議，詳見圖2，圖中灰色部分：只有通過認(rèn)證測試的100堿值氣缸油產(chǎn)品才可用于小于1.5%的燃料。在潤滑油指導(dǎo)Issue 004 2019-12[6]中，對于氣缸油殘油的堿值與磨損元素鐵含量的監(jiān)控值也給出了建議。

圖2 WINGD所有機型推薦使用氣缸油堿值等級（具體規(guī)定以WINGD Issue 008 2021-02為準(zhǔn)）

J-ENG給出的潤滑油指導(dǎo)USI-10022E Rev.1[7]中建議，對于不同硫含量的船用燃料油，推薦使用不同堿值等級的氣缸油產(chǎn)品，見表1。

表1 J-ENG所有機型推薦使用氣缸油堿值等級

低堿值氣缸油在使用低硫船燃的不同主機型號上的應(yīng)用跟蹤

為應(yīng)對國內(nèi)外的環(huán)保法規(guī)，大多數(shù)船舶選擇切換使用硫含量低于0.5%的船用燃料油，途經(jīng)特別規(guī)定的海域使用硫含量低于0.1%的船用燃料油。而對于使用硫含量在0.1%～0.5%的船用燃料油時，國際各大主機廠認(rèn)為，40堿值的氣缸油是比較合適的配套潤滑用油。為進(jìn)一步了解船舶發(fā)動機在使用低硫燃料油時，低堿值氣缸油的實際應(yīng)用表現(xiàn)，對正在使用40堿值氣缸油的3家不同船舶公司的不同主機型號的船舶作了跟蹤，并收集最近一年多時間的氣缸油殘油數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

選取的A、B、C 3家公司均為國內(nèi)排名靠前的船舶管理公司，管理經(jīng)驗豐富，船上輪機人員操作合理規(guī)范。A公司下轄船舶a為載重噸47 000 t的散貨輪，該船舶主機型號為J-ENG 6UEC50LS II，使用硫含量為小于0.5%的低硫燃油，配套使用40堿值氣缸油。選取主機其中3個氣缸的氣缸油殘油數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 船舶a氣缸油殘油堿值

圖4 船舶a氣缸油殘油Fe含量

船舶a主機在使用40堿值氣缸油的一年時間內(nèi)，殘油的各項指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)波動，并且根據(jù)船舶管理人員反映，檢查主機氣缸內(nèi)部時一切正常，并無明顯積炭與磨損問題產(chǎn)生。

B公司下轄船舶b為載重噸20 000 t的散貨輪，該船舶主機型號為WINGD 6RT-FLEX-50B，使用硫含量為小于0.5%的低硫燃油，配套使用40堿值氣缸油。選取主機其中3個氣缸的氣缸油殘油數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，結(jié)果見圖5、圖6。

圖5 船舶b氣缸油殘油堿值

圖6 船舶b氣缸油殘油Fe含量

船舶b主機在使用40堿值氣缸油期間，殘油的各項檢測數(shù)據(jù)均滿足OEM給出的監(jiān)控建議指標(biāo)（針對該機型WINGD建議氣缸油殘油堿值指標(biāo)為BN25-50，鐵含量不超過200 mg?kg-1），基本滿足使用硫含量≤0.5%的低硫船燃時的酸中和與潤滑需求。并且根據(jù)船舶管理人員反映，主機運行正常，掃氣箱檢查結(jié)果一切正常。5號缸內(nèi)部情況見圖7，可見活塞環(huán)光亮潔凈，無明顯積炭，缸套內(nèi)壁衍磨紋清晰。

圖7 船舶b主機5號缸內(nèi)部情況

C公司下轄船舶c為載重噸30萬t的超大型油輪，航線為國際航線，該船舶主機型號為MAN B&W 7G80ME-C9.2，使用硫含量為小于0.5%的低硫燃油，由于該主機為MARK 9機型，為保證氣缸內(nèi)部具有足夠的清凈性同時避免活塞頭頂部產(chǎn)生沉積物從而造成異常磨損，采取使用5天40堿值氣缸油加2天100堿值氣缸油周期性交替使用的方法（如果滿足氣缸潤滑需求，也可單獨使用低堿值氣缸油）。選取主機其中3個氣缸最近一年時間的氣缸油殘油數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，結(jié)果見圖8、圖9。

圖8 船舶c氣缸油殘油堿值

圖9 船舶c氣缸油殘油Fe含量

船舶c主機在周期性交替使用40堿值與100堿值氣缸油時，殘油的各項指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)波動（針對該機型MAN建議氣缸油殘油堿值指標(biāo)為油品初始堿值的25%以上，鐵含量不超過200 mg/kg），結(jié)合輪機管理人員的掃氣箱檢查情況來看，此種方法在MAN MARK 9機型上能基本滿足用油需求。該船舶主機1號缸掃氣箱檢查情況見圖10，可見活塞內(nèi)部無明顯積炭產(chǎn)生，活塞環(huán)光亮潔凈，活塞頭也無堿性物質(zhì)析出，缸套內(nèi)部并無明顯異常磨損痕跡。

圖10 船舶c主機1號缸內(nèi)部情況

結(jié)束語

在全球船用燃料油低硫化趨勢下，為應(yīng)對國內(nèi)外環(huán)保法規(guī)，大多數(shù)船舶選擇切換使用硫含量小于0.5%的低硫船燃，國內(nèi)外OEM（原始設(shè)備制造商）對于潤滑油的配套使用也給出了指導(dǎo)建議。本文對3條船舶主機使用40堿值或者40堿值與100堿值交替使用的情況進(jìn)行了最近一年多時間的應(yīng)用跟蹤，由3條船舶的氣缸油殘油檢測數(shù)據(jù)與輪機管理人員反饋的實際使用效果來看，使用40堿值氣缸油或者40堿值與100堿值氣缸油交替使用，并且調(diào)整合適的注油率，能基本滿足發(fā)動機用油需求。建議根據(jù)不同機型及設(shè)備實際運行工況，在主機廠商的推薦下使用合適堿值等級的氣缸油產(chǎn)品，同時加強對設(shè)備的監(jiān)控與管理。