船舶柴油機(jī)及燃油鍋爐的低硫油切換程序

賴柯宇 吳德梅 顏昌祿 唐彪 王顯力

摘要：考慮到船舶進(jìn)入硫氧化物排放控制海域（SECA）前必須將所用的燃油切換為低硫燃油，結(jié)合船舶主機(jī)及鍋爐燃油日用系統(tǒng)，提出一種船用柴油（MDO）與低硫油（MGO）切換程序，滿足船舶在各SECA區(qū)域內(nèi)合法的排放。

關(guān)鍵詞：SECA;MDO;MGO;切換程序

中圖分類號：U664.81? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：Considering that ship must switch the fuel to low sulfur fuel before entering the Sox emission control area（SECA）， a switch program between marine diesel oil （MDO） and marine gas oil （MGO） is proposed in combination with the daily fuel system of the ship's main engine and boiler to meet the legal emission in each SECA.

Key words： Sox emission control area （SECA）; Marine diesel Oil（MDO）; Marine gas oil（MGO）; Switch Program

1前言

國際上針對船舶運(yùn)營時產(chǎn)生廢氣的排放控制，在國際防止船舶造成污染公約附則六（MARPOL ANNEX VI）中，根據(jù)船舶排放廢氣中的硫氧化物（SOx） 及顆粒物（PM）的控制量劃分了不同的海域。在該規(guī)則中，將全球航行海域分為一般海域和硫氧化物排放控制海域（SECA）。船舶在SECA內(nèi)運(yùn)營時，必須遵循MARPOL ANNEX VI、EU（歐盟）法令及CARB法規(guī)內(nèi)新的SOx排放控制標(biāo)準(zhǔn)。此外，我國對SECA也作出了界定，并對進(jìn)入SECA內(nèi)船舶使用燃油的硫含量明確了要求。

重燃油（HFO）是含硫量較高的殘渣燃油，船用柴油（MDO）和船用汽油（MGO）屬于蒸餾燃料油，含硫量較低，通常MDO含硫量不大于0.5%m/m、MGO含硫量小于0.10%m/m，MGO可稱為低硫燃油，滿足MARPOL ANNEX VI、EU法令及CARB法規(guī)對SECA內(nèi)硫排放要求。

HFO含硫量一般為0.5%m/m～1.5%m/m，以HFO為燃料的船舶必須加裝廢氣處理裝置，使燃料燃燒后的廢氣滿足公約及法規(guī)對SOx排放要求，達(dá)到與使用低硫燃油等效的減排效果。目前國內(nèi)營運(yùn)船舶大多數(shù)采用加裝脫硫塔等裝置，將燃燒HFO后的廢氣進(jìn)行脫硫處理后排放大氣。

以MDO或MGO為燃料的現(xiàn)行營運(yùn)船舶，如進(jìn)入SECA只能使用MGO（含硫量小于0.10%m/m），需要在進(jìn)入SECA前將燃料由MDO切換為MGO，這涉及到MDO與MGO之間的切換程序。本文以剛交付的插樁式搶險打撈工程船為例，介紹該船柴油機(jī)及燃油鍋爐MDO與MGO之間的切換程序。

2SECA及其排放要求

按照目前的法令法規(guī)，全球SECA由北美排放控制區(qū)、美國加勒比海排放控制區(qū)、北歐排放控制區(qū)、歐盟港口排放控制區(qū)、美國加利福尼亞州臨岸水域排放控制區(qū)、香港排放控制區(qū)以及中國排放控制區(qū)組成。船舶進(jìn)入上述SECA時，均需遵守關(guān)于硫氧化物控制排放的法令法規(guī)，船舶所使用的燃油含硫量不允許超過0.1%m/m。

中國SECA由沿海SECA和內(nèi)河SECA組成。自2020年1月1日起，船舶在沿海SECA航行時，只允許使用硫含量不大于0.5%m/m的燃油（MDO）;靠岸停泊期間只允許使用硫含量不大于0.1%m/m的燃油（MGO）;對于進(jìn)入海南水域航行及靠岸停泊的船舶，只允許使用硫含量不大于0.1%m/m的燃油。

對于除SECA以外的一般海域的硫氧化物排放控制，2016年10月國際海事組織海上環(huán)境保護(hù)委員會召開了第70屆（MEPC70）會議，明確了自2020年1月1日起在一般海域航行的船舶使用燃油的硫分含量不大于0.5%m/m。

從運(yùn)營成本及遵守法令法規(guī)兩方面考慮，自2020年1月1日起，船舶在除SECA以外一般海域航行可使用MDO（硫分含量≤0.5%m/m），MDO相較于MGO較為便宜;在進(jìn)入各SECA前1個小時內(nèi)，船舶應(yīng)將燃料由MDO切換為MGO（硫分含量≤0.1%m/m）。

3MDO與MGO

目前國內(nèi)船舶都使用的燃油一般按照船用燃油ISO8217-2010標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類界定。該標(biāo)準(zhǔn)中所描述的蒸餾油有：DMX、DMA、DMB和DMC。通常所說的船用柴油（MDO）與DMB等同標(biāo)準(zhǔn)，而船用低硫油（MGO）與DMA 等同標(biāo)準(zhǔn)。與高硫分的燃油（如HFO）相比，MDO與MGO都具有低硫分、高熱值、低粘度、低閃點(diǎn)的特點(diǎn)。

低粘度的特點(diǎn)，將使設(shè)備內(nèi)部形成潤滑油膜厚度減小，介質(zhì)潤滑性降低，機(jī)械磨損加劇，對設(shè)備要求較高。

雖然相較于MGO來說，MDO的硫含量較高，但MDO與MGO同屬于低硫分含量的燃油，在性能上相差不多，特別是在相同溫度下兩者的粘度相近;而MGO與HFO則在粘度性能上相差甚遠(yuǎn)，HFO屬于高硫分的燃油，也屬于殘渣油。

柴油機(jī)廠家經(jīng)過長期的實(shí)驗(yàn)，得出了能保證機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)要求的最低進(jìn)口燃油粘度普遍為 2.0cSt，過高的粘度對柴油機(jī)、燃油泵等設(shè)備帶來傷害;對于低粘度的 MDO與MGO，即使不加熱，其粘度也接近或低于許可的最低進(jìn)口粘度。

在燃燒MDO與MGO柴油機(jī)的燃油日用系統(tǒng)中，由于MDO與MGO的粘度過低，其在機(jī)艙環(huán)境溫度下可能會低于柴油機(jī)要求的進(jìn)口粘度，所以柴油機(jī)廠家在系統(tǒng)中增加了燃油冷卻器，通過降低柴油機(jī)進(jìn)口MDO與MGO的溫度來達(dá)到提高燃油粘度的目的。當(dāng)柴油機(jī)使用 40 ℃的粘度為2.0cSt 的 MDO與MGO時，可以采用通過淡水或海水為冷源直接冷卻的方式對MDO與MGO進(jìn)行冷卻;如果柴油機(jī)使用粘度更低的MGO時，使用淡水或海水冷卻后的MGO粘度無法滿足柴油機(jī)燃油進(jìn)口最低粘度要求，此時通過采用溫度更低的冷源將MGO溫度降得更低，從而較好的控制柴油機(jī)的進(jìn)口燃油粘度，此類冷源一般選用冷媒水。

對于僅燃燒MDO與MGO的船舶，從MDO與MGO低硫分燃油性能考慮，其燃油日用系統(tǒng)可不用分別設(shè)置MDO與MGO的管路，僅從溫度及粘度考慮分別設(shè)置MDO冷卻器及MGO冷卻器。

在滿足當(dāng)前法令法規(guī)對硫氧化物排放控制的要求下，從航運(yùn)成本考慮，對僅燃燒MDO與MGO的船舶，在SECA外一般海域燃燒價格稍低的MDO，而在SECA只能燃燒價格稍高的MGO。如此，需要針對MDO與MGO制定有效的切換程序。

4MDO與MGO切換條件

本文以插樁式搶險打撈工程船為例，對柴油機(jī)及燃油鍋爐在MDO與MGO之間切換進(jìn)行研究分析。該船由708所設(shè)計、中船黃埔文沖船廠建造，主要用于廣州打撈局轄區(qū)海域及近海淺水水域應(yīng)急清障和搶險打撈作業(yè)。該船為僅使用MDO與MGO的船舶，符合《船舶使用低硫餾分油指南》的要求，經(jīng)檢驗(yàn)合格后由CCS授予 LSDF 附加標(biāo)志。

為取得LSDF附加標(biāo)志，該船規(guī)格書要求主發(fā)電機(jī)組、應(yīng)急發(fā)電機(jī)組、分油機(jī)、燃油泵和燃油鍋爐均可適用MDO或MGO。該船航行時所使用燃油的密度、凈發(fā)熱值、粘度如表1所示，符合船用燃油標(biāo)準(zhǔn)ISO 8217-2010。

為保證本船各燃油設(shè)備具有由MDO切換成MGO的能力，柴油機(jī)、燃油鍋爐、燃油分油機(jī)、燃油供給泵、燃油輸送泵等設(shè)備制造廠需向船級社提供低硫油適用性聲明，以證明其產(chǎn)品可持續(xù)正常使用低硫油。聲明中包含了有關(guān)設(shè)備使用低硫油的詳細(xì)資料，如控制與安全系統(tǒng)、MDO與MGO不同工況下工作能力、風(fēng)險分析報告等。

根據(jù)各廠家提供的低硫油適用性聲明，柴油機(jī)、燃油鍋爐、燃油分油機(jī)、燃油泵滿足3cst@40℃的燃油使用條件。其中，柴油機(jī)為Rolls-Royce提供，該廠家要求燃油進(jìn)機(jī)最小粘度為2cst，為防止冷腐蝕和機(jī)帶燃油濾器結(jié)蠟，燃油進(jìn)機(jī)最低溫度為20℃。

5MDO與MGO切換操作程序

該船共設(shè)置了3個F.O.T、2個F.O.S.T、3個F.O.D.T，都可作為MDO或MGO儲存艙。

作為僅燃燒MDO與MGO的船舶，若需要進(jìn)入SECA，則應(yīng)根據(jù)航次任務(wù)和航行、停泊時間計算出低硫油的用量，并將1個燃油沉淀艙、2個燃油日用艙的MDO排空，并注入MGO，船上將同時具有MDO日用艙和MGO日用艙。

本船的MDO日用艙1#、2#和3#都可兼用作MGO日用艙，在切換時可對燃油日用系統(tǒng)管路進(jìn)行充分沖洗，以完成MDO與MGO之間的切換。3個日用艙的加油容積均為18.4 m3，可滿足船舶營運(yùn)至少8h。

為了將各燃油設(shè)備中的MDO耗盡并切換成MGO，應(yīng)在船舶進(jìn)入SECA前1小時，開始切換程序，不可間斷，以去除所有MDO，最終滿足SECA硫排放控制的要求。

記錄完成燃油切換的日期、時間、船位、通過SECA的開始和結(jié)束時間等，均記錄在輪機(jī)日志和航海日志中，擔(dān)負(fù)此責(zé)的輪機(jī)員需簽字確認(rèn)，以備官方查驗(yàn)。

在燃油轉(zhuǎn)換作業(yè)完成時，應(yīng)將每一燃油艙中的低硫燃油的容積記錄在主管機(jī)關(guān)規(guī)定的航海日志中。按《船用燃油硫分記錄》中要求的內(nèi)容，認(rèn)真記錄加油詳情和更換記錄，且保存燃油油樣至少12個月、加油簽收單至少3年，以備官方查驗(yàn)。

本船MGO燃油艙（由MDO燃油艙兼用）內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，可對艙內(nèi)油溫進(jìn)行監(jiān)控及報警，對整個燃油切換過程中燃油溫度保持控制。

6MDO與MGO切換程序

當(dāng)本船由SECA以外海域進(jìn)入SECA航行時，主機(jī)及燃油鍋爐的MDO與MGO切換程序如下：

6.1主機(jī)燃油由MDO切換至MGO

按照圖3燃油日用系統(tǒng)原理圖，當(dāng)本船由SECA以外海域進(jìn)入SECA時，主機(jī)所用燃料由MDO切換至MGO的方法如下：

（1）確保燃油切換前，一個燃油日用艙（1#）為 MDO日用艙，另一個（2#）為MGO日用艙。當(dāng)本船在SECA以外一般海域航行時，1#～4#主機(jī)（1#、2#主機(jī)作為一組動力;3#、4#主機(jī)作為一組動力）同時從1#日用艙內(nèi)獲取MDO;。記錄MDO日用艙與MGO日用艙溫度;

（2）在進(jìn)入SECA前1小時，確保1#日用艙出口管路控制閥（圖3FSV1）處于開啟狀態(tài);2#日用艙出口管路控制閥（圖3FSV2）處于關(guān)閉狀態(tài);供油控制閥（圖3FSV46）處于開啟狀態(tài)。此時，1#～4#主機(jī)都動力在線;

（3）優(yōu)先對3#、4#主機(jī)燃油進(jìn)行切換，由MDO切換為MGO;

（4）關(guān)閉3#、4#主機(jī)進(jìn)油冷卻器及回油冷卻器的旁通閥，消除冷卻器及旁通管路對切換過程中燃油溫度控制的不可控因素;

（5）打開2#日用艙的出口管路控制閥（圖3FSV2），5分鐘后關(guān)閉1#日用艙與2#日用艙燃油出口管路之間的聯(lián)通閥（圖3FSV46），確保供油管路都充滿燃油;

（6）在10分鐘后完成3#、4#主機(jī)燃油切換至MGO，打開1#日用艙與2#日用艙燃油出口管路之間的聯(lián)通閥（圖3FSV46），MGO充滿3#、4#主機(jī)燃油管路;關(guān)閉1#及2#主機(jī)進(jìn)油冷卻器及回油冷卻器的旁通閥，同時稍微關(guān)小1#日用艙的出口管路控制閥（圖3FSV1）;

（7）在5分鐘后關(guān)閉1#日用艙的出口管路控制閥，10分鐘后MGO充滿1#、2#主機(jī)燃油管路;

（8）記錄切換前后各主機(jī)進(jìn)機(jī)壓力及進(jìn)機(jī)燃油溫度，并嚴(yán)格控制進(jìn)機(jī)溫度變化不超過2℃;

（9）切換過程中，各閥門的打開時間與燃油供給泵的流量以及管路內(nèi)容積有關(guān)。通過計算，確保每一臺主機(jī)燃油切換成MGO時，在固定時間內(nèi)供油管路內(nèi)MDO都被MGO替換并充滿。供油管路上布置的燃油流量計，可記錄MGO供油的流量;

（10）切換過程中，船員需關(guān)注回油冷卻器及進(jìn)油冷卻器燃油進(jìn)出口的溫度，以及燃油切換為MGO的主機(jī)進(jìn)機(jī)壓力是否出現(xiàn)報警。

6.2燃油鍋爐燃油由MDO切換至MGO

燃油鍋爐需為船上蒸發(fā)式造水機(jī)、分油機(jī)、油氣分離器、暖風(fēng)機(jī)、生活熱水等用戶服務(wù)。當(dāng)本船進(jìn)入SECA時，根據(jù)法令法規(guī)，燃油鍋爐的廢氣排放與主機(jī)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)一致，需要切換成MGO（含硫量低于0.1%m/m）。其切換方法如下：

（1）確保燃油切換前，一個燃油日用艙（1#）為 MDO日用艙，另一個為MGO日用艙;

（2）在進(jìn)入SECA前1小時，1#日用艙至鍋爐燃燒器出口管路控制閥（圖3FSV117）處于開啟狀態(tài);2#日用艙至鍋爐燃燒器出口管路控制閥（圖3FSV118）處于關(guān)閉狀態(tài);

（3）對鍋爐燃油進(jìn)行切換，由MDO切換為MGO;

（4）打開2#日用艙至鍋爐燃燒器出口管路控制閥，根據(jù)供油管路長度，2分鐘后旋轉(zhuǎn)鍋爐燃燒器進(jìn)油管路上的L型三通旋塞（圖3 FSV129）手柄，使2#日用艙至鍋爐燃燒器出口管路處于通暢狀態(tài);1#日用艙至鍋爐燃燒器出口管路處于關(guān)閉狀態(tài);5分鐘后旋轉(zhuǎn)鍋爐燃燒器回油管路上的L型三通旋塞（圖3 FSV130）手柄，使鍋爐燃燒器回油至2#日用艙的回油管路處于通暢狀態(tài);鍋爐燃燒器回油至1#日用艙的回油管路處于關(guān)閉狀態(tài);

（5）關(guān)閉1#日用艙至鍋爐燃燒器出口管路控制閥（圖3 FSV117）;

（6）在10分鐘后，MGO充滿鍋爐燃燒器的燃油管路;

（7）記錄切換前后鍋爐燃燒器進(jìn)口壓力及進(jìn)口燃油溫度。

7結(jié)束語

海洋是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，船舶是目前海上唯一的交通運(yùn)輸工具，船舶航行過程中不可避免地造成海洋環(huán)境污染，不但會對海洋里的各種生物帶來傷害，并且也危及到人類的健康。船舶廢氣中的SOx會形成酸雨，氮氧化物會形成光化學(xué)煙霧物質(zhì)等，船舶的有害氣體排放的危害是巨大的，不容小視。

可持續(xù)發(fā)展是21世紀(jì)的主題，更是人類共同體需要重視的議題。我們應(yīng)倡導(dǎo)和諧共存和健康發(fā)展，共同保護(hù)我們的生存環(huán)境。低硫油在船舶燃油系統(tǒng)的推行，有利于大幅降低船舶廢氣中的硫排放量，減輕對海洋環(huán)境的污染。

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