0 引言海上環境保護委員會（MEPC）認可三種可供船舶選擇用于應對硫氧化物排放公約要求的方案，即采用符合要求的低硫含量燃料油；使用經權

0 引言

海上環境保護委員會（MEPC）認可三種可供船舶選擇用于應對硫氧化物排放公約要求的方案，即采用符合要求的低硫含量燃料油；使用經權威機構批準的船舶廢氣脫硫系統（Scrubber）；采用如液化天然氣（LNG）等清潔能源作為替代燃料。目前，全球近97%的商船將選擇使用合規低硫燃油。根據MARPOL公約附則VI的最新要求，船舶燃油的含硫量不能超過0.5%m/m，航行于硫排放控制區域（SECA），則要低于0.1%m/m。

為了滿足法規的要求，低硫燃油已經進入市場。這些燃油通常不是傳統的蒸餾燃油，而是混合產品或來自煉油廠的產品。這種產品以前并未廣泛應用于船舶燃料。低硫燃油的黏度、潤滑性等與原來的高硫燃油相比有很大變化，對船舶柴油機的運行有較大的影響，對輪機管理人員提出了挑戰。本文以船舶二沖程柴油機為例，對使用低硫燃油需要注意的問題進行探討。

1 船用低硫燃油的來源和使用方案

目前船用低硫燃油主要是使用低硫輕質燃油與高硫重質燃油進行混兌、調和而成，主要成分是來自煉油廠的殘渣油，加上中間燃料油，在調和柜中加入各種不含硫的燃油來降低含硫量，滿足低于0.5%或排放控制區0.1%的標準。這些燃油有些在ISO 8217 DM范圍內，而有些在RM級，粘度范圍在20～160c St，平均粘度145c St，能夠保證燃油閃點、穩定性、兼容性、點火特性等滿足ISO 8217標準。

由于蒸餾燃油存在粘度低、易揮發和潤滑性能差等缺陷，對于經常航行于排放控制區域的船舶，為了避免使用風險和轉換的麻煩，可以加裝含硫量低于0.1%的燃料油，稱為超低硫燃油（ULSFO）。超低硫燃油（ULSFO）是由蒸餾燃油、減壓餾分油及低硫重油調制而成的混合燃料，含硫量低于0.1%mm，滿足法規要求。超低硫燃油的理化性質與傳統燃油有較大差別，使用時需要注意。

對于主要在排放控制區域以外航行的船舶，可以加裝兩種燃油：在控制區域以外使用硫含量低于0.5%的低硫燃料油（LSFO），進入SECA則使用硫含量低于0.1%的蒸餾燃油，例如輕柴油（MGO）或船用柴油（MDO）。這種方案涉及到燃油轉換的問題。

2 低硫燃油的特點及影響

這里選取了五家燃油供應商的新型燃油實例，硫含量均低于0.1%，其關鍵特性如表1所示。

表1：低硫燃油特性實例

根據上表可以看出，除了硫含量均低于0.1%m/m，燃油的其他理化性質也發生了重要變化，主要體現在以下幾個方面：

2.1 粘度降低

粘度是燃油的一個很重要的指標，對霧化燃燒狀況、潤滑狀況都起著決定性的作用。燃油要在短時間內噴到氣缸內進行迅速燃燒，使柴油機保持一種最佳的工作狀態。船用二沖程柴油機生產廠家對燃油進機運動粘度的建議值為15～20c St。如果燃油的進機粘度過大，則會導致油滴的半徑過大，燃燒過程不充分，引起燃燒室內部件積碳；如果粘度過小會引起如下問題：

(1)高壓油泵內部精密偶件因潤滑油膜破裂造成咬死；

(2)高壓油泵噴射壓力不足造成柴油機啟動和低負荷運行困難；

(3)高壓油泵油門刻度裕度不足造成加速限制。

由表1可知，供應商提供的低硫燃油的運動粘度范圍基本在8～75 cst范圍內，相對于常用的MFO-380或MFO-18型高硫燃油的粘度范圍值降低了很多。目前，大部分船東買到的低硫燃油都是低硫調和油，其最低運動粘度甚至低至5c St以下，這樣會造成船舶在使用低硫燃油時出現燃油進機粘度過小（低于廠家的建議值）的風險。

2.2 潤滑性能差

低硫油在生產過程中普遍采用苛刻的加氫脫硫工藝，燃油中改善潤滑性的主要物質如氧、氮化合物以及雙環、多環芳烴的含量也隨之降低，降低了燃油的自然潤滑性能。燃油潤滑性能的降低可導致高壓油泵柱塞卡住。為此，大多數石油精煉廠會向蒸餾燃油中添加潤滑性增強添加劑，解決潤滑性問題。柴油機廠家一般會建議在使用硫含量低于0.05%的燃油之前測試其潤滑性。

2.3 殘留催化顆粒（Cat-fines)超標

現代石化工業為了提高輕質燃料油的產量，采用催化裂化技術。原油煉制過程中加入含有硅（Al）和鋁（Si）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。低硫燃油的硅和鋁含量有時超過25ppm，而高硫燃油的硅和鋁含量通常小于15ppm。硅和鋁顆粒會像磨料一樣進入燃油系統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；直接接觸缸套、活塞環，嵌入生鐵的石墨基結構中加劇磨損，嚴重時甚至出現拉缸、活塞環斷裂、掃氣箱著火、增壓器喘振、增壓器軸承損壞等故障，威脅船舶安全。

另外，低硫燃油還具有閃點低、燃燒性能降低、熱值降低等特點。

針對低硫油的特性，在輪機管理中要特別注意并采取相應措施，做好相關管理工作。

3 氣缸潤滑的管理

3.1 氣缸油的選擇

柴油機氣缸油除了具有潤滑性能，還添加了堿性添加劑，具有中和作用。船用低速柴油機可以燃燒高硫含量的重質燃油（HFO）。在燃燒期間，硫轉化為三氧化硫（SO3）。SO3和燃燒形成的水以及掃氣空氣中的水結合形成硫酸（H2SO4）。當溫度降至硫酸和水的露點以下時，腐蝕性混合物在氣缸壁上冷凝。高堿性氣缸油可中和酸，防止腐蝕活塞環和氣缸套表面。

若柴油機燃用含硫量少于0.1%的燃油（ULSFO），或者其他新型燃料，如LNG、液化石油氣（LPG）、甲醇和乙烷，在燃燒室中只會生成少量硫酸，如繼續使用總堿值（TBN）高的氣缸油，酸性燃燒產物將被完全中和。缸套因缺乏酸性腐蝕而過渡光滑，降低了氣缸油的附著和分布能力，使邊界潤滑能力降低，磨損將急劇增加。此外，氣缸油的堿性添加劑無法參與中和作用，大量過剩的堿性添加劑燃燒后產生碳酸鈣顆粒沉積在活塞頭和活塞環處。這些沉積物可能會破壞潤滑油膜并阻礙活塞環的運動，加上腐蝕性物質的完全缺乏，從而可能導致活塞環和氣缸套輕微咬死，引起活塞環卡阻、失去彈性、甚至斷裂；并導致缸套和活塞環產生顆粒磨損，從而可能導致磨損和劃傷的增加，增加了缸套的拋光作用（bore-polishing）風險。長期使用后，這些燃燒產物還會污染增壓器噴嘴環、渦輪葉片、廢氣鍋爐等設備，造成嚴重后果。因此，換用低硫油后，應選用與低硫油相匹配的堿值（BN）較低的氣缸油。

當今市場上低BN氣缸潤滑油有三種不同的級別：17、25和40 BN，將來可能會有其他BN含量的石油。對于硫含量在0.5%以內的燃油，柴油機廠家建議使用15～24BN的氣缸油。

當燃油的硫含量較高（如0.5%S）而只有低BN氣缸油（如17 BN）可用時，建議按照電子注油器的正常ACC(Adaptive Cylinder Control)模式或注油率因數（Feed Rate Factor,FRF）策略，通常要提高注油率至0.6-0.7 g/k Wh。

當燃油的硫含量小于0.1%時，使用最低BN的氣缸油（17和25 BN）在短期和長期運行中都具有良好效果。若船上只有40BN的氣缸油，則只能暫時使用1-2周，不然就要更換低BN的氣缸油。

3.2 氣缸狀態的評估

從柴油機掃氣口底部排放口收集的廢油樣本（也稱為排放油或刮下油）可用于氣缸狀態評估。排放油分析可以顯示氣缸狀況是否在正常范圍內，或者是否必須采取措施，例如：降低氣缸油注油率以達到最小劑量，或從燃油中除去鋁和硅等殘留催化顆粒。

柴油機在硫含量小于0.1%的燃油上運行會減少對缸套的腐蝕，因此預計刮下油中鐵（Fe）的含量將在50-100ppm的范圍內。根據不同的機型，廠家給出的參考值為小于100～200ppm。而刮下油殘余的BN值會比氣缸油原始值低5-10。例如使用17BN的氣缸油，則刮下油的BN值應大于7～12。

4 燃油粘度的管理和轉換程序

4.1 蒸餾燃油的粘度問題

在主機啟動和低負荷運行時，燃油粘度的許用范圍受多種因素的影響，主要有：柴油機維護狀況、高壓油泵磨損程度、起動油門刻度的調整、燃油系統中的實際燃油溫度。盡管可以實現正常運行，但是很難同時優化所有這些因素。

現有的燃油供應和循環系統通常設計為在HFO上運行，溫度通常保持較高。對于在控制區域換用MGO或MDO的船舶，由于這種蒸餾燃油的粘度很低，為了使主機運行安全可靠，燃油系統的溫度必須盡可能低，并留出一定的余量，以確保柴油機進口處具有合適的粘度。因此，燃油管路中需要加裝冷卻器（cooler）才能滿足進機粘度的要求，并且避免機器發生故障。對于粘度非常低的蒸餾燃油，由于主機冷卻水的存在，冷卻器可能不足以充分冷卻燃油。在這種情況下，需要安裝制冷裝置（chiller）來冷卻燃油。

目前市場上采用chiller式冷卻的方案較多，其共同點是具有壓縮制冷裝置。chiller式冷卻可以將低硫油冷卻到很低的溫度，從而能夠保證進機粘度提高到MAN推薦的3 mm2/s以上，但該設備初期投資費用大，電力消耗大，設備外形尺寸大，管系復雜，不利于機艙布置，使用維護成本高。目前，這種“chiller”并未在船舶上廣泛安裝。因此，當燃油粘度非常低的時候，一定要對燃油供應管路加強管理。例如，在進入需要使用低粘度燃油的高風險區域（港口和其他擁擠區域）之前進行主機啟動檢查。

為了保證柴油機安全可靠運行，建議每年通過以下方式進行試驗，檢查并掌握柴油機性能：在安全水域，將燃油更換為低粘度的ULSFO，在不同的操作條件下，例如啟動、倒車、最低穩定轉速和微速，逐漸改變柴油機進口處的燃油溫度，使對應的粘度為3、2.5和2 c St，在集控室進行操縱測試。如果柴油機能夠以設定的粘度啟動，則柴油機可以使用該粘度水平的燃油運行。如果柴油機無法啟動，則應調節調速器中的啟動油門。該測試的可能結果是，由于高壓油泵的磨損、柴油機的調整和燃油溫度等原因，柴油機所需要的粘度要更高。MC柴油機的測試和計算表明，高壓油泵若有磨損，則不能使用粘度為2 c St的燃油啟動。

4.2 燃油轉換程序

燃油之間的轉換將意味著從高溫到低溫，或從低溫到高溫的轉換。由于大的溫度變化可能會導致燃油閥、高壓油泵柱塞或吸油閥卡住或擦傷，轉換必須在低負載（MCR為25%至40%）下以受控方式進行，并且燃油溫度梯度不得超過2℃/min，以保護噴油設備免受快速溫度變化的影響。

從低粘度的冷燃油轉向需要加熱的高粘度燃油時，必須格外小心。當熱的燃油流向較冷的組件時，材料將會變熱并略微膨脹。其中，燃油柱塞將首先預熱，而套筒壁很厚，材料更多，將花費更長的時間膨脹。這意味著間隙將減小，從而增加卡死的風險。從熱燃油到冷燃油的改變不太敏感，因為柱塞會先冷卻下來，并減小尺寸，從而增加間隙并減少卡死的風險。

建議在進入高風險區域（例如港口和其他擁擠區域）之前，先在深水區進行轉換。

另外，船舶可以選擇安裝Safechange控制器，可以控制燃油閥，實現自動燃油轉換。這樣可以在主機負荷達到75%時進行燃油轉換。

5 燃油之間的兼容性

當燃油中的各組分不能很好地混合在一起時，會產生嚴重的不良后果。例如高芳烴含量（瀝青）的燃油（HFO）與脂族/鏈烷烴類型的燃油（蒸餾燃油或新型的ULSFO）混合，瀝青質可能會從懸浮狀態中析出，造成燃油柜、過濾器和分油機中產生大量污泥。這些燃油中的一些成分還對油柜起到某種清潔作用，新的燃油將能夠清除并攜帶油柜中積聚的污泥。這些污泥可能會被燃油系統更下方的過濾器捕集造成堵塞。

在加油之前檢查燃油之間的相容性，可以降低燃油不相容的風險。船上可以配置成套的試驗設備，由船員完成檢測；或者郵寄到專門實驗室進行檢測。但這種方式過程緩慢，實驗室檢驗結果返回之前，船舶將離開港口。

因此，盡量不要混合使用不同類型的燃油，并且應使用專用的油柜來存儲不同類型的燃油。進行燃油轉換時，不同品質的燃油將在燃油系統中混合，從高硫HFO到含硫量小于0.1%的燃油，在此操作期間必須謹慎小心。

來源講武堂