船用劣質(zhì)燃油的危害及其控制措施

1、船用劣質(zhì)燃油的危害及其控制措施 摘要 由于原油價(jià)格上漲和供應(yīng)情況不穩(wěn)定迫切需要努力節(jié)減燃油的消耗此外為了滿足對(duì)輕質(zhì)燃油不斷增加的需求量在石油提煉中大量采用分解等方法同時(shí)重視對(duì)劣質(zhì)燃油的利用。航運(yùn)公司和運(yùn)輸船舶為降低燃油費(fèi)用提高經(jīng)濟(jì)性選用劣質(zhì)燃油為燃料現(xiàn)在大部分船舶燃用劣質(zhì)燃油趨于普及。本文淺析了劣質(zhì)燃油特點(diǎn)、限制性能、要求以及使用過(guò)程中的主要問(wèn)題等分析了影響劣質(zhì)燃油性能的因素分析了使用中對(duì)船舶柴油機(jī)及相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的危害以及危害產(chǎn)生的機(jī)理提出了船用柴油機(jī)使用劣質(zhì)燃油應(yīng)采取的技術(shù)與管理措施。并從改善劣質(zhì)燃油燃燒前性能指標(biāo)、加強(qiáng)燃油系統(tǒng)的管理、加強(qiáng)維修保養(yǎng)、完善柴油機(jī)操作運(yùn)行管理以及采取的相關(guān)管理技

2、術(shù)等方面來(lái)論述如何加強(qiáng)船舶的運(yùn)行管理以確保柴油機(jī)及船舶的安全運(yùn)行達(dá)到降低成本提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。 引言 劣質(zhì)燃油的使用是船用柴油機(jī)發(fā)展中的一項(xiàng)重要技術(shù)成就使用劣質(zhì)燃油可以大幅度降低船舶的營(yíng)運(yùn)成本隨著近年來(lái)石油價(jià)格的不斷飚升燃油費(fèi)用在船舶營(yíng)運(yùn)成本中占有很大的比例為了適應(yīng)航運(yùn)企業(yè)之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)取更大的利潤(rùn)和占據(jù)市場(chǎng)份額使船用柴油機(jī)使用劣質(zhì)燃油成為一項(xiàng)普遍采用的技術(shù)同時(shí)劣質(zhì)燃油的使用也帶來(lái)許多問(wèn)題。由于劣質(zhì)燃油密度大粘度高成分復(fù)雜發(fā)火性能差導(dǎo)致柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷增加燃燒性能惡化使得柴油機(jī)的排氣溫度升高煙度增加汽缸結(jié)炭嚴(yán)重。此外船舶排放的廢氣主要有NOx、SOx、COx等其中NOx和SOx對(duì)

3、環(huán)境和人體的影響最大。特別是二氧化硫排放后在大氣中的氧化過(guò)程并與云中的水霧結(jié)合形成酸雨對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。而NOx排放的主要成分是NO它也會(huì)子大氣氧化而形成酸雨但它對(duì)人類及動(dòng)物造成的危害和影響確實(shí)極其嚴(yán)重的。同時(shí)氮氧化物還是形成光化學(xué)煙霧的起因物質(zhì)之一。目前由于在管理上缺乏一定的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)加上劣質(zhì)燃油的品質(zhì)進(jìn)一步下降雖然燃用劣質(zhì)燃油降低了成本但在一定程度上也增加了管理費(fèi)用和維修費(fèi)用更重要的是燃用劣質(zhì)燃油使柴油機(jī)可靠性下降這對(duì)安全生產(chǎn)是極為不利的。這就給我們輪機(jī)管理人員如何管理好柴油機(jī)確保這些機(jī)械能夠長(zhǎng)期有效的運(yùn)行提出更高的要求。 1 船用劣質(zhì)燃油特點(diǎn)及對(duì)設(shè)備的影響 船用劣質(zhì)燃油特點(diǎn) 1

4、）粘度高 劣質(zhì)燃油的粘度可高達(dá)700m/s甚至更高。這給劣質(zhì)燃油在貯存、輸送、凈化和霧化過(guò)程中帶來(lái)一些困難。 2）密度大 劣質(zhì)燃油的密度可高達(dá)0.94g/ cm³,1.06g/c m³ 劣質(zhì)燃油凈化困難霧化不良油滴穿透距離遠(yuǎn)造成燃燒不良且容易產(chǎn)生結(jié)碳。 3）劣質(zhì)燃油成分 劣質(zhì)燃油成分復(fù)雜含有較多的機(jī)械雜質(zhì)、水分、灰分、硫、瀝青和釩、鈉等有害物質(zhì)。 4）劣質(zhì)燃油著火性 劣質(zhì)燃油的十六烷值很低著火性很差。 盡管劣質(zhì)燃油進(jìn)入柴油機(jī)前經(jīng)過(guò)沉淀、分油機(jī)凈化處理、過(guò)濾等但進(jìn)入柴油機(jī)內(nèi)的燃油中有害物質(zhì)仍然存在這就必然對(duì)柴油機(jī)的各種機(jī)器部件造成損害。據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示柴油機(jī)燃用劣質(zhì)燃油后產(chǎn)生的故障

5、起因主要來(lái)源于兩方面其一是噴射系統(tǒng)偶件的磨損引起噴油嘴漏油以及噴射壓力和噴射時(shí)間發(fā)生改變噴孔的磨損和阻塞引起燃油霧化不良破壞了油束與燃燒室形狀的正常配合導(dǎo)致燃燒惡化和供油延遲其二是劣質(zhì)燃油發(fā)火性能不佳例如不使用添加劑僅采用增大噴油提前角的方法來(lái)改善其發(fā)火性能雖然燃油中的瀝青和殘?zhí)际菍?dǎo)致積碳的內(nèi)在原因而燃燒不良則是嚴(yán)重結(jié)碳的主要原因所以噴射系統(tǒng)故障加上劣質(zhì)燃油發(fā)火性能不佳兩者疊加使燃燒進(jìn)一步惡化導(dǎo)致嚴(yán)重結(jié)碳一方面引起活塞環(huán)粘結(jié)失去彈性喪失密封性使燃?xì)庀赂Z使活塞環(huán)燒蝕另一方面使燃燒室和排氣溫度過(guò)高引起活塞頭氣缸和排氣閥燒蝕和高溫腐蝕。 2 影響劣質(zhì)燃油因素 2.1 燃油質(zhì)量下降 目前燃料油的質(zhì)量比

6、90年代同類級(jí)別的已經(jīng)有很大差別主要是其品質(zhì)進(jìn)一步降低由于煉油技術(shù)的快速發(fā)展催化裂化、加氫裂化技術(shù)的提高燃料油質(zhì)量仍將繼續(xù)惡化。使用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)燃料油時(shí)按粘度訂油對(duì)輪機(jī)員是實(shí)用的現(xiàn)今生產(chǎn)的燃料油其粘度本身已不足以限定為所需的燃油質(zhì)量。一般認(rèn)為按照說(shuō)明書所規(guī)定的油能保持柴油機(jī)正常、可靠的運(yùn)行。目前市場(chǎng)上出售的燃料油同等級(jí)的品種繁多雖然粘度都是1000S但各生產(chǎn)廠家所提供的油其內(nèi)在品質(zhì)卻有很大的區(qū)別。 2.2 催化劑顆粒及灰分影響原油中自然含有的鋁、硅元素含量是很少的。在劣質(zhì)燃油中含有大量的鋁、硅往往是催化裂化渣油帶來(lái)的氧化鋁及硅酸鹽催化顆粒這些微粒進(jìn)入柴油機(jī)就會(huì)大大加劇活塞環(huán)及氣缸表面的磨損導(dǎo)致氣

7、缸套、活塞環(huán)以及燃油泵和噴油器的磨料磨損和異常磨損。另外鈉釩結(jié)合的氧化物熔點(diǎn)低且經(jīng)常粘附在排氣閥及閥座上造成斑點(diǎn)狀腐蝕在高溫排氣吹動(dòng)下會(huì)增加腐蝕程度?；曳质窃谝?guī)定條件下燃油完全燃燒后剩余物的重量百分比。灰分包括燃油凈化處理沒(méi)除掉的固體粒子、水溶性金屬鹽和油溶性金屬有機(jī)化合物燃燒后形成的金屬氧化物和金屬鹽等。它們的危害主要是起做磨料的作用加劇了氣缸的磨料磨損。 2.3 芳香烴指數(shù)CCAI對(duì)劣質(zhì)燃油影響 芳香烴是一種不飽和的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。其碳原子間由單鍵和雙鍵交替連接芳香烴分子結(jié)構(gòu)堅(jiān)固熱穩(wěn)定性比脂肪烴和環(huán)烷烴都高燃燒最為困難。從產(chǎn)生結(jié)碳以致發(fā)生機(jī)械故障的角度出發(fā)更應(yīng)該重視燃油的瀝青分即瀝青占燃油的百分

8、數(shù)。瀝青質(zhì)以芳香烴為主的成分很難燃燒致使排氣冒黑煙易結(jié)碳引起缸套和活塞嚴(yán)重磨損、活塞環(huán)斷裂、燃燒室積垢等故障。 近年來(lái)許多科技人員對(duì)如何判斷燃料油的著火性能做了大量工作發(fā)現(xiàn)各種燃油的著火性能與它本身具有的芳香烴CCAI關(guān)系十分密切。CCAI對(duì)燃油滯燃期、效率、最高壓力升高比、廢氣排放物、燃燒部件溫度有直接影響。 為了使用方便已將CCAI與油的密度、粘度的函數(shù)關(guān)系制成圖標(biāo)以利查對(duì)?，F(xiàn)介紹CCAI的諾謨圖如下1.1圖所示。其中左邊縱坐標(biāo)為油的密度右邊縱坐標(biāo)為油的粘度中間縱坐標(biāo)為CCAI值。只要知道了油的密度和粘度可在圖中定下密度的點(diǎn)及粘度的點(diǎn)用直線連接這兩點(diǎn)中間與CCAI坐標(biāo)的交點(diǎn)即是該油的CCA

9、I值。大多數(shù)船用燃油的CCAI值在800900之間。依據(jù)燃油CCAI4值適時(shí)適度調(diào)整可變噴射時(shí)間裝置Variable Injection Timing,VIT,可改善燃燒節(jié)省耗油量。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)顯示燃油CCAI值超過(guò)870燃燒延遲加長(zhǎng)必須考慮燃油燃燒情況和爆炸壓力相應(yīng)調(diào)整(提前燃油噴射定時(shí)否則排氣溫度上升燃燒室積碳。Shell公司提出的計(jì)算方法ISO 82171996也推薦使用CCAI計(jì)算為 CCAI=­81­141lglg(v+0.85)­483lgt+273/323其中表示燃油的密度v表示燃油的流動(dòng)速度t表示燃油的溫度。油粘度計(jì)合理設(shè)定燃油進(jìn)機(jī)粘度值。 2.5 著

10、火點(diǎn)延遲的影響 劣質(zhì)燃油的著火點(diǎn)延遲在低速機(jī)中幾乎不成問(wèn)題而在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)400RPM時(shí)著火點(diǎn)延遲的影響就逐漸表現(xiàn)出來(lái)。轉(zhuǎn)速越高著火點(diǎn)延遲的影響就越大使柴油機(jī)后燃嚴(yán)重排氣溫度過(guò)高熱負(fù)荷上升。在使用中采取了增大噴油提前角的方法來(lái)改善燃燒質(zhì)量以減輕后燃嚴(yán)重現(xiàn)象因噴油凸輪的供油規(guī)律沒(méi)有改變?cè)跍计谥袊娪瓦^(guò)多導(dǎo)致燃燒粗暴最大爆發(fā)壓力過(guò)高機(jī)械負(fù)荷增大。 2.6 殘?zhí)贾档挠绊?燃油在隔絕空氣條件下加熱干餾最后剩下的一種鱗片狀碳渣物成殘?zhí)?。殘?zhí)贾邪藱C(jī)械雜質(zhì)和灰分。當(dāng)然用殘?zhí)贾递^大的燃油時(shí)將在燃燒室產(chǎn)生較多的結(jié)碳使熱負(fù)荷增加引起過(guò)熱、磨損縮短柴油機(jī)的維修周期。 2.7 傾點(diǎn)的影響 傾點(diǎn)是油品低溫流動(dòng)性的

11、一種指標(biāo)。低溫流動(dòng)性通常取決于兩個(gè)因素一是粘度隨溫度下降而增高二是油品中原來(lái)呈溶解狀態(tài)的石蠟分子因溫度下降而已固體結(jié)晶析出。對(duì)于重質(zhì)燃油而言傾點(diǎn)更多地是指蠟質(zhì)析出而喪失流動(dòng)性的溫度。傾點(diǎn)高低溫流動(dòng)性差使用中會(huì)影響泵送和過(guò)濾。3 劣質(zhì)燃油改善措施 3.1 嚴(yán)格把關(guān)加油妥善儲(chǔ)存以防燃油變質(zhì) 加油前必須先了解所要加裝燃油的規(guī)格和特性測(cè)量所有的油艙存油同品種或同一次添加的燃油盡量“并艙”以減少混油報(bào)輪機(jī)長(zhǎng)以擬定詳細(xì)的加油計(jì)劃表。加油前盡量倒出空油艙存油好處 1）避免不相容的燃油混合后變質(zhì)混油率<5%基本上無(wú)影響混油率在10%20%有不同程度不良影響混油率>20%一般會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變質(zhì)危害很大。

12、 2）質(zhì)量和數(shù)量便于確定。 燃油密度要適合燃油分油機(jī)的分離能力 燃油發(fā)火質(zhì)量要滿足柴油機(jī)制造廠對(duì)燃油發(fā)火質(zhì)量的要求。嚴(yán)禁將不同性質(zhì)的油混裝在一起以免發(fā)生不相容問(wèn)題而導(dǎo)致大量瀝青析出沉淀。燃油一般都儲(chǔ)存在雙層底油艙內(nèi)。油品不同要分艙儲(chǔ)存。重油艙中設(shè)有蒸汽加熱管可以將重油加熱以便駁運(yùn)。燃油艙的駁運(yùn)溫度應(yīng)加熱到其油品的濁點(diǎn)以上但不要太高以免油氣揮發(fā)及產(chǎn)生其他不良后果劣質(zhì)燃油不要長(zhǎng)期儲(chǔ)存以免氧化變質(zhì)產(chǎn)生淤渣。在存儲(chǔ)過(guò)程中要避免燃油儲(chǔ)存長(zhǎng)期過(guò)熱或時(shí)冷時(shí)熱過(guò)熱可能破壞燃油的穩(wěn)定性加溫時(shí)冷時(shí)熱會(huì)導(dǎo)致燃油中蠟質(zhì)的大量析出。此外應(yīng)經(jīng)常對(duì)沉淀柜、日用油柜進(jìn)行排放污水定期清洗燃油濾器確保燃油清潔。3.2 燃油系統(tǒng)應(yīng)

13、有足夠的循環(huán)和加熱能力 目前船舶柴油機(jī)所用燃油的極限粘度已達(dá)7000s Red.NO1。劣質(zhì)燃油的 比重大殘?zhí)贾蹈咚臑r青質(zhì)、硫分、釩、鈉、灰分、水分和其他機(jī)械雜質(zhì)也要大得多。此外由于產(chǎn)地不同、某些劣質(zhì)燃油的凝點(diǎn)或傾點(diǎn)也會(huì)升高。這就給燃油的管理和使用帶來(lái)了不少新問(wèn)題。由于劣質(zhì)燃油粘度大和凝固點(diǎn)高為使燃油系統(tǒng)在燃油儲(chǔ)存、泵送、分離、噴射霧化等過(guò)程中保持合理的粘度進(jìn)機(jī)燃油的粘度過(guò)高或過(guò)低均會(huì)對(duì)柴油機(jī)正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響因此對(duì)燃油進(jìn)行加熱是一項(xiàng)十分重要的工作海船上大多采用蒸汽加熱為確保安全規(guī)定使用飽和蒸汽。加熱溫度隨燃油的使用粘度要求而異一般采用分段加熱法燃油加熱和高溫燃油處理系統(tǒng)各處的溫度必須控

14、制在要求溫度范圍內(nèi)。低質(zhì)燃油存在著穩(wěn)定性問(wèn)題在貯存或混兌會(huì)產(chǎn)生油泥狀沉淀。在貯油艙/柜中的燃油易凝固必須經(jīng)常加熱和保持一定的溫度以便用油泵有效的輸送。在沉淀柜中要加熱到5070°C以提高沉淀效果和減粘為安全起見(jiàn)一般保持在低于閃點(diǎn)10°C以下。為使噴入氣缸中的燃油有合適的粘度以確保燃燒質(zhì)量對(duì)噴油泵前的燃油加熱十分重要。對(duì)中低速柴油機(jī)而言霧化加熱器的加熱溫度應(yīng)使重油粘度降至1225m /s考慮到壓力升高會(huì)使粘度增大以及經(jīng)管路到噴油器有溫度降加熱溫度應(yīng)再提高1015°C一般加熱到100150°C。以上各處的加熱溫度可通過(guò)加熱蒸汽量來(lái)調(diào)整。此外在燃油系統(tǒng)要不斷地

15、循環(huán)加熱尤其是對(duì)使用劣質(zhì)油機(jī)動(dòng)用車船舶在停車時(shí)也要進(jìn)行。 3.3 科學(xué)地使用燃料油添加劑 各種不同的柴油機(jī)燃油其性能相差很大即使是同一種燃油由于產(chǎn)地不同其性質(zhì)亦有差別。這將給柴油機(jī)使用這些燃油造成困難。為了盡量縮小這種差別并提高各種燃油的性能合理地在燃料油中加入添加劑如助燃劑主要作用可以輔助燃燒并中和硫化物減輕煙度剝離碳渣燃油管理添加劑主要調(diào)整燃油的供油、貯存、泵送、凈化及噴射性能燃油中添加分散穩(wěn)定劑就是添加原油在煉制過(guò)程中被破壞的活性劑旨在影響燃油中瀝青烯微粒的溶解性同時(shí)分散穩(wěn)定添加劑有效地提高船用“渣油”調(diào)合油的整體穩(wěn)定性減少沉淀。長(zhǎng)期使用分散穩(wěn)定添加劑還可以消解往年積累的沉淀物從而減少清

16、除儲(chǔ)存柜、管路、系統(tǒng)中油泥的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用十六烷增長(zhǎng)劑其主要作用能提高燃油的十六烷值燃油添加劑的添加量很少一般僅為燃油消耗量的千分之幾而對(duì)于節(jié)約能源費(fèi)用、船舶管理費(fèi)用及設(shè)備維修費(fèi)用等方面卻有一定的功效。 3.4 加強(qiáng)分油機(jī)的管理提高分離效果 燃油的凈化主要依靠分油機(jī)的分離來(lái)實(shí)現(xiàn)。劣質(zhì)燃油不僅粘度高、密度大而且渣滓特別多進(jìn)入分油機(jī)前往往要加熱到95°C以上使得分油機(jī)的工作條件越來(lái)越惡劣而且為了把密度相近的重油和水分離要求分油機(jī)高轉(zhuǎn)速有的達(dá)到每分鐘9000轉(zhuǎn)以上給分油機(jī)的養(yǎng)護(hù)帶來(lái)挑戰(zhàn)。分離劣質(zhì)燃油時(shí)應(yīng)該常加入熱水清洗水量約為分離量的1%以便去掉燃油中水溶性灰分。一般來(lái)說(shuō)分油機(jī)除了進(jìn)行必要的

17、清洗維護(hù)外應(yīng)保持24小時(shí)循環(huán)分離。 分油機(jī)的安裝使用方式有兩臺(tái)分油機(jī)串聯(lián)和并聯(lián)兩種各有利弊。一般來(lái)講串聯(lián)運(yùn)行比較可靠但從使用效果來(lái)看并聯(lián)比串聯(lián)好尤其當(dāng)發(fā)現(xiàn)分油機(jī)不能保持水質(zhì)、超負(fù)荷或排渣量過(guò)多時(shí)應(yīng)該改為并聯(lián)運(yùn)行。并聯(lián)法在分油機(jī)減少分油量時(shí)不影響燃油的供給量。因此燒用劣質(zhì)油時(shí)建議使用并聯(lián)法。 3.5 輪機(jī)人員應(yīng)充分了解油類知識(shí) 輪機(jī)人員應(yīng)充分掌握油類性能參數(shù)的意義和作用同時(shí)也要掌握柴油機(jī)對(duì)劣質(zhì)燃油的質(zhì)量限制和船用燃油的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。了解各地供應(yīng)商所提供劣質(zhì)燃油的質(zhì)量情況建議在使用中應(yīng)多考慮以下幾個(gè)方面 1) 催化劑顆粒的影響 2）硫的影響 3）瀝青質(zhì)的影響 4）芳香烴指數(shù)CCAI的影響 5）著火點(diǎn)延遲影響 6）不同壓力下液體粘度變化規(guī)律。 以便在訂購(gòu)燃油時(shí)對(duì)燃油質(zhì)量的控制在使用中根據(jù)各影響因素合理采取措施。 3.6 加強(qiáng)對(duì)相關(guān)設(shè)備工況的監(jiān)測(cè)縮短保養(yǎng)周期及時(shí)進(jìn)行維修保養(yǎng)由于劣質(zhì)燃油品質(zhì)差、使用溫度高、出現(xiàn)后燃和后燃物較多等增加噴射設(shè)備的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷加劇柱塞偶件和針閥偶件的腐蝕和磨損影響噴油設(shè)備的工作可靠性和使用壽命同時(shí)容易造成分油機(jī)、濾器和高壓油泵臟堵、排氣閥、活塞環(huán)和環(huán)槽以及氣缸磨損嚴(yán)重、透平增壓器臟堵和磨損等因此燃用劣質(zhì)燃油時(shí)必須進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備的工況檢測(cè)與分析和設(shè)備維修保養(yǎng)。 在日常管理工作中對(duì)有關(guān)工況參數(shù)適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整如低負(fù)荷時(shí)適當(dāng)提高缸套水溫度和空冷器