船用劣质燃油的危害及其控制措施

1、船用劣质燃油的危害及其控制措施 摘要 由于原油价格上涨和供应情况不稳定迫切需要努力节减燃油的消耗此外为了满足对轻质燃油不断增加的需求量在石油提炼中大量采用分解等方法同时重视对劣质燃油的利用。航运公司和运输船舶为降低燃油费用提高经济性选用劣质燃油为燃料现在大部分船舶燃用劣质燃油趋于普及。本文浅析了劣质燃油特点、限制性能、要求以及使用过程中的主要问题等分析了影响劣质燃油性能的因素分析了使用中对船舶柴油机及相关设备产生的危害以及危害产生的机理提出了船用柴油机使用劣质燃油应采取的技术与管理措施。并从改善劣质燃油燃烧前性能指标、加强燃油系统的管理、加强维修保养、完善柴油机操作运行管理以及采取的相关管理技

2、术等方面来论述如何加强船舶的运行管理以确保柴油机及船舶的安全运行达到降低成本提高经济效益的目的。 引言 劣质燃油的使用是船用柴油机发展中的一项重要技术成就使用劣质燃油可以大幅度降低船舶的营运成本随着近年来石油价格的不断飚升燃油费用在船舶营运成本中占有很大的比例为了适应航运企业之间的激烈竞争争取更大的利润和占据市场份额使船用柴油机使用劣质燃油成为一项普遍采用的技术同时劣质燃油的使用也带来许多问题。由于劣质燃油密度大粘度高成分复杂发火性能差导致柴油发动机机械负荷和热负荷增加燃烧性能恶化使得柴油机的排气温度升高烟度增加汽缸结炭严重。此外船舶排放的废气主要有NOx、SOx、COx等其中NOx和SOx对

3、环境和人体的影响最大。特别是二氧化硫排放后在大气中的氧化过程并与云中的水雾结合形成酸雨对植物的生长产生严重的危害。而NOx排放的主要成分是NO它也会子大气氧化而形成酸雨但它对人类及动物造成的危害和影响确实极其严重的。同时氮氧化物还是形成光化学烟雾的起因物质之一。目前由于在管理上缺乏一定的知识和经验加上劣质燃油的品质进一步下降虽然燃用劣质燃油降低了成本但在一定程度上也增加了管理费用和维修费用更重要的是燃用劣质燃油使柴油机可靠性下降这对安全生产是极为不利的。这就给我们轮机管理人员如何管理好柴油机确保这些机械能够长期有效的运行提出更高的要求。 1 船用劣质燃油特点及对设备的影响 船用劣质燃油特点 1

4、）粘度高 劣质燃油的粘度可高达700m/s甚至更高。这给劣质燃油在贮存、输送、净化和雾化过程中带来一些困难。 2）密度大 劣质燃油的密度可高达0.94g/ cm,1.06g/c m 劣质燃油净化困难雾化不良油滴穿透距离远造成燃烧不良且容易产生结碳。 3）劣质燃油成分 劣质燃油成分复杂含有较多的机械杂质、水分、灰分、硫、沥青和钒、钠等有害物质。 4）劣质燃油着火性 劣质燃油的十六烷值很低着火性很差。 尽管劣质燃油进入柴油机前经过沉淀、分油机净化处理、过滤等但进入柴油机内的燃油中有害物质仍然存在这就必然对柴油机的各种机器部件造成损害。据统计显示柴油机燃用劣质燃油后产生的故障起因主要来源于两方面其一

5、是喷射系统偶件的磨损引起喷油嘴漏油以及喷射压力和喷射时间发生改变喷孔的磨损和阻塞引起燃油雾化不良破坏了油束与燃烧室形状的正常配合导致燃烧恶化和供油延迟其二是劣质燃油发火性能不佳例如不使用添加剂仅采用增大喷油提前角的方法来改善其发火性能虽然燃油中的沥青和残碳是导致积碳的内在原因而燃烧不良则是严重结碳的主要原因所以喷射系统故障加上劣质燃油发火性能不佳两者叠加使燃烧进一步恶化导致严重结碳一方面引起活塞环粘结失去弹性丧失密封性使燃气下窜使活塞环烧蚀另一方面使燃烧室和排气温度过高引起活塞头气缸和排气阀烧蚀和高温腐蚀。 2 影响劣质燃油因素 2.1 燃油质量下降 目前燃料油的质量比90年代同类级别的已经有

6、很大差别主要是其品质进一步降低由于炼油技术的快速发展催化裂化、加氢裂化技术的提高燃料油质量仍将继续恶化。使用传统的标准燃料油时按粘度订油对轮机员是实用的现今生产的燃料油其粘度本身已不足以限定为所需的燃油质量。一般认为按照说明书所规定的油能保持柴油机正常、可靠的运行。目前市场上出售的燃料油同等级的品种繁多虽然粘度都是1000S但各生产厂家所提供的油其内在品质却有很大的区别。 2.2 催化剂颗粒及灰分影响原油中自然含有的铝、硅元素含量是很少的。在劣质燃油中含有大量的铝、硅往往是催化裂化渣油带来的氧化铝及硅酸盐催化颗粒这些微粒进入柴油机就会大大加剧活塞环及气缸表面的磨损导致气缸套、活塞环以及燃油泵和

7、喷油器的磨料磨损和异常磨损。另外钠钒结合的氧化物熔点低且经常粘附在排气阀及阀座上造成斑点状腐蚀在高温排气吹动下会增加腐蚀程度。灰分是在规定条件下燃油完全燃烧后剩余物的重量百分比。灰分包括燃油净化处理没除掉的固体粒子、水溶性金属盐和油溶性金属有机化合物燃烧后形成的金属氧化物和金属盐等。它们的危害主要是起做磨料的作用加剧了气缸的磨料磨损。 2.3 芳香烃指数CCAI对劣质燃油影响 芳香烃是一种不饱和的环状结构。其碳原子间由单键和双键交替连接芳香烃分子结构坚固热稳定性比脂肪烃和环烷烃都高燃烧最为困难。从产生结碳以致发生机械故障的角度出发更应该重视燃油的沥青分即沥青占燃油的百分数。沥青质以芳香烃为主的

8、成分很难燃烧致使排气冒黑烟易结碳引起缸套和活塞严重磨损、活塞环断裂、燃烧室积垢等故障。 近年来许多科技人员对如何判断燃料油的着火性能做了大量工作发现各种燃油的着火性能与它本身具有的芳香烃CCAI关系十分密切。CCAI对燃油滞燃期、效率、最高压力升高比、废气排放物、燃烧部件温度有直接影响。 为了使用方便已将CCAI与油的密度、粘度的函数关系制成图标以利查对。现介绍CCAI的诺谟图如下1.1图所示。其中左边纵坐标为油的密度右边纵坐标为油的粘度中间纵坐标为CCAI值。只要知道了油的密度和粘度可在图中定下密度的点及粘度的点用直线连接这两点中间与CCAI坐标的交点即是该油的CCAI值。大多数船用燃油的C

9、CAI值在800900之间。依据燃油CCAI4值适时适度调整可变喷射时间装置Variable Injection Timing,VIT,可改善燃烧节省耗油量。实践经验显示燃油CCAI值超过870燃烧延迟加长必须考虑燃油燃烧情况和爆炸压力相应调整(提前燃油喷射定时否则排气温度上升燃烧室积碳。Shell公司提出的计算方法ISO 82171996也推荐使用CCAI计算为 CCAI=81141lglg(v+0.85)483lgt+273/323其中表示燃油的密度v表示燃油的流动速度t表示燃油的温度。油粘度计合理设定燃油进机粘度值。 2.5 着火点延迟的影响 劣质燃油的着火点延迟在低速机中几乎不成问题而

10、在柴油机转速超过400RPM时着火点延迟的影响就逐渐表现出来。转速越高着火点延迟的影响就越大使柴油机后燃严重排气温度过高热负荷上升。在使用中采取了增大喷油提前角的方法来改善燃烧质量以减轻后燃严重现象因喷油凸轮的供油规律没有改变在滞燃期中喷油过多导致燃烧粗暴最大爆发压力过高机械负荷增大。 2.6 残碳值的影响 燃油在隔绝空气条件下加热干馏最后剩下的一种鳞片状碳渣物成残碳。残碳中包括了机械杂质和灰分。当然用残碳值较大的燃油时将在燃烧室产生较多的结碳使热负荷增加引起过热、磨损缩短柴油机的维修周期。 2.7 倾点的影响 倾点是油品低温流动性的一种指标。低温流动性通常取决于两个因素一是粘度随温度下降而增

11、高二是油品中原来呈溶解状态的石蜡分子因温度下降而已固体结晶析出。对于重质燃油而言倾点更多地是指蜡质析出而丧失流动性的温度。倾点高低温流动性差使用中会影响泵送和过滤。3 劣质燃油改善措施 3.1 严格把关加油妥善储存以防燃油变质 加油前必须先了解所要加装燃油的规格和特性测量所有的油舱存油同品种或同一次添加的燃油尽量“并舱”以减少混油报轮机长以拟定详细的加油计划表。加油前尽量倒出空油舱存油好处 1）避免不相容的燃油混合后变质混油率20%一般会产生严重变质危害很大。 2）质量和数量便于确定。 燃油密度要适合燃油分油机的分离能力 燃油发火质量要满足柴油机制造厂对燃油发火质量的要求。严禁将不同性质的油混

12、装在一起以免发生不相容问题而导致大量沥青析出沉淀。燃油一般都储存在双层底油舱内。油品不同要分舱储存。重油舱中设有蒸汽加热管可以将重油加热以便驳运。燃油舱的驳运温度应加热到其油品的浊点以上但不要太高以免油气挥发及产生其他不良后果劣质燃油不要长期储存以免氧化变质产生淤渣。在存储过程中要避免燃油储存长期过热或时冷时热过热可能破坏燃油的稳定性加温时冷时热会导致燃油中蜡质的大量析出。此外应经常对沉淀柜、日用油柜进行排放污水定期清洗燃油滤器确保燃油清洁。3.2 燃油系统应有足够的循环和加热能力 目前船舶柴油机所用燃油的极限粘度已达7000s Red.NO1。劣质燃油的 比重大残碳值高所含的沥青质、硫分、钒

13、、钠、灰分、水分和其他机械杂质也要大得多。此外由于产地不同、某些劣质燃油的凝点或倾点也会升高。这就给燃油的管理和使用带来了不少新问题。由于劣质燃油粘度大和凝固点高为使燃油系统在燃油储存、泵送、分离、喷射雾化等过程中保持合理的粘度进机燃油的粘度过高或过低均会对柴油机正常运行产生不利影响因此对燃油进行加热是一项十分重要的工作海船上大多采用蒸汽加热为确保安全规定使用饱和蒸汽。加热温度随燃油的使用粘度要求而异一般采用分段加热法燃油加热和高温燃油处理系统各处的温度必须控制在要求温度范围内。低质燃油存在着稳定性问题在贮存或混兑会产生油泥状沉淀。在贮油舱/柜中的燃油易凝固必须经常加热和保持一定的温度以便用油

14、泵有效的输送。在沉淀柜中要加热到5070C以提高沉淀效果和减粘为安全起见一般保持在低于闪点10C以下。为使喷入气缸中的燃油有合适的粘度以确保燃烧质量对喷油泵前的燃油加热十分重要。对中低速柴油机而言雾化加热器的加热温度应使重油粘度降至1225m /s考虑到压力升高会使粘度增大以及经管路到喷油器有温度降加热温度应再提高1015C一般加热到100150C。以上各处的加热温度可通过加热蒸汽量来调整。此外在燃油系统要不断地循环加热尤其是对使用劣质油机动用车船舶在停车时也要进行。 3.3 科学地使用燃料油添加剂 各种不同的柴油机燃油其性能相差很大即使是同一种燃油由于产地不同其性质亦有差别。这将给柴油机使用

15、这些燃油造成困难。为了尽量缩小这种差别并提高各种燃油的性能合理地在燃料油中加入添加剂如助燃剂主要作用可以辅助燃烧并中和硫化物减轻烟度剥离碳渣燃油管理添加剂主要调整燃油的供油、贮存、泵送、净化及喷射性能燃油中添加分散稳定剂就是添加原油在炼制过程中被破坏的活性剂旨在影响燃油中沥青烯微粒的溶解性同时分散稳定添加剂有效地提高船用“渣油”调合油的整体稳定性减少沉淀。长期使用分散稳定添加剂还可以消解往年积累的沉淀物从而减少清除储存柜、管路、系统中油泥的维护保养费用十六烷增长剂其主要作用能提高燃油的十六烷值燃油添加剂的添加量很少一般仅为燃油消耗量的千分之几而对于节约能源费用、船舶管理费用及设备维修费用等方面

16、却有一定的功效。 3.4 加强分油机的管理提高分离效果 燃油的净化主要依靠分油机的分离来实现。劣质燃油不仅粘度高、密度大而且渣滓特别多进入分油机前往往要加热到95C以上使得分油机的工作条件越来越恶劣而且为了把密度相近的重油和水分离要求分油机高转速有的达到每分钟9000转以上给分油机的养护带来挑战。分离劣质燃油时应该常加入热水清洗水量约为分离量的1%以便去掉燃油中水溶性灰分。一般来说分油机除了进行必要的清洗维护外应保持24小时循环分离。 分油机的安装使用方式有两台分油机串联和并联两种各有利弊。一般来讲串联运行比较可靠但从使用效果来看并联比串联好尤其当发现分油机不能保持水质、超负荷或排渣量过多时应

17、该改为并联运行。并联法在分油机减少分油量时不影响燃油的供给量。因此烧用劣质油时建议使用并联法。 3.5 轮机人员应充分了解油类知识 轮机人员应充分掌握油类性能参数的意义和作用同时也要掌握柴油机对劣质燃油的质量限制和船用燃油的国际标准。了解各地供应商所提供劣质燃油的质量情况建议在使用中应多考虑以下几个方面 1) 催化剂颗粒的影响 2）硫的影响 3）沥青质的影响 4）芳香烃指数CCAI的影响 5）着火点延迟影响 6）不同压力下液体粘度变化规律。 以便在订购燃油时对燃油质量的控制在使用中根据各影响因素合理采取措施。 3.6 加强对相关设备工况的监测缩短保养周期及时进行维修保养由于劣质燃油品质差、使用温度高、出现后燃和后燃物较多等增加喷射设备的机械负荷和热负荷加剧柱塞偶件和针阀偶件的腐蚀和磨损影响喷油设备的工作可靠性和使用寿命同时容易造成分油机、滤器和高压油泵脏堵、排气阀、活塞环和环槽以及气缸磨损严重、透平增压器脏堵和磨损等因此燃用劣质燃油时必须进一步加强设备的工况检测与分析和设备维修保养。 在日常管理工作中对有关工况参数适当进行调整如低负荷时适当提高缸套水温度和空冷器的扫气温度