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船用燃料油问题探讨(一)

  • 分类:技术新闻
  • 作者:贻贝专家委员会
  • 来源:贻贝MarinSmart船海服务平台
  • 发布时间:2022-07-19 17:58
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【概要描述】

船用燃料油问题探讨(一)

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船用燃料油问题探讨(一)

 

2022年上半年,世界知名燃油检测公司VPS(Veritas Petroleum Services)、劳氏专业燃油检测服务FOBAS多次发布针对多个供应商3、4月份在新加坡地区提供的HSFO和5、6月在ARA地区提供的VLSFO的预警通函,通函中指出船舶主辅机在使用这些地区加注的船用燃油后喷油嘴和燃油泵损坏、船舶失电并随后失去动力等情况发生;行业媒体也连续跟踪报道了今年的多起船舶在新加坡、阿姆斯特丹、鹿特丹、安特卫普等全球多个港口加注的HSFO/VLSFO受到酚类、苯乙烯类、醇类和酮类化合物等高浓度氯化有机化合物污染事件,导致了受油船舶的燃油泵、柱塞和套筒造成腐蚀、卡阻等燃油系统故障,从而引起了船舶失去动力以及全船停电,给船员、船舶和环境带来了严重安全威胁。

对船舶运营商来说,燃油污染事件不仅产生了船期延误,而且还带来租用拖轮、驳油清舱、拆解维修、备件物料等费用支出问题。

此次船用燃油污染事件,让人不禁回想起2018年美国休斯敦燃油污染导致了数百条船舶受损以及IMO 2020全球限硫规定强制生效的初期,“问题燃油”从美国休斯敦、巴拿马国际船舶燃油加注中心、新加坡等地迅速蔓延到了荷兰、香港、中国、韩国以及北亚多个港口,造成数百艘船舶因使用劣质燃油而出现了各种各样的机械故障,诸如有较为简单的燃油分层淤积、燃油滤器堵塞、分油机脏堵的问题,也有导致燃油喷射泵故障、“超磨”“红砖”现象、主机故障停车、全船停电、船舶搁浅的大问题。限硫新规实施仅仅一个月的时间,就有近200家大大小小的船东和船管公司因燃油质量问题给船舶安全运营造成的损害而起诉燃油供应公司,航运业当时面临着一场空前大混乱,其灾难程度不亚于一场瘟疫!

船用燃料油的使用安全问题,令船东、船管、船员们大伤脑筋,那么频发的劣质燃油事件问题究竟出现在哪儿?

2020年限硫新规的实施,对从炼厂、燃料供应商、航运公司、船东,一直到船厂、造机厂、船舶配件、润滑油和燃油添加剂供应商等整个行业带来巨大影响。炼厂(船用燃油仅占全球炼厂产能的5%)对待燃油生产与供应的方式与航运公司之间存在着严重的脱节现象:炼厂希望通过生产附加值更高的汽柴油以及化工产品供给船用燃油以外的领域,以此来最大限度地提高自身的经济效益,而航运公司则要求使用在航行期间不会出现任何安全问题且价格便宜的低硫燃油。

炼厂生产低硫燃油的加工工艺不存在技术问题,关键是采取措施降低硫含量,自身成本会上升;另外,炼厂使用更低硫含量的原油进行低硫油的炼制,这意味着将使用更高蜡含量的石蜡基原油,因为低硫原油往往比高硫原油具有更高的蜡含量,使用低硫原油炼制的低硫燃油将使船舶面临着燃油低温流动性对低温流动响应的挑战。

当时炼厂炼制或调和的合规且合用的低硫燃油对整个航运市场来说杯水车薪,根本无法满足航运市场的需求。船用燃油市场化充分,供油行业门槛低,引来了形形色色、大大小小发公约财的调油小企业、小作坊快速入场,调和混兑的含硫量低于0.5%的“鸡尾油”成了主要合规燃油的供应来源,导致的低质/劣质燃油泛滥,船东加不到质量好的低硫油,又难以停航,于是,全球船用燃料油市场供需矛盾引发的恶果呈现出大面积爆发态势。

经多家燃油专业检验机构以及国际航运协会等组织确认,市场上的“问题燃油”使用了不常见或禁止的组分来降低硫含量或者含有“超级污染物”或其它“有害”化学物质,如苯乙烯、酚类化合物以及其它与塑料相关的化合物,这些成分在此前一般不要求被检测,所以样品可以顺利通过实验室检测,“堂而皇之”地成为了合规低硫燃油被供船,这种含有“超级污染物”低硫燃油成为船舶一系列严重安全问题的罪魁祸首!

按照ISO 8217和新增加的ISO 23263标准并不能检查出这些问题燃油所存在的问题,而都是在船舶出现机损事故之后才被用其他更深入的方法所检测出来的,如用于有机污染物分析的GCMS检测——Gas Chromatography Mass Spectrometry气相色谱质谱联用仪,使用GCMS能够最终检测并确认污染物的种类以及含量,这就需要多增加一步检测流程,而GCMS检测并不属于常规检测步骤,目前只有少数一些实验室拥有相应的设备。

一般情况下船东在燃油加注后只有2~4周之间的提出索赔的时间限制,GCMS检测需要较长的等待期,这可能会导致船东错过对燃油质量问题提出索赔的最后期限。

由劣质船用燃料油引发的油泥沉淀、析蜡、滤器堵塞断油、分油机瘫痪、过度磨损、腐蚀、拉缸等问题是所有船舶都会面临的技术和安全问题,引起了业界广泛关注。贻贝MarinSmart船海服务互联网专家委员会为此专门成立了“船用燃料油调研组”,专程到一些船用油品生产企业进行实地走访和交流研讨,发现大多数企业的生产过程是根据市场需要及产品标准,将不同组份原料油按照测算比例,在终端储罐中进行搅拌生产“鸡尾油”,然后再加装到船上。众多案例表明,这些调和“鸡尾油”在开始时符合规范,但由于其指标更接近于不稳定的边界以及调和油浆的含量增加导致的燃料不稳定,使燃料在整个使用寿命中,会变得不合格。

因为限硫新规实施的太快以及含硫量降幅太大,这给炼油厂/调油商带来了压力,它们通常采用不兼容的组份来生产价格合理的低硫船用燃料,这些调合组分在结构上是不相似的,经过一定的时间、温度或混合的情况下会发生分离。在更复杂的调合中,船用燃料可能是经过了多次的精炼过程而失去了石油中大部分的自然稳定性和品质,从而导致了船用燃料油的可操作性和性能问题。

除了合规的调和组分(石油基组分)外,船用燃油的调和中会出现很多禁止的组分:植物油、动物脂肪、非石油制品(煤焦油、页岩油等非石油烃)、废润滑油(钙>30,且锌或磷>15)、化工废料、有机酸和其它非石油级组份等,尽管这些“鸡尾油”在硫含量方面满足要求,但在杂质、水分、闪点、兼容性等其它理化特性方面带来了低温流动性、稳定性、污染物质、残留催化颗粒(Cat-fines) 、脂肪酸甲酯(FAME)和含硫量等多方面的问题,在使用中会出现析蜡现象及沥青沉淀、低硫油密度及粘度变化范围大、润滑性、稳定性及兼容性不足、燃烧性能及流动性变化、酚酯类及微生物超标、残留催化颗粒含量高等问题,引起船舶燃油系统设备故障、发动机性能受限或异常、港口国检测不合格等问题。为此,设备制造商和船舶管理公司不断发出指导通函,检测化验机构、海上保险机构以及行业协会也纷纷提出警示。

很多船舶使用新型低硫燃油后,发现低硫燃油性质跟想象中的不太一样,跟传统残渣型燃油的处理方式和燃烧状况差别也比较大,对业界相关行业乃至整个产业链带来了巨大影响。

为了更好地让船东、船舶管理者和船员识别、预防和/或缓解船用燃油引发的这些问题,对燃油的加装、储存、驳运、转换和使用等方面可能影响安全的操作进行充分评估和采取必要的控制措施,贻贝专家委员会通过对大量事故案例进行剖析、走访船东、海事部门、船舶燃油生产与供应企业、石油化工教学科研单位等各相关方,收集汇总与船用燃油有关的信息,经综合研究分析,提供以下建议供参考:

首先强调的是:船用燃料油引发的船舶安全事故不断,有些事故是燃油质量低劣所导致,而有些事故与船舶本身的管理和操作是脱不了干系的!

 

燃油质量控制和衡量

ISO于2019年8月在其官网发布了ISO23263:2019公开可用规范,该文件都是些笼统性建议,除了硫含量由3.5%改成0.5%外,没有对ISO 8217技术附表中其它指标进行更新。

目前船用油品质量控制和衡量:

(1)用国际标准控制质量

船用燃料规格ISO 8217:2017和低硫油ISO23263:2019公开可用规范(PAS——Publicly available specification);

(2)用国家标准衡量内贸船用燃料油质量

船用残渣型燃料油,一般均以GB/T 17411:2018为标准,是滞后按照国际标准ISO8217执行的,没有强制性的企业及行业标准;

(3)以供应商提供的企业标准为准绳

供应商根据长期的供货需求,面向广泛的用户提供自身经过科学整理的长期质量承诺指标,供客户选择使用。这个指标在供应商的标准化管理下,形成稳定可靠的企业标准;

(4)用供受双方协议标准控制质量

船东或用户根据自身的要求提出质量指标要求,油商根据自身能力进行承诺(纳入供油合同)的协议标准;

针对0.5%的低硫燃油,在所有的标准中没有,但在实际应用对发动机安全产生重大影响的定量指有:

1、 酚类含量

2、 气缸润滑油(CLO)适用性

3、 燃烧质量

 

信息收集和利用

除了燃油供应商提供的燃油各项参数和特性,如粘度、密度、残碳值、倾点外,尽可能要求供油商和采购商提供对船上操作有帮助的信息,为船员提供实用、详细的燃油管理建议,以便船员有充分的准备和采取相应的措施去识别处理与特定燃油属性和特征有关的潜在安全和操作问题;

注意外界经验、通函及指南的收集和学习,要密切关注不同港口对燃油转换、排放限制的要求;

需要有足够的具有一定法律效力的文件(BDN、MSDS、化验报告等)来确保燃油的成分和质量可以追踪溯源,确保整个燃油加装、化验等环节没有意外或人为篡改;

航海日志、轮机日志、油类记录簿、硫分记录簿等各种记录要符合记录要求。

 

燃油的选用、加装与化验

船用燃油事故案例中油舱和沉淀柜中的固态油泥无法泵送占有一定的比例。大多数问题不是由船舶操作引起的,而是在燃油刚加到船上时就已经开始出现不稳定现象以及环境变化带来的结果。

船东或租家需要对船舶将在一个怎样的温度范围内航行以及使用的燃料油的质量和特性必须有十分确切的了解,即使是同一等级的燃油,在寒冷的温度下也可能有不同的反应,有一些可以自由流动不受影响,有些可能对船舶有灾难性的影响,一定要从知名的声誉较好的油商处购买符合ISO 8217和ISO23263标准的燃油,并且应在燃油购买合同中明确燃油低温流动方面的特别要求。

在选购船用燃油时,应对燃油的密度给与足够的重视。燃油的密度(密度既是计量参数,又是质量指标)数值的大小与其化学成分和馏分组成有关,在使用中有非常重要的意义。一般而言,密度过高的燃料油,其质量热值相对较低。

在油品质量控制中,密度反映了油品的轻重,可以粗略判定油品的品种、质地及混油状况,对船用燃油来说,密度越大,高沸点成分越多,胶质沥青质越多,质量越差。在粘度一定的情况下,密度越大,着火质量下降。

简单判断法:同样密度的燃油,要选择粘度高的;同样粘度的燃油,要选择密度低的。

为了充分了解燃油的质量,一定要把在整个加油过程中通过连续滴漏所取的油样送去化验(有些港口代理不安排邮寄,可以利用其它渠道),这样能够早期的检测到问题,采取防范措施,防范永远比补救要节约时间和资金!船舶留存的油样应妥善保存到该燃油全部用完后一年,如果发生争议需要保存到争议解决为止;

仔细研读燃油化验报告,由于低硫油的粘温特性具有不可控性,所以在使用时一定要等到收到燃油化验报告后再使用。

 

温度控制

对于船用燃油的储存、分离和使用温度都可以在燃油化验报告中查到。根据不同种类燃油的特性和燃油化验报告,科学而谨慎地选择燃油的加热温度:

燃油储存:储存是燃料处理中的第一步,也是最重要的一步,温度、时间和混合都会影响燃油的稳定性。油舱不用时,加热温度要尽量低一点,但无论何时,都要保持在倾点以上10℃左右,以防析蜡;由于低硫油的稳定性差,而且随着温度升高,油泥产生速度就加快;对于装载粮食的船舶,油舱温度过高,还会造成粮食损坏变质;低硫燃油可能具有闪点低的特性,需要注意其加温温度,避免产生挥发油气,导致发生火灾或爆炸;采取措施对燃油舱柜的催化剂颗粒、机械杂质、水份和微生物监测,防止燃油舱柜积聚油泥和水分,如保持沉淀柜85℃和日用柜温度在90℃以上,并加强对其放残的频率并制度化此项要求;通过使用燃油添加剂可以再平衡燃料和恢复其稳定性,捕获氧化物质并防止其进一步老化并形成污泥,解决燃料中的本质问题,从源头上防止了燃烧性能问题。

燃油净化:低硫燃料油的催化颗粒含量不但比之前的高硫渣油含量高,并且颗粒趋于微小化,给传统的分离方式造成很大的挑战,需要分油机厂家、主机厂和油料供应商给出有效分离催化颗粒的指导意见。

在油泥不多的情况下,通过滤器、分油机,能有效减少铝、硅含量;若油泥量过多、含有酚类粘稠状物、微生物污染或燃油变质时,催化剂颗粒的净化率会很低。

结合低硫油的密度一般比高硫油低的特点,对于分油机比重环的选择也要结合燃油化验报告予以考虑,以避免跑油,同时保持最佳分离效果和尽量小的分离量;“鸡尾油”对高温敏感,不能随意提高分油机油温,如果温度太高,可能会出现馏分油组分分化、氧化(老化)和蒸发的现象;如果温度太低,分离效果差,增加排污与污泥量,且无法有效去除催化剂颗粒和其他有害杂质;分离的流量和温度控制至关重要,两台分油机以最小的安全分离量并联使用,效果会更好;

稳定分散剂可以帮助催化剂颗粒的净化,实验数据表明燃油经过添加剂的处理之后再过分油机,其中的催化剂颗粒的数量会大大减少。

相关参数:船员对燃油各项参数要有足够的认识,熟悉浊点CP - Cloud Point析蜡前的警告、倾点PP - Pour Point能够流动的最低温度、冷滤点CFPP - Cold filter Plugging Point通过滤器的最低温度等概念,一般情况下,倾点比凝点高3℃左右,倾点不高于30℃。

严格按照燃油化验报告中提及的储存、分离、喷射温度(11-12 cSt对应的温度)等指标要求进行操作。在驳运过程中将油温保持比CFPP至少高1℃ 的水平以防止析蜡堵塞滤器;在CFPP和PP之间的温差一般只有5到10度,燃油的使用温度至少应高于浊点 3-5℃。

 CIMAC(国际内燃机委员会)建议燃油储存温度高于倾点10℃,但尽量不要超过30°C,以防高温会导致低粘度燃料成分分化。

燃油转换:船舶的燃油系统、机械设备一般都是基于高硫残渣油/船用柴油设计的,低硫燃油在船舶上的使用给燃油系统和船用燃油设备来带来了巨大的挑战,低硫燃油的预处理和转换是保证燃油系统和设备安全非常关键的一步。

船上要有燃油转换指南和完善的换油程序,操作人员要熟悉如何有效实施这些指南和程序,特别是粘度差异较大的燃油间的切换,需要及时调整控制温度,并考虑分油机是否需要做调整;

在船舶高、低硫油(轻、重油)转换过程中,实施严格粘温控制:一是注意燃油粘度变化,尽可能控制燃油进机时的粘度在11~12cSt的范围内;二是温度变化梯度不要超过每分钟2℃;三是在换油时,主机负荷控制在25%~40%的持续负荷,以防止柱塞偶件卡死;四是特别注意从低粘度油到高粘度油转换时的温度控制。

在切换不同批次燃料油时,要尽量将沉淀柜及日用柜里的旧油消耗完或通过放残管路将油放净,最大可能减少混油风险;对于船上有两种燃料油的情况,要先加先用,减少燃油分层或微生物污染的可能。

 

下期预告:粘度控制、兼容稳定问题、析蜡问题

(敬请期待)

文章作者:贻贝专家委员会

 

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