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船用燃料油问题探讨(二)

  • 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:2022-09-19 10:11
  • 访问量:

【概要描述】

船用燃料油问题探讨(二)

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2022

 

船用燃料油问题探讨(二)

(贻贝专家委员会)

 

 

 

粘度控制

不同种类的燃油对主机的影响变得更加复杂化,需要实施有效的监控措施来避免事故损失;对于不同批次燃油的粘度差异,需要掌控温度的变化和进入主辅机的粘度(燃油供应商可以提供燃油粘温曲线对照图表);对喷入柴油机前的粘度把控很重要,否则可能造成燃烧不良、积碳、油泵故障等问题。粘度低的燃油相对比较容易分离杂质,但可能会导致油泵泄漏、磨损或卡死,操作人员应密切关注设备的工况。

 

针对粘度问题,有以下几点需要注意:

1、没有化学方法可以解决燃油粘度问题!

2、控制好粘度非常重要:目前绝大多数说明书标定该柴油机的燃油进机运动粘度最佳保持在10~12cSt这个范围,不能低于4cSt,这也是很多船舶管理公司机务对船上轮机长的硬性要求,能保持这样的燃油进机粘度范围,相对出现的问题较少。

3、粘度低的燃油相对比较容易分离杂质,但过低的粘度会因润滑性能变差而导致燃油喷油设备精密偶件间磨损内漏加剧甚至咬死;高压油泵柱塞偶件间的泄漏随磨损间隙加大而增加,导致火灾风险增加、系统油压降低甚至出现断油的风险,影响柴油机性能甚至停车;低粘度的燃油可泵性较差,会使得原系统配置的泵的流量减少,进而使柴油机发不出全功率甚至停车、发电机跳电等现象;粘度低以及润滑性能差,最终造成因喷油压力不足、喷油器漏油、油嘴结碳、点火失败、启动及低速运转困难等燃烧不良的现象。

4、咨询相关的设备商,加强对燃油系统设备的检查测试和维护保养的频率,考虑更换适用于低粘度油的油泵、喷油嘴等,特别是超低粘度的燃油,可考虑安装燃油冷却装置;

5、较大粘度差(10~380cst)的两种油品混合,会影响燃油喷射和燃烧效率;粘度相差较大的燃油间切换,注意控制好油温;

6、不同产地的低硫油粘度变化范围很大,由此导致燃油粘温特性变化剧烈。以巴西、新加坡和中国香港三地的船舶低硫油化验报告为例,巴西低硫油运动粘度在10cSt时对应的温度是94℃,而新加坡和中国香港油样化验报告表明,在18cSt对应的油温分别在105~113℃,为了确保进机的运动粘度保持在10~12cSt,船舶柴油机的进机温度就比巴西的低硫油需要适当提高。

7、如果在低硫油的管理使用过程中,一味的强调粘度控制,而忽略了其它指标(如燃油出现汽化的温度、冷滤点、析蜡点等)的控制,同样会出现问题。

 

 

兼容稳定问题

 

 

 

为了满足MARPOL公约附则Ⅵ有关船用燃料硫含量限制的法规要求,合规燃油的混合成分原料性质、生产方式以及所用的石油馏分类型都与之前使用的燃油有所不同,可能会产生多种配方和特性,在稳定性和兼容性方面的风险相应增加。贻贝专家委员会在实地调研中发现:有部分燃油供应商不具备专业混兑设备,只是将含硫量低的添加料与高硫燃料油简单倒在一起,有的甚至在驳油船上混合,混完后直接供船,导致燃油的兼容性差和油质不稳定。再加上混兑成分粘度和密度不同,这种混合不充分的船用燃油在船舶油舱内就会出现沥青沉淀而分层。

燃油的兼容性是指不同燃油在混合时产生沉淀的趋势,是两种或多种单独稳定的燃油以一定比例混合后,形成稳定混合液的能力。由于两种燃油原料不同,催化剂不同,所以在混合后很可能产生剧烈化学反应,加速沥青质从燃油中析出沉淀,也就是所谓的油泥析出。尽管油泥析出在原先使用的高硫燃油中时有发生,但在低硫油中表现更加明显:调和燃油中低硫石蜡馏分的增加导致不相容性问题明显增加。

新型燃油可能会达到ISO要求的稳定性标准,但与其它的燃料油混合在一起很可能会变得不稳定而产生不兼容现象。由于各地区混合油品的组分差异大,油品不兼容的问题可能会很严重,不仅是不同类型和批次的油品之间会产生不兼容性,即使是同一批次油品也可能发生不兼容。目前船上采用简单易行的测试燃油兼容性的办法是美国材料试验协会(ASTM D4740)的斑点测试法,测的是目前的状态,对未来没有预期作用!

稳定性: 单一的燃油使沥青质在整体溶液中保持稳定的能力,如果出现不稳定现象,燃油就会出现分层,换句话说,燃油分层是由于燃料的不稳定性导致沥青析出沉淀造成的。在某些情况下,燃油的存储状态发生改变将影响到燃油的稳定性。

船用重质燃料油(渣油)中有沥青烯成分,一般情况下,沥青烯会悬浮在渣油里,直到这个平衡被打破,如存储条件变化或者两种燃油混合,沥青烯就会聚合在一起并析出,从而形成油泥,而且这个过程是不可逆的。沥青烯在芳香烃中比较稳定,可以保持悬浮状态,在石蜡馏分中不易稳定,蜡质会使燃油在使用过程中沥青的耐高温性能下降而析出,聚合成油泥。

燃油不稳定混合燃油不兼容会在油舱内形成浓度过大的沉淀物,造成过滤器、分油机、喷油设备乃至燃油管路本身堵塞;燃油稳定性差还会引起船舶柴油机气缸内燃烧不良、燃烧不连续、活塞环卡死、缸套异常磨损甚至拉缸停机;分层后的轻质燃油在高温加热后还有可能汽化,从而导致柴油机排气阀烧蚀,特别是对于没有自动粘度控制器的船舶更要注意。

 

 

 

解决方案:

 

 

 

1、在实践中,尽管经验法则是油品混合或顶部加装比例不能超过20%,但业内不能确保每一个油商都能严格按这个标准比例混合,因此对于船东而言,目前确保低硫调和油品达标的唯一方法是测试油样

2、加注低硫油前,一定要先彻底清除燃油舱残余的高硫油;针对LSFO稳定性与相容性差、沉淀物多的特性,尽可能减少混油。化验室化验结果显示,低硫调和油混油超过2%,引起燃油分层沉淀的风险就很大;

3、尽量不要对不同产地、不同批次、不同品质的低硫油进行混装:不同硫含量燃油交叉污染可能会导致不符合法规要求;对于来源差异大的燃油,还要避免在沉淀柜和日用柜中的混油;

4、为防止船上储存和使用过程中发生不兼容问题,建议采用独立的燃油系统;

5、有条件的话,使用燃油泵进行燃油舱内循环,舱内燃油静止间隔不要超过一周,以防燃油分层。一旦出现燃油分层,就有含硫量超标的风险

6、船上可采用便携式油品测试仪(ASTM D4740)来测试兼容性作为燃油管理参考;

7、使用燃油添加剂来改善燃油的稳定性;

 

 

 

析蜡问题

 

 

 

燃油中含有一些高熔点、在常温下为固态的烃类,它们通常在原油中是处于溶解状态,但如果温度降低到一定程度,其溶解度降低就会有一部分结晶析出,这种从燃油中分离出来的固体烃称之为“蜡”。

越来越多的机械故障的发生, 使大家开始关注这个一直存在但并没被引起重视的析蜡问题。

石蜡是石油的馏出物中的一种烃类混合物,石蜡馏分在低温下容易结晶析出,沉淀并结块。馏分油含有石蜡或蜡的颗粒,随着气温的下降,燃料油中的蜡慢慢的凝结成更大型的结构。特别是在冬季,馏分燃料油容易有蜡泥的形成。这些蜡泥浆在油舱中快速积累从而在使用中堵塞燃油过滤器,使滤器失效并导致越来越多的功率损耗事件,同时造成沥青质析出沉淀

 

“鸡尾油”是将具有石蜡沉淀可能性的低硫馏分油、传统重油(HFO)和其它合规与不合规的组分混合而成,许多组分中都存在长链烷烃,这是导致燃料中蜡形成的原因。蜡沉积开始的温度取决于燃料之间的化学成分,而化学成分又有很大的差异。测量析蜡点对于确定VLSFO燃料的低温流动风险非常重要。 石蜡不是晶体,它没有固定的熔点和凝固点,一般熔点为49~51℃。必须加热这些蜡质元素,以防止它们转变成大的蜡质晶体,这些晶体在低温下从溶液中析出,会在油舱中堆积、堵塞滤器和分油机。

目前蒸馏油中蜡形成的三个测量方法被用于评估燃料低温流动特性和蜡晶形成的可能性(浊点Cloud Point, 冷滤点Cold-filter Plugging Point,倾点Pour Point)。对于蒸馏燃料,这三种方法都可以使用,因为他们是透明燃料。但对于HFO和VLSFOs,由于燃料的高度不透明,只能使用倾点,倾点受燃料中添加剂的影响,而浊点不受影响,这是燃料的基本特性。

 

 

Cloud Point (CP)浊点——石蜡结晶开始的温度

 

浊点是析蜡前的警告,指当肉眼可以看到蜡颗粒物的凝聚,并且导致燃料油的混浊或雾状。在这个阶段要是能够采取行动,就可以避免析蜡。

析蜡点(WAT-Wax Appearance Temperature)是表征原油析蜡过程的一个重要参数。析蜡点是当燃料变冷时出现蜡结晶时的温度。假如燃料温度不低于WAT就不会析蜡,所以测量这个温度点是管理风险的关键,WAT 实质上是就是浊点。燃油的使用温度至少应高于浊点 3-5℃。

WDT(Wax Disappearance Temperature)是蜡晶消失温度。低温析出的蜡晶,会引起过滤器和管道阻塞,直接导致发动机燃料不足,最终会导致燃料停止流动。因此 WDT/WAT的检测对于管理与减轻燃油这方面的风险至关重要。

贻贝船海服务互联网平台收集的数据来看,WDT(蜡晶消失温度)平均比WAT(蜡晶出现温度)高出12°C。但有些情况,WAT和WDT的差距超过了30°C,高差距表明这类燃料中可能含有更高比例的石蜡基油成分。

燃料的WAT和WDT越高,对温度要求也会提高。分油机的温度必须维持在WAT以上,否则工作过程中蜡晶析出会影响分离效果。目前比较棘手的情况是低粘度加上高WAT。分油机利用比重差异工作,较高的温度、较低的粘度能提高分离效果,但显然“鸡尾油”对高温敏感,不能随意提高油温。另外,虽然大多数船舶具有船上加热能力,但是在分离过程中分油机中仍会遇到蜡堵塞的情况:当使用推荐的分离温度时,由于馏分油因高温氧化(老化)产生油泥而使分油机堵塞;当温度太低时蜡会析出。

目前已出现WAT超过常规操作温度的案例。如果碰到低粘度、高残留催化颗粒再加上高WAT,情况会更糟,船上的设备可能完全无法处理这类燃料。低温操作时,分油机效率也会同时降低,杂质分离效果可能因此达不到要求。当操作温度低于WAT时,析出的蜡晶会能进一步影响分油机的运行,增加排污与污泥量。

当前低硫燃料油的析蜡点测试方法很多,但燃料的不透明会产生不可接受的广泛误差。另外倾点虽然是一个有用的低温流动特性,但用于确定蜡沉积的决定性指标是析蜡点。燃料检测实验室已经认识到这个问题,并开发了蜡析出温度(WAT)测试方法与一些其他方法一起来确定 VLSFO 在什么温度下开始产生蜡晶体。

2019年10月18日,Veritas Petroleum Services (VPS)宣布他们成功研发并推出了一种使用非可见光仪器进行内部测试的仪器VPS-LP1307,可以敏感、准确、快捷地测量新型低硫船用燃料油的析蜡点。其仪器的工作原理是利用光学散射技术对样品的相位变化进行检测,具有较高的灵敏度和准确性,该方法在整个温度范围内的重复性都非常好。

Cold Filter Plugging Point(CFPP)冷滤点——是可以顺利通过滤器的最低温度,它标志着蜡晶的生成量可以堵塞滤器从而停止了燃料的流动性,最终导致发动机停止。高馏分物含量的新混合燃油在较低的温度下更容易形成蜡状而影响其低温流动性。

Pour Point (PP)倾点——能够流动的最低温度

倾点是指燃料油变成固态的温度,这个标准是ISO 8217燃料规定中唯一要求衡量的标准。可对于船员来说,CP和CFPP是他们更需要关注的两个点。在CFPP和PP之间的温差一般只有5到10度。CIMAC(国际内燃机委员会)的建议是将燃料保持在高于倾点10℃的温度(储存温度)。

倾点是燃油出现凝固迹象后能流动时的低温度,凝点是失去流动性的高温度。对有规律的同一油品,倾点比凝点高3℃左右,ISO 8217燃料规定中倾点不高于30℃。

 

 

 

防止析蜡的措施:

 

 

 

1、 知道了船只航行海域的温度,计算出低硫调和油所需的低温流动性能,用PP和CFPP作为关键的指标,订购比船只航行海域更低的温度而设计的低硫燃油;

2、 为防止温度高导致馏分油组分分化、氧化(老化)和蒸发,低粘度燃料一般在30°C以下储存;将燃油温度适当提高可以有效缓解燃油的分离净化问题,但有些低硫调和燃料因为稳定性差,在加热后馏分油老化或沥青分离沉淀,会释放大量污泥,处理这类稳定性差燃料,必须科学合理地控制燃油温度,避免高温操作:把温度维持WDT以上,绝对避免下降到WAT以下,就可以避免蜡晶析出。也就是在处理和净化过程中将油温保持在高于倾点(PP)15°C 的水平;

3、 船员除了要知道所使用的蒸馏油的CP和CFPP,还要熟悉使用测深尺和测深管来测量和分析燃料的条件,虽然这是一种比较粗糙的检验燃料的方法,可它却是唯一的快速和便捷的解决方案,否则在封闭的燃料舱很难用肉眼来检查燃油;这种方法虽然繁琐,但是对于船只航行在较冷区域来说是必要的。

4、 船东可以为船上配置一台VPS-LP1307析蜡点测试仪器,以确定所使用低硫燃料油的低温流动性。

5、 使用燃油添加剂(降凝剂)来改善低硫燃油的低温特性,为了使降凝剂有效,其必须在燃油结晶前使用。

 

 

 

文中图片来自网络

 

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