船舶低硫燃油系統介紹

楊文猛

(揚州亞華船舶技術開發有限公司,江蘇揚州 225000)

船舶低硫燃油系統介紹

楊文猛

(揚州亞華船舶技術開發有限公司,江蘇揚州 225000)

隨著有關船舶硫化物排放的國際標準日益嚴格,船用低硫柴油的應用量正在逐漸增加。然而,目前絕大多數船舶的柴油機和供油系統是根據傳統燃油的粘度、潤滑性能設計的,其粘度低、潤滑性能低。在使用低硫燃油過程中會產生一些問題,本文就此介紹低硫燃油系統設計及一些設備要求。

船舶柴油機;供油系統;低硫燃油

0 引言

船舶主機、發電機、鍋爐等燃燒所排放的廢氣中,含有硫氧化物(S OX)。硫氧化物是形成酸雨的主要因素。

《國際防止船舶造成污染公約》(MARPOL 73/78)附則 VI(防止船舶造成空氣污染規則)已于2005年5月19號生效,第 14條規定船上使用的任何燃油含硫量不能超過 4.5%;限制區域內不能超過 1.5%,或使用認可的廢氣濾清系統或其他技術,將硫氧化物排放減少至 6 g/k w?h或更少。

“從 2010年1月1日起,所有在歐盟港口‘停靠'超過 2 h的船舶,其燃油含硫量不得超過 0.1%的最高限制。船舶在靠泊后應盡早轉換為低硫燃油,并在開航前盡晚切換為高硫燃油,燃油轉換操作應記錄在船舶日志上”。這是歐盟委員會 2005年出臺的規定。該規定嚴格執行時間是 2010年1月1日,但 2010年1月1日到 2010年7月1日將作為半年的執行緩沖期。從 2010年7月1日開始,如停靠歐盟港口的船舶達不到歐盟規定的低硫燃油標準將被處罰。

基于上述一些法令、法規的限制,由于有關船舶硫化物排放的國際標準日益嚴格,船用低硫重油和船用低硫柴油的應用量正在逐漸增加。然而,目前絕大多數船舶的柴油機和供油系統是根據傳統燃油的粘度、潤滑性能設計的,在使用粘度低、潤滑性能低的低硫燃油過程中會產生一系列問題。

1 低硫燃油的特性

低硫燃油是指低硫燃油(DMX)或船用柴油(DMA)。ISO8217-2005規定,DMX的粘度值最小為 1.4 mm2/s@40℃,DMA的粘度值最小為1.5 mm2/s@40℃,與重質燃油(H F O)比較,低硫燃油有不同的理化特性,對船舶設備有不同的要求與影響。與傳統燃油相比較,低硫燃油主要的特性為:高熱值、低粘度、低比重、低含硫量、低潤滑性、低閃點。

2 使用低硫燃油對設備的影響

2.1 對鍋爐的影響

(1)易產生點火故障,燃燒失敗。

(2)由于點火故障,導致油氣聚結在燃燒室,產生爆炸危險。

(3)易導致供油管路系統故障。

2.2 對柴油機的影響

(1)引起供油系統故障。

(2)對采用飛濺潤滑的柴油發電機汽缸潤滑油,較長時間使用低硫燃油時,需換為總堿值較低的汽缸潤滑油,以保證汽缸有良好的潤滑。對于有獨立汽缸油潤滑系統的主機,汽缸油便于轉換,也需要用總堿值與之相適應的汽缸潤滑油。

3 使用低硫燃油設計時采取的一些措施

3.1 汽缸滑油的選用

在非限制排放區域,主機使用普通燃油中的硫含量一般高于 5%,低硫燃油的硫含量要求低于1.5%(超低硫,低于 0.1%),硫含量高燃燒產生的硫氧化合物就多,酸性較高,必須使用高堿度的汽缸油(總堿度值即 TBN一般在 70左右)用來中和酸性;而使用低硫燃油,燃燒產生的酸性低,必須使用低堿度的汽缸油(MANB＆W推薦總堿度值 TBN一般在 40與 50之間)。

所以汽缸油儲存艙和日用柜至少各要有 2個,1個存放高堿度汽缸油,1個存放低堿度汽缸油,并且要經常化驗,一旦堿度有變化需立即換掉。

堿值不同的汽缸滑油,其潤滑性能和汽缸滑油消耗率也不一樣,所以同時需要改變汽缸油的注入率。柴油機廠商提供各種汽缸油的消耗率數據。系統設計時,汽缸油日用管路需配設計量泵和流量計。

采用飛濺潤滑的柴油發電機汽缸潤滑油(如 4沖程柴油機)的機器不存在這個問題,沒有汽缸油滑油之分,使用一種滑油即可。如果較長時間使用低硫燃油時,需換為總堿值較低的汽缸潤滑油,以保證汽缸有良好的潤滑。

3.2 燃油系統設計

由于低硫燃油的粘度較低,不利于燃油泵駁運。低硫燃油的粘度通常低于 2 mm2/s@40℃。多數主機廠家推薦的能確保主機燃油泵安全運行的燃油粘度最小為 3 mm2/s@40℃;多數燃油增壓泵廠家推薦的燃油粘度最小為 2 mm2/s@40℃。

低硫燃油粘度-溫度對應表如圖1所示。

圖1 低硫燃油粘度-溫度對應表

從圖1中可以看出,ISO8217 DMA柴油的粘度-溫度為 2 mm2/s@40℃,為了達到柴油機推薦要求的 3 mm2/s,須將柴油溫度冷卻到 18℃左右。所以,為了能滿足設備的正常運行,需要采取一定的冷卻措施,提高燃油的粘度。圖2為典型燃油供給系統。

圖2 典型燃油供給系統

低硫柴油艙不需要加熱,柴油艙溫度最高在 45℃以下;柴油冷卻器出口溫度控制在 10～15℃。

柴油發電組燃油系統與上述主機系統類似;鍋爐燃油系統同樣需要在燃油供給泵前設置低硫柴油冷卻器。

3.3 低硫柴油冷卻系統

船上可考慮的冷卻系統為低溫淡水冷卻,但是低溫淡水的溫度過高(32～36℃),不利于柴油冷卻。如果用海水冷卻,會發生腐蝕和泄漏等現象,所以柴油冷卻一般考慮用專門的冷凝水冷凝器來冷卻柴油。圖3為典型低硫柴油冷卻系統。

目前也有不少專業廠家開發該類專用的低硫柴油冷卻產品。

設計人員在設計時,主要考慮下列因素:

(1)需要冷卻的柴油種類。

(2)柴油日用艙溫度。

(3)被冷卻的燃油量應以燃油循環泵的排量考慮。

(4)柴油機廠推薦要求的柴油進機溫度/粘度。

(5)其他成本因素。

U664.81+2

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2010-03-22

楊文猛(1974-),男,助理工程師,主要從事船舶輪機設計工作。

圖3 典型低硫柴油冷卻系統