一種新型船用廢油回收裝置介紹及應用分析

張運秋，李博洋

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一種新型船用廢油回收裝置介紹及應用分析

張運秋，李博洋

（青島遠洋船員職業學院機電系，山東青島 266071）

本文介紹了目前船舶廢油的處理方式和新型廢油回收裝置的產生背景，描述了該新型廢油回收裝置的組成、工作原理和優勢，最后從政策、經濟性和實際操作等方面分析論證該裝置具有很高的實際應用價值，值得推廣應用。

新型 廢油回收

0 引言

近年來，隨著船用燃料油價格的上升，燃料成本占運輸成本的比例已越來越高，目前已占到大約60%，油價飛漲讓航運企業痛苦不堪。船舶節能、降低燃料消耗量和燃油費用、提高裝置經濟性已成為一個重要課題，使得船舶節能工作倍受重視。航運業一直以來都在積極地通過各種方式降低能耗，減少燃油成本支出，比如提高發動機效率、改進螺旋槳設計、優化廢熱利用系統、安裝節能裝置和降低船舶航速以達到節能的目的。

以上措施可以提高經濟效益，然而應當意識到，有部分能量被人們忽視和拋棄了，即在船舶機艙設備運行過程中產生的廢油。據《MARPOL73/78》公約預測和國際公認估計，船舶使用MDO產生的油渣約為消耗量的0.5%；對于IF180，約為消耗量的1%；對于IF380，約為消耗量的2~3%。這些油渣和污水混合就形成了廢油。這些廢油其實是含有20%-30%能源是可以回收利用的。如今，ALFA LAVAL公司研制出一種對燃油殘留物中的廢棄燃料進行再利用的方案，使廢油回收成為現實。

1 船上廢油來源

船上廢油可分為燃油和滑油的廢油，其中燃油的廢油主要來自于自動反沖洗濾器放殘、燃油沉淀柜和日用柜放殘、鍋爐燃燒器泄漏、燃油輸送泵滴漏、燃油管路泄漏、燃油溢油事故、燃油分油機自動放殘等。以上廢油通過管路匯集存放到燃油廢油柜中。雖然看起來廢油柜里似乎是黑油，其實是被油污染了的水，其中20%-30%是以可回收燃油形式存在的能源，剩余70%-80%是油污染的水，沉在底部的懸浮固體約占1%。

滑油的廢油主要有主副機報廢的滑油和液壓油、滑油柜的放殘、滑油輸送泵滴漏、管路泄漏、溢油事故、滑油分油機自動放殘等。其中報廢的滑油量最多，以上滑油通過管路匯集存放到滑油廢油柜中。

燃油廢油和滑油廢油分開存放，目的是避免滑油或液壓油影響到燃油的燃燒性質。

2 船舶廢油常用處理方法

目前船舶廢油的處理方法主要有：

其一，在機艙雙層底設置容量較大的污油柜，在航行時儲存污油和油渣，到港后駁入岸上接收設備，近洋或內河船舶一般采取這種方式。但是較大容積的污油柜占用了本來就不充裕的機艙空間，另一方面特殊情況下廢油過多無法容納時就會給船舶正常營運帶來麻煩。另外，到岸接收也存在著問題，某些港口不能在本地處理，如美國加利福尼亞，接受之后需要用公路運油車運送至相鄰的州進行處理，這就意味著船主需要為此支付高昂的費用。

其二，廢油在船上由船員自行處理。駁入焚燒爐油柜加熱后焚燒，大型遠洋船舶一般多都采用這種方式，但是污油或油渣都是較臟的，不能直接燃燒，需要用輕油引燃，并且需要提前用蒸汽加熱，這就造成一些能量的浪費，并且燃燒廢油時排煙污染大氣。在某些港口和部分限制排放控制區是嚴禁使用焚燒爐的，否則會遭受重罰。

3 廢油回收裝置技術介紹

基于船舶行業的“為凈而思”的理念，從幫助船舶行業削減運營費用和遵守IMO日趨嚴格的環境條例的目的出發，ALFA LAVAL 公司在傳統分油機的基礎上，研制出高度創新的高速分離器，對廢棄燃油進行循環利用，并只留下可作為干廢料進行處理的超干固體。ALFA LAVAL 公司將其命名為“PureDry”，這一技術革新有可能改變整個行業。

3.1 系統組成

如圖1所示，廢油柜用于匯集機艙放殘、漏泄或分油機排渣形成的廢油，內部有蒸汽盤管，加熱廢油有利于泵送。

供油泵不斷地給系統補充需要分離的廢油，供油泵采用恒定流量的螺桿泵，自吸性能力好、對雜質不太敏感，并且可以減少油水混合物的乳化，有利于后續分離處理。為防止供油泵干轉，在起動時自動供入引水，必要時，也可以手動供水。供油泵配有安全閥，壓力表、出口閥為單向閥。為提高分離效果，在供油泵前安裝防乳化劑供給裝置，使廢油同時和防乳化劑混合，減少乳化，有利于分離。

圖1 WFR裝置管路系統圖

雙聯濾器過濾掉懸浮固體顆粒雜質，設置在供油泵的后面，原因是螺桿泵不會受到固體顆粒的傷害，同時可以防止濾器臟堵造成泵子干轉。為了達到理想的分離效果，廢油進入加熱器被加熱至95℃。加熱器為殼管式加熱器，加熱介質可以是蒸汽、熱油或熱水。廢油成分復雜，粘度變化大，泵送時壓力波動較大。為保證管路壓力穩定安裝穩壓器。

廢油經過一個氣動三通閥進入廢油回收系統的核心設備BX 50分離機。在分離器中加熱后的廢油被分離出水、固體雜質和可重復使用的燃油。如果有報警存在、工作壓力失去、失電或者其他預設的條件沒有符合的話，下方的三通閥會使廢油回流回到廢油柜。

分離出的水被駁運到污水柜或根據程序條件回到廢油柜。分離出的水中油分含量低于1000 ppm，然后經機艙污水處理系統（即油水分離器）進一步處理后滿足IMO標準，排放入海。分離出的可回收燃油進入燃油沉淀柜或回收油柜，經進一步處理進入燃油系統，如果有報警存在則回到廢油柜。

系統運行由EPC 60控制單元進行控制和監控，可實現對待分離廢油溫度和壓力的準確控制和對分離出的油和水流量記錄以及超干固體稱重。所有這一切都會進行數字記錄，并在港口國檢查時向當局顯示，以證明燃料已經完成回收并已記錄在案。為保證運行安全，系統配備了先進的集成狀態監控（CBM）系統，可以向船員提供預警，甚至在運行指標偏離時停機，并給出解決建議，比如進行就地清洗（CIP）或者更換部件。

3.2 核心設備—BX 50分離機

圖2 分離筒部件實物

圖3 分離器橫剖面

1-向心水泵， 2-向心油泵， 3-廢油進口管， 4-分離片， 5-本體，6-螺旋筒，7-油渣接收箱

該系統的核心設備是BX 50高速離心分離機，該裝置主要有兩個主要的轉動件—分離筒（separator insert）和螺旋筒(XCavator)組成，如圖2所示，兩者轉向相同但轉速不同。

分離筒在分離廢油時工作原理和普通的分油機是一樣的，都是利用油、水和雜質在高速旋轉的離心力作用下達到分離的目的，但油渣的排出采用了全新的設計，顯示了阿法拉伐在設計思想上的巨大轉變。廢油經分離筒中間油管3下行依次進入分離片之間，依靠分離片徑向筋條的作用下隨分離片高速旋轉，根據離心力不同，油、水、渣分隔成三圈不同的區域：油在中心區域，油渣在最外圈，水在兩者之間。分離出的燃油持續不斷地經過向心油泵2排出，并直接進入回收燃油柜中；分離出的水則持續不斷地經過向心油泵上面的向心水泵1排出。分離出的油渣聚集在本體5的內圓表面，然后螺旋筒6旋轉推擠外圍的油渣下行匯集到分離器下方的一個油渣接收箱7中，從而將超干固體排出。這樣，BX 50高速離心分離器持續不斷地處理廢油，分離出油、水和固體油渣。

分離器工作連續，效率高，分離量大，工作能力可達每小時500升。在剛啟動時，需要補充進密封水。但在分離過程中不需要添加水，所以在運行中不會產生浪費。

3.3 系統的優點

1）因為系統可以即時處理廢油，而不用儲存后等待焚燒或到岸接收。處理后的廢油分成了可以使用的燃油、含油量較少的污水和很少的固體油渣，三者各有相關的容器，所以機艙廢油柜容積可以更小，這就增大了機艙的使用面積。

2）回收的燃油可繼續使用，既節省了船舶的燃料費用，又可節省廢油焚燒帶來的額外費用。因為廢油焚燒之前需要使用電或蒸汽加熱，使油渣靜置分離泄放掉殘水，在焚燒時還必須加入價格高昂的柴油燃料引燃廢油。

3）廢油沒有焚燒而是選擇分離，就減少了二氧化碳的排放，特別是在ECA區域內是禁止進行油質廢物焚燒的。

4）廢油處理后產生的固體垃圾較少，每天一般可以生產5-15 kg不可泵送的“超干”固體，這些干廢料可以像油布和廢棄的濾芯一樣來處理。

4 裝置的安裝與維護保養

1）整個廢油回收系統采用模塊化設計，結構緊湊，容易安裝。主要部件的尺寸：分離器長1068 mm寬735 mm高1415 mm，供油泵長1190 mm寬260 mm高485 mm，加熱器長720 mm寬700 mm高1035 mm，相互之間可使用較短管路集中安裝，比如整套系統都安裝在分油機間里，如圖4所示，也可以根據機艙具體情況分散安裝。

2）系統運行中需要用到蒸汽、淡水和控制空氣機艙已經具備，只需連接到現有管路即可；系統分離產生的可使用燃油和廢水通過管路也可比較容易引入到燃油艙和污水柜。同時，進入到油水分離器的污水相當于經過了預處理，減輕了油水分離器的負荷，改善了其工作性能。

圖4 分離機在分油機間安裝實圖

3）該系統運行可靠，操作維修容易。眾所周知，分油機工作原理復雜，結構精密，不易管理。在船員們看來，高速運行的分離器需要耗費很大精力來維護，其實不然。該分離器不需要傳統的維護，其設計就如離心泵一樣簡單，且無需手工操作。備有更換工具箱，其中包括新的分離器內芯（轉子和分離片束），新的螺旋筒和一組消耗品工具箱。一年之后，船員可以自己更換分離機內芯（像更換過濾器濾芯一樣簡單）以及螺旋筒。

5 可行性分析

1）政策方面

國際海事組織環保會通函MEPC.1/Circ.642—處理機器處所含油廢棄物2008導則4.6.3條規定殘油或油泥中回收燃油應被認定為處理殘油或油泥的一種合理的方式，導則4.6.2條更進一步規定“含油污水應按照其他殘油或油泥一樣記錄在油類記錄簿中”，使用PureDry設備回收的燃油的數量會記錄在系統控制器中并禁止篡改，這就為PureDry廢油回收系統的使用提供了法律支持。

2）經濟方面

以一艘大型集裝箱船為例，假設每天消耗IFO 380 重油150噸，每年航行300天，一年總耗油達到45000噸，產生廢油900噸（廢油產生量以2%計算），回收裝置可以回收其中的80%，則每年可以回收利用的燃油總計720噸，以目前IFO 380價格600美元/噸計算，每年可以節約燃油資金43.32萬美元。

根據ALFA LAVAL公司計算，一艘大型集裝箱貨輪或游輪僅第一年節省的燃料費用就可讓船主支付設備和安裝費用，對于新造船來說盈利會更高。據Symphony公司表示，2010年11月PureDry安裝在一條58,000 GT游輪Silja Symphony上，兩年時間內回收了超過150噸的燃料油。

3）環境保護方面

廢油沒有經焚燒爐處理，減少了污染氣體排放，如果全世界商船船隊全部節省2%的燃料費用，可削減達3200萬噸的CO2排放量。另外，船舶避免了在ECA區域進行油質廢物焚燒，航行區域擴大，又可帶來更大的經濟效益。

4）實際操作方面

本系統采用全自動化控制，操作簡單，維修容易，對船員技術要求不高，只要稍加培訓，船員就可掌握。需要注意的是系統運行后主管高級船員要將操作記入油類記錄簿：代碼為C，項目編號為12.4，準確記錄分離的廢油量、分離出的燃油量和分離出的污水量。

6 結論

節能減排成為近年來世界各大航運公司的一個主要任務。ALFA LAVAL公司研制成功創新性的超高速分離器能夠分離和再利用廢油，為船舶廢油處理提供了一種新的途徑。不僅可以為航運企業節省燃油費用，還可以減少船舶造成的環境污染，獲得經濟和環保雙重效益。但由于沒有廣泛使用，大多數船東還在持觀望態度，公司可以在某條船安裝試運行，根據設備運行情況決定是否推廣。船員在試運行期間，應準確統計機艙廢油產生量、設備運行時間、廢油分離量和故障發生率等，從分離效果、工作穩定性和維護成本等方面進行分析，上報公司。

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[2] IMO. International Convention for the Prevention of Pollution from Ships (MARPOL 73/78)[S]. 2011.

[3] 婁建偉. 淺談船舶的節能工作[J]. 中國水運，2012，(8 )下半月刊 :1-2 .

[4] 袁帥. 國內航運企業燃油成本管控現狀及對策分析[J]. 物流科技, 2012(8 ): 85-89.

[5] 中國船舶網http://www.cnshipnet.com/ news/10/45622.html

[6] http://www.alfalaval.com/solution-finder/ products/puredry

Introduction and Application Analysis of a New Type of Marine Waste Oil Recovery Device

Zhang Yunqiu, Li Boyang

( Department of Mechanical ＆ Electronic Engineering, Qingdao Ocean Shipping Mariners College, Qingdao 266071, Shandong, China)

U664.9+1

A

1003-4862（2014）10-0041-05

2014-01-06

中國遠洋運輸（集團）總公司應用研究計劃項目（2013-1-H-007）

張運秋（1976-），男，講師，輪機長。研究方向：現代輪機管理工程