淺析船用柴油機燃用劣質油所引起的問題及其解決辦法

摘 要：船舶柴油機所消耗的燃料費用在整個船舶運輸成本當中占相當大的比例，因此采取措施降低燃油的費用，成為各運輸部門追逐的目標。由于劣質燃油的價格比輕柴油相差較大，使用劣質燃油也就成為降低運輸成本的有效措施之一，同時也節約優質油，使我國石油資源的消耗得到更加合理的分配。

關鍵詞：柴油機；劣質油；腐蝕；預熱

1 船用柴油機燃用劣質油所引起的問題

不同品種的燃油，其燃油的性質、指標、參數等是存在相當大的差異。要燃燒燃料油和渣油這類低質燃油，從所提供的各石油產品性能指標相關資料顯示，其特點是高硫、高殘灰、高灰分、高機械雜質、高粘度、高凝點、高瀝青含量，比重大、十六烷值低等。這些不利的特點給柴油機造成磨損快、腐蝕強、碳垢多、故障多，壽命短等等。當柴油機燃用這類劣質油時，經常會發生下列技術問題：（1）氣缸和活塞組件的腐蝕及磨損增加。構成氣缸活塞組腐蝕磨損的原因在于以下三個方面，一方面是燃料中的硫份燃燒時和氧結合成亞硫酸根和硫酸根，同時氣缸內壓力較高，使得它們在一定溫度（即露點溫度）時和水蒸汽結成硫酸和亞硫酸蒸汽，當在低負荷時，由于氣缸壁溫度下降，硫酸蒸汽溫度低于露點溫度就會形成硫酸，在摩擦面上產生腐蝕作用，這種腐蝕稱之為低溫腐蝕，特別是當含硫量超過4%的時候，危害比較嚴重。第二方面是劣質油中釩、鈉等元素在1400～1700℃高溫下起反應，產生堿金屬硫酸鹽、釩氧化物和釩-鈉化合物。由這些化合物形成的熔化粒子的一部分在溫度超過550℃時將熔化附著在熾熱的機件上。當附著的堆積層爆裂散落時，機件將因高溫排氣而造成局部過熱，進而導致腐蝕，這種腐蝕稱之為高溫腐蝕。第三方面是灰分和機械雜質，當燃油中若有0.05%灰分，則在3670KW左右的裝置上，每晝夜就要在氣缸上通過2kg左右灰分，加之燃料中含有的機械雜質，它們像磨料一樣使柴油機氣缸活塞組的磨損增大。（2）燃燒不完全和噴油咀積碳、活塞環咬死。由于劣質油中含有瀝青和碳，在相同噴油提前角和相同油門開度情況下，發火延遲、高沸點，長期持續燃燒等等，不僅會導致降低燃燒效率，還會造成在燃燒部件四周積碳結焦，這使活塞環及噴油咀咬死。（3）潤滑油迅速變污。由于活塞環積碳、咬死，破壞了氣缸壁的潤滑，使活塞環漏氣入曲柄箱中，這種帶有酸性的燃燒氣體和潤滑油接觸，成為曲柄箱中潤滑油迅速變質的重要原因之一，同樣瀝青成分漏入潤滑油中也促使滑油變污，造成油泥。

2 解決辦法

為了克服或改善由于使用劣質油后引起上述的問題，經過多年試驗和研究，在技術上采取以下一些解決辦法：

（1）對劣質油進行預熱，控制燃油粘度。劣質油的粘度是相當高的，甚至上百倍于輕柴油。燃油粘度高對燃油霧化、過濾和流動性都有很大影響，同樣也會造成燃燒嚴重結碳，因此，為了降低粘度，必須設置加熱設備，對船舶儲存劣質油的艙柜中劣質油進行預熱。對雙層底燃油艙，要求預熱是保持劣質油的可泵性；對沉淀柜、凈油機油柜和日用油柜，要求加熱凈化；對主機進口的燃油加熱是保證燃油噴油可靠性和霧化性。表1列出了使用不同粘度重油時推薦的預熱溫度范圍。使加熱后的燃油到達高壓油泵前正好具有所需的最佳粘度值，在此粘度下燃油霧束的粗細、長短形狀以及油滴大小正好與燃燒室的形狀相匹配。為了獲得恰當的粘度，目前正在推廣使用粘度控制器，它能自動控制燃油粘度，可以保持最佳的燃燒效率以得到一定功率下最少的油耗，可以減少燃燒室活塞與增壓器的碳垢，以減輕磨損，延長檢修期。

（2）加強劣質油的清理凈化。劣質油中機械雜質較多，必須加強凈化工作。燃油的凈化包括：沉淀、濾清和分離。燃油在駁運過程中，務必避免混入海水、淡水和機械雜質，這是凈化的先決條件。燃油應在沉淀油柜中沉淀24小時以上，并在艙柜底部適時排污，這樣可達到初步凈化的目的。濾清是燃油凈化的關鍵環節。由各種濾清材料組成的初、細濾器應遍布在燃油系統中。對各種濾器應加強管理：包括適時檢查、清洗以及濾器前后壓力和溫度的調節。分離仍是目前凈化燃油的主要和有效的手段。多臺分油機可根據實際需要實行串聯、并聯或串并聯凈化法。對于密度十分接近水的劣質油，分油時的密封水可加入約10%的硫酸鎂溶液以提高分水的效果。

（3）燃油摻水（乳化）技術的應用。燃燒劣質油的主要困難之一是瀝青塊大量地存在于減壓渣油之中，呈粘團塊狀物質，在劣質油中無法分離。它含有燃燒遲緩的成份，因此它的發火在噴射過程的后期和膨脹過程前期，會使燃燒不良和異常結碳，再加之渣油的殘碳和灰份也多。結碳無疑會增多，所以過去一直認為柴油機燃燒渣油是困難的。但是，今天由于油中摻水（約10%左右）的成功，已成為世界性的推廣使用新方法，即利用微小的水顆粒攪拌在油中一起噴射入氣缸。水顆粒受高溫后體積突然迅速膨脹近似于爆炸。將粘團狀的瀝青粉碎成若干小塊，這樣順利地解決了遲燃問題，但它的燃燒仍是噴射過程的后半期過于集中，故還應將柴油機的噴油提前角要進行適當調整，一般可提前2度左右。

（4）在劣質油中添入各種化學添加劑可改善燃油的性能。添加劑的使用量很少，一般僅為燃油耗量的千分之幾。如在劣質油中添加銅、鐵、鈷的金屬鹽助燃劑可有助于劣質油燃燒并中和硫化物；添加氫氧化鎂懸濁液可防止硫酸的低溫腐蝕，添加堿土金屬鹽懸濁液可防止釩、鈉的高溫腐蝕。

（5）船舶在進出港、啟動、停機以及低負荷運轉時柴油機燃用劣質油應改為燃用輕柴油。在低負荷下運轉時因氣缸溫度低，燒劣質油容易產生酸性物質腐蝕氣缸，有時為了減少灰份及結碳等現象，在正常運轉時常常以輕油和重油交替使用。一般柴油機應在起動之后30分鐘左右換用重油，在停機或機動用車之前20分鐘左右柴油機應換用輕油，一種燃油換用另一種燃油應逐漸進行，不得少于30分鐘，以確保噴油設備零件均勻受熱。

此外還可采取堿性潤滑油，用以中和酸性物質；提高氣缸套冷卻水溫度，若有可能可保持在最高允許極限（70℃～85℃）等等技術措施。