均質(zhì)機(jī)在船用重質(zhì)燃油系統(tǒng)中的應(yīng)用

方德忠

摘 要 根據(jù)現(xiàn)代重質(zhì)燃料油的特點(diǎn)及可能帶來的危害，指出了現(xiàn)有船用重質(zhì)燃油系統(tǒng)在處理現(xiàn)代劣質(zhì)重質(zhì)燃料油過程中所存在的問題，通過對均質(zhì)機(jī)原理的闡述，分析其在燃油系統(tǒng)中解決所存在問題的可行性，并提出了有效的解決方案。

關(guān)鍵詞 均質(zhì)機(jī) 重質(zhì)燃料油 船用燃油系統(tǒng)

中圖分類號：U677文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

重質(zhì)燃料油（以下簡稱重油）具有高發(fā)熱值，儲運(yùn)穩(wěn)定，成本低，使用范圍廣等特點(diǎn)，已成為冶金，建材、化工、輕紡、電力、航運(yùn)等行業(yè)的主要能源之一，特別是隨著國際原油價格的不斷攀升和航運(yùn)業(yè)的激烈競爭，為降低能耗成本，重油在船舶中的使用越來越廣泛，已成為大馬力、中、低速船舶柴油機(jī)的主要燃料。

與此同時，隨著煉油技術(shù)的日益進(jìn)步，船用重質(zhì)燃料油的質(zhì)量越來越差，給重質(zhì)燃料的使用帶來的問題越來越多。目前船舶燃料油的質(zhì)量問題日益嚴(yán)峻，此問題處理不好，不僅會大大增加運(yùn)輸成本，還關(guān)系到船舶的航行安全。因此，分析現(xiàn)有船用重質(zhì)燃料油使用過程中存在的問題，并尋求解決方案，保證船舶在使用重油的過程中，真正達(dá)到安全、節(jié)能、環(huán)保、自動化的目的具有現(xiàn)實(shí)意義。

1船用重質(zhì)燃油凈化供應(yīng)系統(tǒng)

1.1 燃油系統(tǒng)的基本構(gòu)成

船用燃油系統(tǒng)的作用是將一定規(guī)格的燃油進(jìn)行系列處理按照柴油機(jī)使用要求連續(xù)地以一定的溫度（粘度）、流量、壓力輸送到噴油泵入口端。因此，整個燃油系統(tǒng)具體分為兩個幾乎完全獨(dú)立的系統(tǒng)，一個是柴油系統(tǒng)，另一個是高粘度燃料油系統(tǒng)。系統(tǒng)通常由三大環(huán)節(jié)組成：燃油的加裝、儲存和駁運(yùn);燃油的凈化處理;燃油的供給使用。

在現(xiàn)代船舶柴油機(jī)燃油系統(tǒng)中，一般設(shè)有獨(dú)立的柴油及重質(zhì)燃油凈化系統(tǒng)和供應(yīng)系統(tǒng)。

1.2 燃油凈化系統(tǒng)

典型的燃油凈化處理系統(tǒng)中一般配置有沉淀油箱、加熱器、供油泵、離心分離機(jī)、控制系統(tǒng)及管系等。

燃油凈化處理系統(tǒng)中預(yù)處理主要包括設(shè)置沉淀箱進(jìn)行燃油沉降分離與配置加熱器進(jìn)行預(yù)熱溫度控制。

離心分離機(jī)的作用主要是通過離心力的原理，將密度大于油的固體顆粒、水等組分進(jìn)行分離去除。影響燃油離心分離的因素主要有密度、粘度、流率、溫度等，除此之外，固相顆粒大小、分布、幾何形狀、固相含量濃度及顆粒與油介質(zhì)表面效應(yīng)作用等也將影響到燃油的分離效果。

燃油凈化系統(tǒng)除沉淀箱外，一般由設(shè)備廠家將分離機(jī)、加熱器以及電控等組裝成模（即分油機(jī)單元）提供給船廠。

1.3 燃油供應(yīng)系統(tǒng)

典型的燃油供應(yīng)系統(tǒng)中一般配置有日用油箱、供油泵、循環(huán)泵（又稱增壓泵）、流量計(jì)、加熱器、溫度、粘度控制系統(tǒng)及精密濾器等。

經(jīng)燃油凈化系統(tǒng)離心分離等處理后的凈油儲存于日用油箱，再經(jīng)燃油系統(tǒng)對燃油的溫度、粘度、壓力、流量和精度等進(jìn)行系列處理后，供柴油機(jī)使用，又稱增壓系統(tǒng)。

一般在燃油供應(yīng)系統(tǒng)中配置燃油精密濾器，用于進(jìn)一步清除未被凈化的雜質(zhì)，以確保柴油機(jī)的安全。

燃油供應(yīng)系統(tǒng)除日用油箱外，一般由設(shè)備廠家將供油泵、流量計(jì)、加熱器、溫度、粘度控制系統(tǒng)及精密濾器等組裝成模塊（即供油單元）提供給船廠。

2現(xiàn)代重質(zhì)燃油特點(diǎn)及影響

2.1現(xiàn)代重質(zhì)燃油特點(diǎn)

重質(zhì)燃料油對柴油機(jī)及相關(guān)輔機(jī)的影響的質(zhì)量指標(biāo)較多，一般主要考慮粘度、硅鋁等機(jī)械雜質(zhì)含量以及儲存穩(wěn)定性等主要指標(biāo)。船用現(xiàn)代燃油的品質(zhì)變化主要決定于煉油技術(shù)的進(jìn)步。傳統(tǒng)燃油來自于常壓蒸餾與真空減壓蒸餾的產(chǎn)物，相對于煉制原油總量約為 35%～55%，現(xiàn)代煉油采用催化裂化與減粘裂化技術(shù)所得的最終殘留物和餾出產(chǎn)物，相對于煉制原油總量僅為 8～25%。現(xiàn)代燃油具有的高密度、高粘度、高鋁硅量（催化微粒）、高含渣量、不穩(wěn)定性等性質(zhì)，其中鋁硅量等有害雜質(zhì)含量增加及不穩(wěn)定性增強(qiáng)又是影響其使用的主要因素。

重油中催化劑顆粒（主要為硅 Si及鋁Al的化合物）引起的磨損是近年來新發(fā)生的問題，對遠(yuǎn)洋船舶的影響非常重要。殘留在油品中的這些催化劑微粒細(xì)小，既硬又脆，過多的硅和鋁對高壓油泵柱塞和套筒造成異常磨損或咬死;噴油器異常磨損和粘住，造成噴霧不良。在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)生磨損，可能是破壞性的，造成氣缸拉缸停車事故。

重油是一種十分復(fù)雜的碳?xì)浣M分的混合體，瀝青質(zhì)是已知的絮凝物質(zhì)，一般認(rèn)為是引起燃料油不穩(wěn)定性問題的主要原因。由于現(xiàn)代重油的高含渣量、瀝青質(zhì)加重，燃料油在儲存過程中，由于溫度的變化和重力作用，瀝青質(zhì)與周圍油狀介質(zhì)的平衡易于受到破壞，產(chǎn)生瀝青質(zhì)聚沉現(xiàn)象（俗稱“二次結(jié)渣”）明顯加劇，易造成濾器的堵塞等。

2.2 現(xiàn)代重質(zhì)燃油給燃油系統(tǒng)所帶來的問題

船用重質(zhì)燃料油預(yù)處理與凈化處理系統(tǒng)主要通過沉降、離心分離和過濾等方法脫除燃油中的水分和固態(tài)雜質(zhì)。但隨著煉油技術(shù)的日益進(jìn)步，特別是經(jīng)催化裂化（FCC）所產(chǎn)生的重油，F(xiàn)CC 硅鋁等有害顆粒大大增加，重油不穩(wěn)定性增強(qiáng)，原有處理系統(tǒng)存在的問題也日益顯露出來，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）設(shè)備故障率和維護(hù)成本增加。現(xiàn)代燃油的劣質(zhì)化、難分離、不穩(wěn)定等特性給離心分離機(jī)的凈化分離操作及系統(tǒng)控制帶來越來越多的困難。不僅使雜質(zhì)、淤渣未有效分離，還大大提高燃油泵和分離機(jī)的故障率，增加濾器負(fù)擔(dān)。

（2）不該分離的有效成分被分離，造成浪費(fèi)。由于離心分離機(jī)是根據(jù)密度差進(jìn)行分離，在密度相近時分離無選擇性導(dǎo)致燃油軟性淤渣團(tuán)被分離造成浪費(fèi)。

（3）該分離的有害顆粒未被分離，造成損害。由于離心分離機(jī)是根據(jù)密度差進(jìn)行分離，以機(jī)械雜質(zhì)為結(jié)晶核心的軟性油渣團(tuán)，由于其整體密度與重油比較接近，在實(shí)際狀況下很多有害機(jī)械雜質(zhì)難以分離。由于有害雜質(zhì)的含量增加又不能有效去除，尤其是殘留在油品中的催化劑微粒細(xì)小，既硬又脆，進(jìn)入燃油系統(tǒng)后會對高壓油泵柱塞和套筒造成異常磨損甚至?xí)溃€會使噴油器異常磨損，造成噴油霧化不良。

（4）形成的“二次淤渣”未被有效處理，造成故障與浪費(fèi)。由于燃油的不穩(wěn)定性，日用箱中經(jīng)分離機(jī)分離后的燃油產(chǎn)生的“二次淤渣”不僅會增加燃油系統(tǒng)中濾器等的負(fù)擔(dān)，浪費(fèi)燃油，也不利于其燃燒。

3均質(zhì)機(jī)在現(xiàn)代燃油凈化供應(yīng)系統(tǒng)中的有效應(yīng)用

3.1均質(zhì)機(jī)的工作原理

均質(zhì)器是在重質(zhì)燃料油凈化供應(yīng)處理系統(tǒng)中的一種輔助設(shè)備，隨著重質(zhì)燃料油劣質(zhì)化的加劇，其作用日益突顯出來。均質(zhì)機(jī)主要工作原理是采用特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子和定子在電機(jī)的高速驅(qū)動下，通過 葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的高線速度和高頻機(jī)械效應(yīng)帶來強(qiáng)勁動能，使重油在定子、轉(zhuǎn)子的高速相對運(yùn)動中，受到強(qiáng)烈的機(jī)械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、高速撞擊撕裂和湍流等綜合作用而分裂、破碎、分散，并在短時間讓物料承受幾十萬次的這種剪切作用，不僅使機(jī)械顆粒迅速從以其為結(jié)晶核心的淤渣團(tuán)中剝離出來，而且使軟性淤渣在瞬間充分均勻地分散、乳化、均質(zhì)、溶解，并在密閉的腔體里形成上下左右立體紊流，經(jīng)過高頻的循環(huán)往復(fù)，最終得到穩(wěn)定的高品質(zhì)產(chǎn)品。

均質(zhì)機(jī)的主要特點(diǎn)：

（1）能有效將有害的硬質(zhì)顆粒（FCC 粒子）從以其為結(jié)晶核心的重質(zhì)燃油軟性淤渣團(tuán)中剝離出來，使分油機(jī)更易分離出這些對柴油機(jī)有害的硬質(zhì)顆粒，減少柴油機(jī)部件的磨損和故障，達(dá)到保護(hù)柴油機(jī)的目的。

（2）能有效將以瀝青質(zhì)顆粒為結(jié)晶核心的重質(zhì)燃油軟性淤渣團(tuán)破碎、分散細(xì)化和溶解，使其恢復(fù)到可燃燒的油品狀態(tài)，而避免分油機(jī)將其分離，不但可以降低分油機(jī)的排渣量，節(jié)省燃油，而且還可以減少分油機(jī)的故障，使分油機(jī)更易清洗和維護(hù)。

（3）重油中的軟性淤渣（包括油柜中產(chǎn)生的二次淤渣）被破碎、分散細(xì)化和溶解，不但可以使安裝在其后的精密濾器不易堵塞，減少燃油的浪費(fèi)。

3.2 均質(zhì)機(jī)在燃油系統(tǒng)中的二種應(yīng)用方案

為使燃油凈化系統(tǒng)日趨完善，使整個系統(tǒng)對燃油具有更有效的分離效果和更大的適應(yīng)性，在合適的位置加裝均質(zhì)機(jī)是一種有效的方法，會取得一舉多得的效果。

（1）在凈化系統(tǒng)中，加裝在沉淀箱與離心分離機(jī)之間（見圖1）。

在分離機(jī)前安裝均質(zhì)機(jī)，能將硬質(zhì)顆粒從包裹的淤渣團(tuán)中有效剝離出來，F(xiàn)CC粒子基本裸露出來后，大大提高了其與重油的比重差，使分離機(jī)容易的將這些“該去除”有害顆粒有效去除。

重質(zhì)燃油軟性淤渣團(tuán)是完全可燃燒成分，加裝均質(zhì)機(jī)后可有效將其分散細(xì)化而避免分油機(jī)將其分離，使這些可燃燒成分留下來，減少浪費(fèi)，而且還可以降低分油機(jī)的排渣量，可以減少分油機(jī)的故障，使分油機(jī)更易清洗和維護(hù)。

（2）在供應(yīng)系統(tǒng)中，加裝在日用箱與柴油機(jī)之間（見圖2）。

經(jīng)分離機(jī)分離后的燃油進(jìn)入日用箱后，在使用儲存過程中，由于燃油的不在日用箱后加裝均質(zhì)機(jī)，能將重油中的軟性淤渣（主要是油柜中產(chǎn)生的二次淤渣）進(jìn)一步被破碎、分散細(xì)化和溶解，避免安裝其后精密濾器將其濾掉，減少燃油的浪費(fèi);可以減少精密濾器的負(fù)擔(dān)，使其不易堵塞，降低故障率。

4結(jié)束語

（1）隨著燃油技術(shù)的不斷進(jìn)步，重質(zhì)燃油品質(zhì)不斷下降，特別是鋁硅量等有害雜質(zhì)含量增加及不穩(wěn)定性增強(qiáng)影響明顯，不僅給柴油機(jī)等使用安全帶來很多威脅，也給燃油凈化供應(yīng)系統(tǒng)帶來更多困難。

（2）在船用重質(zhì)燃油凈化系統(tǒng)中加裝均質(zhì)機(jī)不僅可以使有害機(jī)械雜質(zhì)更有效地得以分離，還可防止可燃燒有效成分的浪費(fèi)，降低成本。同時也可降低分離機(jī)的故障率和維護(hù)成本。

（3）在船用重質(zhì)燃油供應(yīng)系統(tǒng)中加裝均質(zhì)機(jī)可以細(xì)化由于重油的不穩(wěn)定性所產(chǎn)生的“二次淤渣”，減少燃油的浪費(fèi)和濾器的負(fù)擔(dān)，同時可提高燃油的燃燒效率，減少了環(huán)境污染。

參考文獻(xiàn)

[1] 重質(zhì)燃料油基礎(chǔ)知識與應(yīng)用[M].中國石化出版社，2009.