劣質VLSFO引發設備故障風險與防范探討

朱曉亮 陳偉翔

摘要：全球限硫新規剛起，VLSFO市場“魚龍混雜”，劣質VLSFO給船舶機械設備的運行帶來了“致命打擊”。常見故障包括缸套活塞環異常磨損，析蠟引起濾器堵塞，瀝青質油泥引起分油困難，柱塞偶件異常磨損，嚴重的會使船舶短時失去動力。筆者根據行業內相關技術信息，從VLSFO特點、潛在風險、應對策略等方面進行分析。

關鍵詞：VLSFO;析蠟;瀝青;CATFINES;分離量;比重環

0引言

自2020年1月1日起，全球實施限硫令，將SECA以外使用的燃油硫含量從3.5%m/m降到0.5%m/m。硫含量略小于0.5%mlm的低硫油燃油“VLSFO（very lowsulfur oil）”投入使用以來，燃油市場“魚龍混雜”，劣質VLSFO給船舶機械設備的運行帶來了“致命打擊”，使得主、副機設備突發故障或使船舶失去動力，讓船舶所有人、船員苦不堪言。針對這一殘酷事實，根據業內相關專家的技術信息，從VLSFO特點、潛在風險、應對策略等方面進行探討，旨在提高重視程度，并匯集信息，共同提高管理水平，降低潛在風險。

1目前VLSF0的主要特點

1.1目前低硫燃油的來源

（1）船用低硫柴油：硫含量低于0.5%mlm的船用餾分油。

（2）由低硫原油生產的低硫燃油：是由低硫原油經過蒸餾等工藝產生的渣油調和出來的，滿足IMO的小于0.5%m/m硫含量的低硫燃料標準，產量小，不能滿足太多的需求。

（3）脫硫工藝生產的低硫燃油，如傳統的加氫脫硫、吸附脫硫、脫硫添加劑等脫硫等技術對高硫油進行脫硫所生產的合規低硫油。黏度較高，范圍在180-500cSt。因生產成本高而目前市場不多。

（4）調和低硫燃油：使用低硫組分輕質燃油同高硫重質燃油進行混兌、調和，既滿足低于0.5%m/m硫含量的要求，也要保證燃油閃點、穩定性、兼容性、點火特性等，目前沒有統一規范標準，行業建議按ISO8217-2017的標準的執行，以增加安全系數。這種VLSFO的黏度范圍很大。目前，14-245cst@50°C的油品，如生產工藝不達標或其他不友好因素，導致大量“劣質VLSFO”流入燃油市場，不斷導致船舶機械設備損壞的“海上驚魂”悲劇發生。

1.2煉油用催化劑顆粒

催化劑顆粒主要成分是鋁和硅的氧化物，也就是金剛砂Al2O3、石英SiOa，以及與陶瓷相似的八面沸石，行業稱CatFines。新加入的催化劑平均粒直徑為70um（20-200um），但在煉油廠循環使用過程中，顆粒逐漸減小，當催化劑顆粒混入燃油時，平均粒徑已降至20um以下。實驗表明，8-15um的CatFines，且含量達到10ppm以上后，會對相互摩擦的運動表面產生快速的磨損。其組織結構見圖1。

1.3調和低硫燃油（VLSFO）存在的問題

1.3.1有害成分多

已發現的有植物油、動物脂肪;非石油制品，廢潤滑油，化工廢料;有機鹵化物;有機酸和其他氧化物等。

1.3.2給船舶操作帶來不便

（1）黏度變化范圍大，實際操作中對黏度、溫度的把控困難。

（2）潤滑性能降低，柱塞偶件磨損加速。

由于低硫柴油生產中普遍采用了苛刻的加氫脫硫工藝，柴油中改善潤滑性的主要物質如含氧、氮化合物以及雙環、多環芳烴的含量也隨之降低，降低了柴油的自然潤滑性能。

（3）冷態流動性差，析出物容易堵塞濾器。

討論低溫流動性，幾個重要溫度點，必須先說明。

濁點（cloud point）：指油品開始析出石蠟或其他組分，油品變渾濁的溫度。

冷濾點（Cold Filter Plugging Point）：指油品造成濾網堵塞的最高溫度。

傾點（Pour Point）：指油品在規定的試驗條件下，被冷卻的油樣能夠流動的最低溫度。

濁占>冷濾點>傾點。

目前已知的析出沉積物有蠟晶油泥、瀝青質油泥、膠質油泥（樹脂狀）、棉絮狀油泥等，見圖2。實驗表明，單組分石蠟（wax）的析出與溫度有關，但由于VLSFO組分復雜，包含蠟基、瀝青、膠質、飽和烴、環氧烴等，這些組分在調和生產過程中的加工工藝直接影響了VLSFO在儲存、分離、過濾、燃燒過程中，可能析出沉積物的組分。

（4）微生物污染而繁殖，會將“油”吃掉，并污染設備。

按IS08217-2017標準，脂肪酸甲酯FAME（Farty AcidMethyl Ester）含量可以高達7%，可能由海藻、真菌、細菌引起，以碳氫化合物為食物，需要水和空氣以生存。當聞到與常規燃油異樣的“臭”味時，應提高警惕。圖3顯示在柱塞油槽內發現微生物繁殖。

（5）催化劑鋁、硅顆粒等引發的磨損。

（6）相容性、穩定性更差。

（7）黏度低造成泄漏，燃油系統壓力下降，需要更換密封件、偶件和重新調整燃油系統壓力。

2劣質VLSF0引發的設備損壞和潛在風險

2.1引起主、副機突發故障，甚至造成船舶失去動力

（1）柱塞和針閥磨損造成燃油泄漏，主副機啟動困難、加車遲緩、低負荷區域運行不穩定;高壓油泵柱塞卡死在上升位置，使主、副機無法啟動。

（2）2臺副機問因各缸柱塞磨損不同，造成發電機無法穩定并車運行，大負荷突變后，出現1臺機逆功率引起跳閘，另外1臺因短時過載再跳閘，最終致使全船失電。

（3）10-20um直徑的催化顆粒很容易混入主副機缸套表面的油膜和石墨層內，危害最大，會導致缸套內表面、活塞環急劇磨損。

（4）縮短排氣閥的使用壽命。

2.2燃油的穩定性差（Stabilify）

穩定性，是指單一的燃油中瀝青質在整體溶液中保持穩定的能力。瀝青質在芳香烴中容易穩定，在石蠟餾分中不易穩定。

2.3燃油的兼容性差（Compatibility）

兼容性，指兩種或多種單獨穩定的燃油以一定的比例混合后，形成穩定的混合液的能力。低硫調和燃油中低硫石蠟餾分的增加導致不相容性可能性增加;不相容性可以通過添加瀝青質分散劑或其他介質來控制。

大量的實驗室測試數據表明，VLSFO的兼容性和穩定性不可預測。許多符合ISO 8217標準的燃油仍會在船上造成嚴重的問題，期待更適用于VLSFO的燃油標準盡陜出臺。

3船舶防范風險的操作建議

3.1燃油采購規范，建議滿足ISO 8217-2017標準

注意餾分油和重油的系統要完全隔離，船舶使用全新的沒有使用經驗的燃油時，注意驗證機械設備性能。MSDS、BDN、全程取的油樣等保留好。發生問題后的證據保存、操作記錄、專業機構油樣化驗報告等是事后處理的關鍵證據。有任何問題，第一時間向公司職能部門反饋，可安排第三方專業機構檢測。盡量避免不同批次，規格的燃油摻混，對于來源差異大的燃油，還要避免在沉淀柜和日用柜中的混油。加油前，發現油品有異臭味應提高警惕，可用試紙進行化驗比較。

圖6是VPS實驗室的數據，第1、2份油樣顯示瀝青沉淀，第2、4份油樣顯示有色素和蠟成分。

3.2防止析蠟及瀝青質油泥的應對措施

為了預防析蠟，建議油艙的儲存溫度應比傾點（PourPoint）高1°C，并盡快使用，存放時間越長，生成瀝青質油泥的概率越大。

瀝青質油泥的產生，與VLSFO的組分、加3232藝有重要關系，船上通過控制儲存、分離溫度的辦法并不能有效解決根本問題。RZ輪在巴拿馬加裝的VLSFO規格是，黏度92.18cSt@50°c、密度925.6Kg/m3@15°c，硫含量0.488%m/m，分別加裝于兩個均已清潔干凈的油艙內，一周內使用的油艙內的VLSFO沒發現異常，而2個月后使用的另一個艙的VLSFO在燃油系統中出現瀝青質油泥，分油機、濾器均出現堵塞現象，由于船舶老軌處理得當，化解了危機。選擇合格供油商、使用前由專業機構化驗、提前試用，添加燃油穩定分散劑也是應對劣質VLSFO可能存在的風險較為積極的方法。

（1）根據實船反饋和來自VPS新加坡化驗室的數據分析，當儲存溫度低于WAT（wax appeartemperature）時，會出現析蠟現象，然目前的燃油化驗參數中并沒有WAT的具體參數，根據MEPC320（74）決議的建議，儲存溫度控制在比傾點（PP）高10°C即可，這個建議是基于燃油中只存在單一蠟基組分燃油防止析蠟的理論要求。一旦出現析蠟現象，理論上是將大多數單一蠟組分還原，滿足（PP）+12°C即可，但實際VLSFO組分復雜，析蠟的同時也會出現其他組分沉淀，只靠升溫解決問題，有時比較困難，只靠升溫不能解決問題。同時要明白，過高的儲存溫度會帶來其他方面的風險，如油氣濃度變大、形成瀝青質油泥的速度加快、穩定性變差，等等。圖4是VPS新加坡實驗室公布的232份VLSFO樣本中WAT/WDT（Wax Disappear Temp.）。可以看出，在油艙中析蠟后，基本上很難復原，而一旦出現析蠟，即使通過加熱處理亦很難將蠟逆轉溶解。

（2）由于“加氫裂化”工藝（hydro-crackingprocesses），使得VLSFO產生了大量的石蠟基，當其儲存溫度接近“冷濾點CFPP（cold filter plugging point）”時，會析蠟堵塞濾器。

（3）根據FOBAS化驗室SWPP（sediment&waxprecipitation point）-TEST研究數據表明，當VLSFO的黏度（viscosity@50°C）在20-100cSt之間時，析蠟的概率增加，圖5反饋了一份黏度30cSt@50℃的VLSFO油樣的析蠟比例與溫度的關系;操作者應該明白的是，不同的黏度，在不同溫度下的析蠟比例是不同的，因此向供油商索要油品的CP、CFPP、PP數據可有助于船上操作。

（4）FOBAS化驗室根據已收集的相關油樣數據，給出了VLSFO儲存、分油機分離溫度的參考值，如表1，（PP-precipitation point）。

3.3重點解決催化劑顆粒（Cat-fines）問題

催化劑顆粒Cat-fines主要成分為Al+Si，大小5-30um，其中8-15um危害最大。主機生產廠家要求小于15ppm，Cat fines親水，要做好下列工作。

（1）加強沉淀柜、日用柜的清潔與底部放殘。

（2）建議使用2臺分油機并聯操作，目的是將每臺機的分離量調到最小，以達到最佳分離效果。分離量調小應通過旁通和關小進油閥控制，防止從泵到分油機進口間的管路和加熱器內壓力太高，油柜內夠用就好，并保證分油機出口壓力在正常范圍內。分油機并聯操作見圖7。

（3）控制、調節分離溫度。由于VLSFO的黏度范圍太大，對于不同批次的燃油，不能固定分油機的分離溫度，推薦分離的黏度20-30cSt為佳，并結合分離效果與閃點來確定不同規格VLSFO的分離溫度。

（4）調整分油機比重環，由于VLSFO密度減小，只有改變比重環才能有效解決分離問題。原則是在最小分離量、最佳分離溫度的情況下，不跑油，盡量選擇大號的比重環（比小環大），如跑油后再換回小一號的比重環，三菱分油機其中2種型號配置的比重環見表2，分油機內部介質分離狀態見圖8。

比重環的初步選擇可根據圖9諾莫圖中的介質比重、分離溫度、分離流量連線找到與比重環線的交點，選擇合適內徑的比重環。但還是要根據實際使用情況進行微調整，以達到最佳分離效果。

3.4選擇高精度的燃油自動反沖洗濾器

這是排除催化顆粒的最后一道保護屏障，重點保證濾器的精度與質量。2003年出廠的MAN主機燃油濾器精度是48um，目前標準是10um。為了防控風險，可以重新配置高精度的燃油。

3.5根據MAN SL2019-67I/AP通函建議，當使用VLSFO時，缸套水出口溫度應從85℃減小到80℃。

3.6控制燃油進機溫度，應以黏度控制為原則，MAN主機廠家推薦進機黏度是10-15cSt，滿足2cst是底線。

3.7儲備合適總堿值的氣缸油

建議儲存BN70/BN402種規格的氣缸油。MANSL2019-671/JAP通函建議，當使用VLSFO時，氣缸油應換成BN40，但當掃氣口檢查發現有“中和不足”的現象時，可適當使用BN70。根據實船管理經驗，“RZ”輪在定速航行途中，大管輪班中，換用BN70的氣缸油，經過一個多月的航行之后，原產生的冷腐蝕黑斑紋消失。注油率的調整，應根據殘油化驗或掃氣口檢查的經驗來判斷注油率是否合適。經驗表明，如果在停車后的第一時間檢查掃氣口時，發現環槽內氣缸油較多且在積碳的內部發現白色硬質沉積物（CaCOa），可適當減少氣缸油注油率。

3.8配足主副機燃燒系統的相關備件，以防不測。

3.9如果黏度低，出現燃油系統泄漏與壓力下降現象，應更換密封件、柱塞偶件，并根據主機說明書中燃油系統壓力調整的要求重新調整燃油系統壓力。

3.10利用電子示功儀，捕捉主副機燃燒不良時的細微變化

柱塞偶件的磨損是個漸進的過程，使用黏度較高的燃油時，其內部的泄漏對燃燒的影響不太明顯;當使用黏度低的燃油后，泄漏嚴重。先進的電子示功儀能同時應用于二沖程和四沖程機型的氣缸內壓力測量，可以準確通過測量燃燒曲線反饋設備工況。圖10反映了正常燃燒、燃燒后移、柱塞磨損泄漏嚴重的P-ψ示功狀況。

3.11加裝燃油冷卻裝置

MAN主機廠家要求最低進機黏度不小于2cSt，當使用LSMGO時，對于沒有冷卻裝置的燃油系統，船上能做的就是將管系蒸汽伴溫管、燃油加熱器的供給蒸汽徹底切斷。但由于主副機回油的溫度偏高，使得集油井的燃油溫度會提高。為應對長時間使用LSMGO，加裝燃油冷卻器是有必要的。

3.12VLSFO添加燃油穩定分散劑、燃燒催化劑，LSMGO添加潤滑性改進劑

應主動與燃油添加劑供應商探討解決低硫燃油潤滑性、穩定性、兼容性、燃燒性能等的技術方案。筆者管理的散貨船重油艙具有17年船齡，一直使用某品牌（BT-8plus）燃油添加劑，燃油艙內的沉積物很少。

3.13為供參考，提供一組實船操作數據，見表3

3.14劣質VLSFO的船上操作要點。一旦船上加裝了劣質VLSFO，怎么辦？根據前面的討論，析蠟通過溫度來控制，Cat Fines通過分離和過濾來處理，而瀝青質和淤渣通過添加劑中的穩定劑、控制儲存時間與溫度是最好的處理方法，但由于船上使用添加劑缺少有效的調和手段，難以讓瀝青質和淤渣以膠體狀態穩定在燃油中，因此下列幾點要點，船上應做好：

（1）儲存時間不能太長，2-3天后應試用;

（2）準備好索賠的所有證據;

（3）條件允許的情況下，添加適當比例的LSMGO在沉淀柜內混合使用;

（4）避免長時間低負荷運行;

（5）主機停車前，應將整個燃油系統全部更換成可靠的燃油或LSMGO，避免主機在機動航行和停車狀態下，燃油系統內存在劣質VLSFO。此操作的主要目的是防止瀝青質在柱塞偶件不運動時沉積在縫隙內，機動航行時柱塞偶件卡住，以及淤渣在加熱器內沉積的可能性。

4結語

綜上所述，了解VLSFO主要特點和可能存在的風險，制定防范措施，使用高質量的燃油添加劑提高燃油的穩定性、兼容性、潤滑性、可燃燒性，從根本上控制好燃油的質量。同時指導船舶做好有效的操作，如：核對供油信息，索要MSDS和析蠟溫度參數，警惕特別高和特別低黏度的VLSFO，聞其味有異臭味要當心，觀其色，使用試紙化驗，控制儲存溫度與時間，控制分離量與進機溫度，調整合適比重環，加強掃氣口檢查，備足備件，測量熱功參數，等等。

低硫油帶給船舶的風險還有很多，船舶所有人與船員只有積極面對，加強風險評估并做好防范控制，加強行業內技術交流與溝通，積累經驗，方能在劣境中求發展。