船舶燃用低硫燃油的策略探討

顧世明， 李品芳， 朱發新， 李玉樂

（1.浙江海洋大學 船舶與海運學院，浙江 舟山316022；2.集美大學 輪機工程學院，福建 廈門361021）

0 引言

聯合國貿易發展促進會的統計數據表明，世界貿易商品的總質量中有近90%是通過海運實現的[1]。我國倡導的“一帶一路”沿線國家的貿易往來中，海運貿易量占大部分[2]。同時，船舶在營運過程中也會給環境帶來許多污染物質，其中硫氧化合物（SOx）是形成酸霧、酸雨和有毒有害煙霧等環境污染的主要原因，SOx對人體的危害主要是刺激人的呼吸系統，吸入后會誘發慢性呼吸道疾病，甚至引起肺水腫和肺心性疾病，給人們的身體健康帶來嚴重威脅。國際海事組織（IMO）委托咨詢機構調研預測，2020年全球船用燃料油消耗量約3 億t。船舶是大氣環境的主要污染源之一，船舶排放的SOx占人為污染源的4%～9%[3-5]。為此，IMO海上環境保護委員會（MEPC）修訂了MARPOL公約附則VI，制定了限制船舶使用高硫燃油的法規（業內稱“限硫令”）?！跋蘖蛄睢睂τ贛ARPOL公約的締約國具有強制約束力，違反“限硫令”可能導致經濟損失、行政處罰乃至刑事責任等嚴重后果。船舶輪機管理人員必須盡快了解相關法規，盡快掌握低硫油的特性和管理對策，避免因為不合規導致的法律后果，避免因為不當使用低硫油給船舶動力裝置帶來的風險，這種風險甚至使船舶失去動力，直接威脅到船舶的航行安全[6-12]。

1 限硫令的主要內容簡介

限硫令的出臺，經歷了幾個階段，最新的規定主要內容如下。

1.1 IMO“限硫令”

1）自2020年1月1日起，在全球范圍開始實施MARPOL公約附則VI關于燃油硫含量限制的規定，船上使用（包括主機、輔機、鍋爐等設備）的任何燃油的硫質量分數不應超過0.50%。

2）SOx排放控制區（IMO ECA:波羅的海、北海、北美及美國加勒比海）執行0.1%的燃油硫質量分數標準。符合上述硫含量標準的燃油稱合規燃油，超標的稱不合規燃油。

3）自2020年3月1日起，除非船舶采用其他等效措施（安裝洗滌塔、采用其他替代燃料等），否則禁止船舶攜帶不合規燃油。

1.2 我國的“限硫令”

1）自2020年1月1日起，國際航行船舶進入我國管轄水域應當使用硫質量分數不超過0.50%的燃油。

2）自2020年1月1日起，國際航行船舶進入我國內河船舶大氣污染物排放控制區的，應當使用硫質量分數不超過0.10%的燃油；自2022年1月1日起，國際航行船舶進入我國船舶大氣污染物排放控制區海南水域的，應當使用硫質量分數不超過0.10%的燃油。

3）自2020年3月1日起，國際航行船舶進入我國管轄水域，不得裝載硫質量分數超過0.50%的自用燃油。

4）國際航行船舶采用的替代措施滿足MARPOL公約附則VI第4條所述等效要求的，可以免除以上1）、2）、3）項的要求。上述“替代措施”系指船舶使用任何裝置、設備或者替代燃料，使船舶取得與規定相同或者更好的大氣污染減排效果的措施。自2020年1月1日起，船舶不得在我國船舶大氣污染物排放控制區內排放開式廢氣清洗系統洗滌水。

2 低硫油的管理對策

據Wood Mackenzie和BIMCO的統計數據，全球有超過9萬艘商船將受到“限硫令”的影響。受初始安裝改造成本高、服務鏈不完整等因素所限制，全球90%以上船舶選擇使用合規燃油來滿足“限硫令”的要求。

根據生產工藝流程不同，船用合規低硫燃油分為餾分型燃油和殘渣型燃油兩種。船用餾分型燃油是直接通過原油蒸餾或通過催化裂化、加氫裂化等工藝流程得到的燃油。船用殘渣型燃油通常是由高硫殘渣型調和原料與低硫輕餾分油調和原料按一定比例調合而成的燃油。

2.1 針對低硫燃油特性的應對策略

船舶動力裝置使用低硫燃油時，由于現有低硫油的一些特性，可能會導致燃油系統及設備故障，甚至導致船舶失去動力，威脅到船舶航行安全。因此，認識使用低硫燃油潛在的危害和風險對于輪機管理人員來說具有緊迫性和實用性。與高硫燃油相比，低硫燃油具有低黏度、低密度、低閃點、低潤滑性、低傾點、低硫含量和低酸值等理化特性，并且根據燃油種類及生產工藝的不同，低硫燃油還存在燃油兼容性不足、穩定性較低及催化劑顆粒含量較高等問題。

2.1.1 穩定性

穩定性是指單一品種、同一批次的燃油瀝青質在整體溶液中保持穩定的能力。在低硫燃油調和時，由于渣油和餾分油配比不當、為降低黏度使用了過多的稀釋組分或輕重組分的相容性差，導致了其穩定性降低。另外，低硫燃油的石蠟含量高于現有硫含量較高的燃油，芳香組分對瀝青質有穩定作用，而石蠟則沒有，這也影響了低硫燃油的穩定性。

1）潛在風險。低硫油的使用過程中析出瀝青質和蠟（油泥），導致油泥沉積在燃油艙柜底部，燃油系統中的管路、閥件、濾器、分油機等部位造成堵塞，油泥沉積在加熱器加熱盤管導熱面將嚴重影響燃油加熱效果。嚴重情況下將導致主機和發電機組斷油，使船舶失去動力，威脅到船舶的安全航行。案例：某知名燃油供應公司供應的VLSFO(超低含硫量燃油)完全符合ISO 8217燃油標準要求，加油前燃油艙也清洗干凈，加油4 h后油品就發生大量油泥析出而無法使用。

2）應對策略。咨詢燃油供應商，要求驗證所加低硫燃油的穩定性，了解這種燃油在船儲存、處理及使用的注意事項。避免燃油長期儲存，采取先加先用的原則。實踐中，有些船舶采取在燃油中添加瀝青質分散劑的做法，取得了較好的效果。從行業角度看，這也要求燃油生產商在未來研制出更多穩定的、即使在高溫下也能長期儲存的合規燃油。

2.1.2 兼容性

兼容性是指兩種或多種單獨穩定的燃油以一定的比例混兌后形成穩定的混合液的能力。由于不同的燃油生產商生產的低硫燃油的混合配方存在較大差異，難以保證不同品種、不同批次的燃油具有良好的兼容性。

1）潛在風險。不兼容的燃油混合后會導致瀝青質析出現象，使得燃油中產生大量油泥，堵塞燃油系統，甚至導致主、副機斷油，使船舶失去動力。

2）應對策略。盡量避免不同品種、不同批次的燃油在油艙、油柜和燃油系統里混兌；擬加裝的新品種燃油盡量注入清洗過的空燃油艙里；換用不同的燃油前對燃油系統進行清洗。咨詢供油商以獲得關于燃油兼容性的指導信息。不得不混兌不同品種燃油前需進行兼容性試驗（如斑點試驗、Turbiscan儲存穩定性指數法測試等），此外還可在燃油中添加瀝青分散劑。相信會有越來越多的手段可以幫助船舶克服燃油不兼容的問題，目前已經有兼容性快速檢驗儀在船上投入使用。

2.1.3 低溫流動性

由于低硫餾分油的黏度較低，使用時通常不需要加熱，因此在船上燃油管理中，應特別注意其低溫流動性參數，包括濁點（CP）、傾點（PP）和冷濾點（CFPP）。CP是在規定的試驗條件下，燃油開始變得渾濁的溫度；PP是在規定的試驗條件下，燃油尚能流動的最低溫度；CFPP是指按照規定的測定條件，當試油通過過濾器的流量小于20 mL/min時的最高溫度。由于冷濾點測定的條件近似于使用條件，因此可以用來粗略地判斷燃油可能使用的最低溫度。三者存在以下關系：CP=PP+5.8 ℃，CFPP=PP+（6～10）℃。

1）潛在風險。低硫燃油含蠟量高，低溫下容易產生蠟析出，堵塞燃油濾器，沉積在加熱盤管換熱表面影響燃油加熱，導致燃油無法從油艙泵出，嚴重時將造成主、副機斷油。

2）應對策略。要求燃油供應商提供燃油低溫流動性參數并提供溫度管理指導；避免在寒冷地區使用低溫流動性差的燃油；對燃油進行加熱，保證儲存艙柜溫度在PP溫度以上至少10 ℃，在過濾器和分油機環節保持油溫高于其CFPP；加熱時注意低硫餾分油的黏度，避免燃油在燃油系統任何位置（包括進機前）出現黏度低于2 mm2/s的情況。

2.1.4 催化劑顆粒

催化劑顆粒是石油煉制過程中添加的催化劑的殘存物，主要成分是鋁和硅的氧化物，顆粒直徑在5～30 μm,這些顆粒的硬度很高，直徑為8～15 μm的顆粒危害最大。低硫燃油中催化劑顆粒的含量高于高硫燃油。

1）潛在風險。催化劑顆粒會導致燃油噴射系統中的柱塞套筒偶件和針閥偶件嚴重磨損，使偶件間隙超差，燃油泵送壓力和噴射壓力無法正常建立，造成柴油機啟動困難，燃油燃燒質量變差。另外，各缸高壓油泵柱塞套筒偶件磨損的不均衡，會引起各缸負荷分配不均，影響柴油機的低速穩定性，對于并聯運行的發電機組，這種不均衡還可能導致兩臺發電機組的負載失去平衡而跳閘，造成全船失電的危險局面。催化劑顆粒進入氣缸，將導致缸套和活塞環過度磨損。催化劑顆粒還會導致排氣閥密封面燒蝕，縮短排氣閥的使用壽命。

2）應對策略。加強燃油凈化環節的管理，在燃油進機前截留大部分的催化劑顆粒。根據低硫燃油的密度和黏溫特性合理選用比重環、調整分油機的轉速，采用兩臺分油機串聯或者小流量并聯方式操作分油機，以提高凈油效果。加強沉淀柜和日用柜的清潔和底部放殘。安裝過濾網目小于10 μm的自動反沖洗濾器，確保反沖洗動作可靠，此外可單獨把截留的催化劑顆粒排出濾器之外。另外，安裝一臺電子示功儀，可以協助輪機員通過各缸燃燒壓力曲線判斷出因磨損引起的燃燒異常，及時更換過度磨損的燃油噴射系統精密偶件。

2.1.5 黏度

黏度是燃料油的最主要性能指標之一，是劃分燃料油等級的主要依據，直接影響到燃料油的易流性、易泵送性、潤滑性和易霧化性能的好壞。調合低硫燃料油的黏度范圍較大（如表1），低硫餾分燃油黏度較低。受低溫流動性的限制，經加熱的低硫餾分油的黏度可能變得極低，另外，低硫調合油的黏溫特性較為復雜，同樣會給燃油的溫度管理帶來一定的困難。

1）潛在風險。燃油黏度低、潤滑性差，加上催化劑顆粒的存在，容易導致燃油噴射系統的偶件過度磨損，內漏加劇，影響柴油機的燃燒性能。嚴重的情況會導致柴油機各缸負荷不均、低速穩定性差，甚至使船舶失去動力。

表1 不同地區低硫燃油的黏度范圍 mm2/s

2）應對策略。密切注意燃油供應商提供的燃油黏度指標，尋求柴油機制造商的技術支持。根據燃油的黏溫特性，切實做好燃油的加熱管理，包括正確操作燃油冷卻單元。在餾分油和殘渣油轉換的過程中，須注意柴油機說明書中規定的換油時的負荷，根據燃油的黏溫特性設定進機燃油的最高預熱溫度，控制好燃油的溫度變化率，減少燃油系統設備的熱沖擊，避免燃油噴射系統偶件卡死。

此外，低硫燃油的閃點是與燃油儲存相關的火災危險指標，必須滿足SOLAS公約的要求（不低于60 ℃）；燃油的酸值和含硫量影響到柴油機氣缸油的減值選擇和注油率確定，也需要輪機管理人員認真應對。

2.2 低硫燃油管理計劃

2018年10月，IMO MEPC73通過了《統一實施防污公約附則VI中0.5%硫含量限值的船舶實施計劃編制指南》，對船東、運營方編制船舶執行計劃（SIP）做出了指導。

航運公司應根據燃油生產商或供應商提供的可靠的低硫燃油使用手冊或指南和船舶的實際情況，制定船舶低硫燃油管理計劃，并確保船舶相關操作人員熟悉掌握。

低硫燃油管理計劃（FOMP模板）主要的內容至少應包括：1）船舶詳情；2）燃油系統的原理圖，包括改變SOx控制的細節；3）主機、輔機、鍋爐等的詳細燃油轉換程序；4）公約、規則的要求，加油細節，取樣細節及燃油艙中低硫燃油體積的記錄方法；5）燃油轉換在進入ECA之前完成，或離開ECA后開始的操作日期、時間和船位；6）燃油加油單（BDN）在船的保存；7）燃油樣品密封、確認和保存要求；8）按照船舶的航行計劃無法購買符合規定的燃油的應急方案；9）相關工作的風險評估及防范措施等。

2.3 燃油不可獲得證明

2019年5月的MEPC74屆會議上，IMO批準并通過了《2019年MARPOL附則Ⅵ0.50%m/m硫含量限值的統一實施導則》，給出了“燃油不可獲得報告”（FONAR）的標準格式。

2019年10月23日，我國海事局發布了《2020年全球船用燃油限硫令實施方案》，其中也包括《合規燃油不可獲得報告（樣本）》。

值得強調的是，船舶提交FONAR并不代表免除履約責任，從經濟的角度看還可能產生巨額費用，因為船舶離港前可能被要求卸載不合規燃油和洗艙，導致航次延誤。此類經濟損失的數額甚至遠超需支付的罰款。多次遞交FONAR還是PSCO更詳細檢查的理由。在不得不提交FONAR的情況下，應注意以下事項：1）船舶可以在抵港前通過其船旗國向港口國PSCO遞交FONAR證明其在正常（不偏航）航線下不可獲得符合規定的安全燃料。2）當事方應提供證據支持聲明，已采取所有努力獲取合規燃油。船長或公司應提供記錄，證明已經采取行動試圖加注合規燃油，并提供證據，根據航行計劃試圖采購合規燃油，如不可獲得，試圖發現替代能源，證明盡管已采取最大努力，仍然無法采購到合規燃油。3）船長和公司應在開航前進行最大努力采購合規燃油；如最終無法采購到合規燃油，應立刻通知港口國和船旗國。4）為了減小對商業的干擾和避免延誤，船長或公司應在得知無法獲得合規燃油時盡快向港口國和船旗國遞交FONAR。同時，船東需要在這份報告中明確其為獲得符合規定的燃料所做的努力，包括在當地并無替代燃料可用的情況。

3 低硫油的PSC檢查的內容

港口國監督官（PSCO）根據《2019年MARPOL附則VI第3章港口國控制指南》執行低硫油檢查。檢查程序包括初始檢查、初始檢查結果和更詳細檢查，具體有文書檢查、現場審驗、結果判斷和處理意見等幾個環節。

3.1 初始檢查

PSCO主要檢查以下文書：《國際防止空氣污染證書》（IAPP）、例外和免除批準文件、燃油交付單及相關樣品和記錄、燃油不可獲得報告（FONAR）等。在ECA區內，PSCO要檢查船上保存的燃油交付單或者包括油類記錄簿Part I在內的其他文件，驗證船上使用的燃油硫質量分數不超過0.10%，還會檢查船上的燃油轉換程序。

3.2 初始檢查的結果

在證書和文件有效的前提下，根據PSCO對于船舶的整體印象和目視觀察，確認船舶維修保養狀況良好，那么船舶就會很容易通過初始檢查；但如果根據PSCO對于船舶的整體印象和目視觀察顯示有“明顯的理由”證明船舶或設備的狀況與證書或文件所述嚴重不符，PSCO將開展更詳細的檢查。一般來講，“明顯的理由”主要包括以下幾類：公約要求的證書和文件丟失或失效；證書或文件規定的設備或裝置不存在；裝有證書或文件中未規定的設備或裝置；證書或文件中規定的設備或裝置存在嚴重的缺陷；有信息或證據表明船長或船員不熟悉與防止空氣污染相關的基本操作；燃油交付單顯示的信息與IAPP證書附件第2.3條不一致；等效裝置未按規定使用；經計算，交付的燃油量與船舶航行計劃不能匹配；有報告或投訴顯示，或燃油含量檢測設備顯示船舶航行期間使用了不合規燃油。

3.3 更詳細的檢查

存在“明顯的理由”時，PSCO將開展更詳細的檢查，主要包括以下內容：1）檢查并驗證船上使用的燃油是否滿足要求，同時關注相關記錄（在用燃油硫質量分數非限排區不超過0.53%、限排區不超過0.11%視為合規），或確認船舶按規定使用了其他經認可的等效裝置。3）如為油船，PSCO還將要求對船上的蒸汽收集系統進行驗證。若油船載運的是原油，驗證船上是否備有經批準的VOC管理計劃。4）驗證船上未焚燒受禁材料。5）驗證船舶在碼頭、港口時，船舶污泥或油渣未進行船上焚燒。6）對船上經認可的焚燒爐進行驗證，檢查設備是否與證書所述一致；檢查是否備有操作手冊；驗證燃燒室的廢氣出口溫度是否按要求進行了監測。

除此之外，PSCO 還可能對操作程序進行檢查，主要包括船員是否熟悉消耗臭氧物質排放程序、柴油機的操作與維護程序、燃油轉換程序、垃圾分類程序、焚燒爐操作程序、蒸汽收集系統的操作程序、VOC管理計劃的應用（如適用）、燃油交付程序、是否對燃油樣品進行適當保存。

3.4 可能導致滯留的缺陷

當出現以下情形時，PSCO可能判定船舶滯留：1）無法提供有效的IAPP證書；2）如果船上未裝有SOx排放等效裝置，而取樣化驗結果顯示燃油硫含量超標；3）如果船上安裝了SOx排放等效裝置，但無法提供等效方式證明文件；4）當船舶在SOx排放控制區航行時，不滿足排放控制區的相關要求；5）船員對防污染方面的關鍵操作程序不熟悉。

船舶管理人員必須掌握PSC檢查的主要內容，以降低因不合規導致船舶被滯留的風險。

4 結語

“限硫令”對保護全球大氣環境具有十分重要的意義，同時也將給航運業、燃油供應商、環保監管部門等帶來新的挑戰和機遇。船舶是燃油的流通“終端”，船舶管理者應該盡快適應新的燃油政策，及時有效培訓船員隊伍，預判風險，制定有針對性的計劃，防患于未然。此外還應不斷積累經驗，努力做到安全、合規地使用燃油，促進船舶航行安全并為環境保護作出應有的貢獻。本文就低硫油使用管理策略的探討尚有不足之處，有待業內同仁不斷分享經驗，促進船舶管理工作的日臻完善。