CWA 15375 試驗方法先進性分析

鄭加洲，汪秋桐，賴 棟，丁曉明

（1. 南京中船綠洲機器有限公司，南京 211164；2.中國船級社南京分社，南京 210011）

0 引言

船用殘余燃料油也稱為船用燃料或船用殘留燃料，主要用于船用主發動機（船用主要動力）和輔助發動機（為船用輔機設備提供電力）。船用殘余燃料油是煉油廠的副產物，由于市場對提煉燃油的需求不斷增加，為了從原油中提取更多的餾分油原料，更先進的精煉技術將會慢慢普及，船用殘留燃料也將包含若干等級更多的催化劑。分離機的主要工作就是去除殘余燃料油中的催化劑，然而，目前市場對于分離機分離油中催化顆粒的能力沒有一個統一的性能指標，而CWA 15375：2005（船舶殘渣燃料油分離機，應用特殊試驗油的性能測試）中的試驗方法正是為了更好地對比分離機之間分離性能兒設計出來的，CWA 15375試驗方法更優于GB/T 5745—2010《船用碟式分離機》的試驗方法，更能體現分離機的分離性能。

1 試驗原理

試驗裝置主要包括碟式分離機、儲油罐和收集罐，儲油罐中放置有未經過分離處理的測試油，在儲油罐中將測試粒子和測試油充分混合，混合后的測試油進入分離機處理，分離機去除測試油中大部分的測試粒子，經分離機處理后的測試油進入到收集罐，在分離機的進口和出口設置取樣裝置進行取樣。式中：η為分離機效率，%；Cout為分離后指定測試油中含有指定測試粒子的數量；Cin為分離前指定測試油中含有指定測試粒子的數量[1]。

圖1 試驗原理簡圖

2 測試油的選擇

船用燃料油分類復雜，一般可分為80CST、180CST、380CST 3大類，且一般都是根據50 ℃時的運動黏度來進行分類的[2]。根據ISO 8217—2015船用燃油規范, 在黏度范圍內燃料油還有進一步規定，包括密度、黏度、閃點、傾點、殘炭、灰分、水分、硫含量、釩、鋁＋硅以及潛在沉淀物的百分比。由此，測試油的選擇只要符合標準就是合適的。CWA 15375實驗方法選用的測試油是6#PAO基礎潤滑油，性能見表1。

表1 6#PA0 基礎潤滑油數據表

這種測試油，通過控制溫度的變化，能滿足模擬燃料油的特性；其色度很小，這主要是為了便于計數器的檢測。

3 測試粒子獨特性

模擬污染物的替代粒子可以分為2種類型：1）一定范圍內各種粒經分布的粒子[3-4]；2）單一粒徑粒子（誤差在可接受范圍內）。

GB/T 5745—2010《船用碟式分離機》分離性能試驗采用的碳粉屬于第一種粒子，國內外評價濾芯過濾性能均采用ISO 12103—2016中規定的粒子，這也屬于第一種粒子。這種類型的粒子可以簡單模擬污染物的特性，但是這種粒子粒存在不可控性，因而不能準確反映分離機對污染物處理的實際情況。

一種典型的重油中催化劑粒經分布見圖2。

圖2 催化劑粒徑分布示意圖

由圖2可知，該重油中催化劑粒經分布中大部分為5 μm～10 μm的粒子。對于分離機而言，10 μm以上的粒子是比較好分離的；5 μm～10 μm的粒子是比較難分離的。如果仍然按照GB/T 5745—2010采用第一種類型的粒子，在5 μm～10 μm范圍的粒子，越是靠近5 μm的粒子越難分離，靠近10 μm的粒子更易分離，這種不可控性很難準確考核分離機對重油的分離能力，同時也沒有可復驗性。因此，第一類粒子已經不能作為考核分離機對重油處理能力的替代品。

CWA 15375試驗方法采用的替代粒子是單分散的5 μm的球形粒子，粒子由45%聚苯乙烯和55%二乙烯苯交聯而成。這種粒子解決了第一類粒子不能解決的關鍵問題，主要如下：

1）該粒子粒徑可控，都是5 μm±2.5%的球形粒子。

2）該粒子密度可控，為1 050 kg/m3±1%。

3）粒子直徑選用的是催化劑最小顆粒作為基礎顆粒直徑，對于分離機來說都是很難分離的粒子，更能代表分離機對重油污染物的處理能力。

該試驗方法檢測快速，易取得結果，且試驗周期短；設備先進，且粒子可控，結果具有高準確性和高復驗性；對分離機通用性高，使用此模擬試驗方法無論使用怎樣的油料和分離機，得到的數據與實際狀況均相似。

在燃油加入到發動機之前，船用燃油凈化系統用分離機來清除催化劑和其他雜質。發動機制造商普遍期望含有80 ppm（1 ppm＝0.001‰）催化劑粉末的燃油在加入發動機之前，通過船用凈化系統減少至低于15 ppm。在燃料艙中，催化劑粉末若低于80 ppm，則發動機制造商預期在燃油進入發動機的催化劑粉末量也就相應減少。

因此，設計船用燃油凈化系統，是將催化劑量為80 ppm的燃油在加入發動機之前使催化劑含量低至15 ppm，以確保發動機安全運行，并發揮最佳性能。由此可知，凈化系統效率最低為81.25%[5]。CWA 15375規定：分離效率85%時的處理量作為分離機的實際處理量，這滿足行業對分離效率81.25%的期望。

4 結論

CWA 15375試驗方法是Alfa Laval了比較不同離心機的性能，成功研制出的一種模擬試驗方法。該方法可以模擬正常運行，提供高精確度和高復驗性的結果。根據實際分離試驗，這一試驗方法直接比較了不同離心機的分離性能，已被國際幾個代表性的公司認可，并得到船級社、船用柴油機制造商、石油公司、分離機制造商和船舶業主與操作人員的支持，并被挪威船級社（Det Norske Veritas）形式認可，這將是未來重油模擬試驗方法發展的趨勢。