硫氧化物排放限制对船舶燃油切换的影响

硫氧化物排放限制对船舶燃油切换的影响

章杰、李恒

南通中远海运川崎船舶工程有限公司，江苏南通 226005

摘要：由于船舶硫氧化物排放限制，航行船舶自非排放控制区驶入排放控制区前必须要将其使用的燃料油切换为符合法规要求的燃料油，此过程涉及到船舶使用燃料油的转换。本文以试航船舶为研究对象，监测其燃油切换过程，并获得切换过程中的温度和粘度变化情况，为船舶燃油切换过程提供指导。

关键词：硫氧化物排放限制；燃油切换

1引言

自2020年1月1日起，国际海事组织（IMO）在全球范围内强制实施新的船舶硫氧化物排放限制，普通水域（即非排放控制区水域）航行船舶使用硫含量≤0.5%m/m的船用燃料油，排放控制区内航行船舶使用硫含量≤0.1%m/m的船用燃料油。因此，航行船舶自非排放控制区驶入排放控制区前必须要将其使用的燃料油切换为符合法规要求的燃料油。

目前全球主要船舶排放控制区分为两类：一类为IMO排放控制区，分别为波罗的海排放控制区、北海排放控制区、美国加勒比海排放控制区、北美排放控制区；另一类为自行划定排放控制区，由部分国家和地区自行划定排放控制区，主要有欧洲海域排放控制区、美国加州排放控制区和中国排放控制区等。各个排放控制区均对船舶硫排放提出了不同程度的限制要求，具体信息如下表1所示。

表1 全球排放控制区限硫要求一览表

根据《船用燃料油》标准GB 17411-2015，硫含量≤0.1%m/m的船用燃料油是指馏分型燃料油，也就是船用轻柴油（Marine Diesel Oil，下文简称MDO），硫含量≤0.5%m/m的船用燃料油是指残渣型燃料油，也就是船用重油（Heavy Fuel Oil，下文简称HFO）。

本文以某型散货船为研究对象，对其在驶入/驶出中国长三角水域排放控制区的燃油切换过程进行监测，记录燃油切换步骤与时间，燃油温度与粘度参数值。本船使用的船用燃料油情况如下表2：

表2 本船使用船用燃料油

2主机厂家对燃油切换的要求

主机厂家在其推荐中对燃油切换提出了具体的要求[1]。

船舶航行过程中，燃料的转换可能对燃料设备有一定的危害，由于热的HFO与相对冷的DFO混合在一起时，这两种燃料不会立即混合均匀，并且可以预计会有一些温度与粘度的波动。因此，燃料转换过程中需要仔细监测燃料的温度和粘度，一般情况下，只有粘度控制器才能控制燃油加热器的蒸汽控制阀进而自动控制燃油温度，为了避免燃油切换过程中出现燃油温度和粘度的剧烈波动，必要时要手动控制蒸汽控制阀。

主机厂家针对燃油切换中的燃油粘度和温度，提出了以下具体要求[1]：1）燃油粘度必须在2cSt-20cSt范围内；2）燃料入口到燃油泵的温度变化率不得超过2℃/min，以保护主机免受热冲击(热膨胀)而导致的粘着。

3本船燃油切换过程

本船经长三角水域船舶排放控制区驶出，在海上完成各项试验后再驶入长三角水域船舶排放控制区。因此，该船舶先后将其使用的船用轻柴油MDO（硫含量≤0.1%m/m）切换为船用重油HFO（硫含量≤0.5%m/m），再由船用重油HFO切换为船用轻柴油MDO，涉及到两次燃油切换过程。

3.1 燃油MDO切换为燃油HFO

本船的切换流程如下，并且在切换过程中记录了燃油粘度和温度数值随切换时间的变化情况，见下图1所示。

a)设置主机车钟在slow position；b)手动切换三通阀门；c)15分钟后，主机负荷增加到50%MCO；d)开启主燃油加热器，手动控制粘度控制器，使温度变化率不超过2℃/min；e)待主机燃油进机温度达60℃时，主机负荷增加到64% MCO；f)控制粘度控制器切换到自动模式。

图1 MDO切换HFO温度与粘度曲线

根据图1所示的温度与粘度曲线，两个曲线最后均趋于稳定，稳定值在（120℃，12cSt），说明在切换时间160分钟时此燃油切换过程已结束，温度与粘度的稳定数值与下文中重油实际的粘温曲线一致；从温度与粘度曲线可以看出，整个切换过程粘度变化范围在2cSt-20cSt以内，从数值上看温度变化率均不超过2℃/min，满足主机厂家的要求。

3.2 燃油HFO切换为燃油MDO

本船的切换流程如下，并且在切换过程中同样记录了燃油粘度和温度数值随切换时间的变化情况，见下图2所示。

a)设置主机车钟在slow position；b)切断蒸汽伴热管；c)将燃油粘度控制器设定值修改为18cSt，手动控制粘度控制器，使温度变化率不超过2℃/min；d)在燃油粘度降低至18cSt后，手动切换三通阀门；e)当燃油粘度控制器蒸汽调节阀全部关闭后，关闭主加热器蒸汽供应；f)15分钟后，主机负荷增加到64% MCO。

图2 HFO切换MDO温度与粘度曲线

根据图2所示的温度与粘度曲线，与上图1类似，两个曲线最后也均趋于稳定，稳定值在（41℃，2.2cSt），说明在切换时间128分钟时此燃油切换过程已结束；从温度与粘度曲线可以看出，整个切换过程粘度变化范围在2cSt~20cSt以内，从数值上看温度变化率均不超过2℃/min，满足主机厂家的要求。

4 燃油切换中的注意事项：

4.1两种不同硫含量燃油之间的相容性检测

相容性是指两种燃油按照一定比例混合后各组分彼此相互容纳，形成宏观均匀材料的能力。相容性差的两种燃油在混合后将会形成油渣，进而可能会导致主机燃油自动反冲洗滤器的堵塞。因此，在燃油切换前需要进行两种燃油的相容性检测，并且在燃油切换过程中需要时刻关注自动反冲洗滤器的状态。

根据ASTM D4740，用来评判两种燃油混合后相容性好坏的指标是混合后燃油的清洁度等级（Cleanliness rating），清洁度等级见下图3所示，清洁度等级越低代表这两种燃油的相容性越好。

图3 清洁度等级

就本船而言，所使用的两种燃油按照不同混合比例的相容性检测结果如下表3所示，不同混合比例的清洁度等级均在1 Rating，并且混合后总潜在沉淀物处于极低水平，说明所使用的两种燃油相容性较好。

表3 两种燃油相容性检测结果

4.2自动反冲洗滤器的状态

正如第1点所述，混合后的燃油有可能形成油渣，哪怕是对于相容性较好，均在1 Rating 的两种燃油，为确保燃油切换过程顺利，仍需要时刻关注自动反冲洗滤器的状态，监测滤器前后的压差，必要时进行连续手动冲洗，避免发生堵塞情况。一旦出现堵塞，应立即将自动反冲洗滤器切换到旁通滤器侧，清洗堵塞的滤芯或更换堵塞的滤芯，以恢复其正常工作状态。

4.3主机厂家对燃油切换过程中的温度和粘度要求

如前文所述，主机厂家对燃油切换过程中的温度和粘度有两点要求。对应此要求，在燃油切换过程中通过手动控制燃油粘度控制器以实现燃油温度变化率不超过2°C/min。无论在任何情况主机燃油粘度必须要2 cSt以上。在重油切换到轻油时，由于轻油粘度较低，在50℃时粘度只有2cSt左右，因此要注意粘度的变化趋势，必要时使用燃油板冷对其进行冷却，以避免粘度降低到2cSt以下对主机造成损害。

4.4 所使用重油的粘温曲线

如何判断燃油切换已完毕，可以根据燃油切换过程中的燃油温度和粘度参数值，一旦两者均趋于稳定状态，就可以认为燃油切换已完成。作为辅助，可以基于本船使用燃料油的情况判断本船使用单一种类燃油时大概的温度和粘度范围。对于重油，可根据其油品报告中的温度和粘度对应值，在MAN Diesel & Turbo推荐的粘温曲线图中作成本船实际的粘温曲线。

例如，本船使用重油在50℃时的粘度为145.3cSt，在120℃时的粘度为12.3cSt，基于这两组数值在粘温曲线图中作成的粘温曲线如下图4所示。根据此曲线，可进一步推测出燃油粘度15cSt对应的燃油温度为112℃，燃油粘度10cSt对应的燃油温度为129℃。

图4 粘温曲线

5结论

本文通过对航行船舶实际的燃油切换过程进行监测，获得了燃油切换过程中的温度和粘度随切换时间的变化曲线，为确保整理燃油切换过程顺利并且满足主机厂家的要求，本文列举了燃油切换相关的一些注意事项，可以总结出如下结论：1）整个切换过程应该平稳进行，满足主机厂家对于温度变化率和粘度的要求；2）燃油切换前需要检测两种燃油的相容性结果，若两种燃油相容性不好应提前预备防止自动反冲洗滤器堵塞的措施；3）为满足法规要求，燃油切换前应预备有足够的切换时间；燃油切换过程的结束应根据燃油温度和粘度的稳定情况，油品报告中的温度与粘度值以及粘温曲线可用来辅助判断。

参考文献：

[1]Project guide MAN B&W