第二章低硫油定義、分類和特性2.1低硫油定義低硫油（LowSulphurOil）是指硫含量質量分數小于0.50%m/m的燃油（引文），屬于船用燃料油的Ⅱ級。2.2低硫油分類(1)調和低硫油。目前市場上調和低硫油比重最大。它是由低硫餾分油與高硫重油按一定比例混合而成的。從一方面來說，調和低硫油的含硫量應小于0.5%，另外一方面，燃料指標應滿足ISO8217-2017標準的要求，用以保證船舶能夠安全地使用低硫燃油。(2)直煉低硫油。這種低硫油的煉制比傳統工藝多了一道脫硫的工序。而脫硫又有生物脫硫和加氫脫硫這兩種方式。生物脫硫是指利用細菌酶催化燃油在加工的過程中釋放硫是從微生物脫硫技術發展來的。生物脫硫可以讓重油中的金屬、硫和氮含量降低20%-50%。加氫脫硫是原油精煉過程中采用預處理加氫的脫硫過程，一般是用催化裂化配套裝置完成的。一方面可以降低油品中的金屬含量、殘碳值和硫含量，另外一方面也可以提高液體收率和液體產品的質量。(3)天然低硫重油。天然低硫原油是用油田的原油直接加工成符合ISO8217-2017標準的低硫油。但是這種燃油的產量非常小，滿足不了遠洋船舶的需求。2.3低硫油特性(1)低黏度。黏度是液體中的摩擦阻力，也是一種阻礙液體中相鄰流層之間運動的特性（引文）。它表示了燃料的稠稀程度，流動的速度有多快或有多慢。根據ISO8217燃料標準，適合一般柴油機的燃料油運動黏度在10~15mm2/s之間，而低硫燃料的運動黏度低到2~6mm2/s之間。低燃油黏度會讓燃油系統里面的燃油泄漏，導致少量燃油的發動機起動困難，并影響燃油的噴射和傳動溫度。(2)低密度。密度是一種物質單位體積的質量（引文）。密度過低會減少柴油發動機的燃料質量流量，使柴油發動機無法達到滿功率，從而影響燃燒質量。(3)低閃點。閃點是指油加熱到一定程度發生氣化其蒸發氣體接觸明火時閃爍的最低溫度（引文）。當今市場上的個別品類低硫燃油的閃點比SOLAS公約的要求(60℃)低。為了減少運輸和儲存環節發生火災的情況，挑選或者使用船用低硫油時，閃點的最低標準應該為60℃。(4)潤滑性能差。燃油中的硫元素可以起到一些潤滑作用。因為低硫燃油本身的含硫量很低，所以低硫燃油的潤滑性能比較差。它不能適應高壓油泵及低壓輸送泵的傳送黏度要求，會導致運動偶件的磨損。(5)低傾點。傾點是燃油從凝結狀態開始呈液體狀態的最低溫度，因此燃油應保持在傾點以上。傾點越低，低溫流動性能越好，適合運輸。(6)含硫量低燃油的硫含量是以硫含量占燃油的質量百分比來衡量的。硫含量越低，對設備的腐蝕和磨損越小，同時對環境的污染也越小。(7)揮發性強較強的揮發性容易導致點火失效，氣體在爐內積聚，會產生爆炸的危險。2.4船用燃油的指標內容國際標準：“船用燃料油規范”ISO8217:2017主要規定了殘渣燃料油和餾分燃料油的編碼和分類、提供了一些產品技術要求和試驗的方法，該標準對11種殘渣燃料油、4種餾分燃料油做出了明確的技術指標要求。包括:十六烷指數、運動粘度、硫化氫、硫含量、閃點、密度、外觀、總沉渣、酸值、氧化穩定性、殘余碳、濁點、傾點、水分、灰分、潤滑性及殘余燃油中釩、鈉、硅、鋁含量等指標。我國標準：GB17411-2015標準規定了三級餾分燃料油的含硫量,其中一級符合ISO/CD8217:2017船用餾分燃油的要求,二級滿足在公共區域運行的要求,三級滿足行駛在大氣排放控制區的船舶燃油的要求。剩余燃油的含硫量是根據國內市場目前現狀和環境改善的需要，由油中調和組分的含硫量決定的，剩余燃油含硫量可分為一級(現今國際海事組織對在一般區域行駛的船舶燃料油的含硫量標準)和二級(符合國際海事組織對2020年(或2025年)船舶在一般地區行駛的船舶燃料油含硫量標準),三級[滿足目前在SOx排放控制區(SECA)內行駛的船舶燃油的硫含量標準]。圖2-1國際船舶燃料油規范ISO8217：2010圖2-2部分燃料油分類標準/習慣圖2-3船用燃料油部分質量指標上海海事大學2021屆畢業論文第三章船舶使用低硫油問題分析及故障分析低硫油的規范和標準并不完善，ISO8217-2017標準里沒有低硫油的相關內容。所以，在現實操作中可能會遇到加裝燃油時的化驗標準符合現有標準但是實際使用時出現不可預料的情況。下面根據低硫油自身的特性開始分析低硫油的使用會在哪些方面給船舶帶來問題。3.1問題分析3.11燃油供給低硫油會對燃油供應系統造成問題，包括高壓柴油燃油噴射系統和低壓燃油供應系統。如果低硫油中的硅、鋁氧化物在凈化系統中沒有得到有效的分離，就會影響燃油供給系統中部件的使用壽命。不同地區低硫油的黏溫特性有所區別，這就對在加料前控制好黏度有較高要求。由于低硫油在調和加工過程中，容易引入脂肪酸這種污染成分。在燃油噴射的系統中，脂肪酸在高溫高壓下會導致聯軸器零件接觸面積碳，失去潤滑性能，甚至堵塞，造成很多不良的影響。3.12燃油凈化低硫油的密度范圍很廣，尤其是調和低硫油，如果輕質油和重質油的調和比例不同，燃油密度會有很大的變化。分油機能否有效分離不同密度的低硫油，需要事先進行評價和確認。在低硫油的生產中，需要添加多種催化劑(通常含有硅和鋁氧化物)來降低硫含量，提高輕、重質成分的相容性。這些硬度較大的硅、氧化物顆粒保留在低硫油中，加重了高壓燃油泵等聯軸器部件的磨損，也導致柴油機氣缸拉傷。所以，在燃油使用前必須對硅氧化物和鋁氧化物進行有效分離。除此之外，低硫燃料穩定性比較差，瀝青質的沉淀，加重了分油機負擔。在分油機排渣間隙期間，大量的油泥聚集在分離室，堵塞了排渣口;粘度較大的瀝青質泥漿附著在高速旋轉的分離筒外腔，不能及時排出，會充滿整個腔室，導致分油機無法正常工作。3.13燃油儲存低硫油的兼容性不理想，特別是調和低硫油本身是餾分油和重油的混合物，它的物理組成更加復雜。不同的港口提供的燃油不兼容,即使是相同的港口提供的不同批次的燃油同時安裝在油罐存儲時,因為芳香分、飽和分、瀝青質和膠質濃度變化,很容易出現瀝青質沉淀,。這給船舶燃油的儲存帶來了一個大問題。蠟與硫不相容，當低硫油的溫度低于濁點時，蠟會結晶。溫度如果再降低，就會有蠟析出，燃油凝結之后不好運輸。出現蠟析之后，將燃油加熱到濁點溫度以上，并保持很長時間才能恢復。因此，有必要特別注意低硫油的儲存溫度。3.2對船舶設備的影響3.21對燃油鍋爐的影響低硫燃油在船舶的使用中對燃油鍋爐的正常運行的影響的分析如下：①由于低硫油揮發性較強，所以容易導致點火不成功，燃氣囤積于爐膛，會產生爆炸的可能性，危及船上工作人員船舶的安全。②使用低硫油還容易造成鍋爐點火出現故障，燃燒不成功，尤其是油船卸貨期間鍋爐發生熄火會對船舶卸貨操作產生不安全的影響和不便。3.22對柴油機的影響低硫燃油在船舶的使用中對柴油機的正常運行的影響的分析如下：①鋁、硅氧化物進入柴油機燃燒過程,可能會形成十分堅硬的顆粒,導致缸套磨損加重,嚴重時可能會拉缸。調和低硫油大部分含有苯類成分的物質,不好進行燃燒,導致柴油機發生后燃,嚴重時也會拉缸。②低硫燃油由于其低硫的特點不可避免的會使低硫燃油的粘度降低，直觀上的是當燃油的粘度降低會導致潤滑不充分，其導致的結果如上分析。粘度的降低還會導致燃油的油泵性能大大降低，當燃油泵性降低時，燃油系統中泵的效率會降低導致流量下降，而柴油機由于得不到應該足夠的燃油，運行的功率降低，嚴重時會導致發電機跳電；③低硫燃油在使用時如何選擇相匹配的汽缸油在低硫燃油在使用時也是影響大的因素。首先對普通燃油進行分析，燃油燃燒時產生的水和硫化物在溫度降到露點溫度的情況下會反應產生硫酸，這些硫酸產生后會附著在柴油機的缸壁上，硫酸是一種腐蝕性很強的酸，此時在缸壁產生的腐蝕就是低溫腐蝕。然而如果這種腐蝕較輕，那么就能在氣缸套的表面產生一層石墨薄層，這樣對于氣缸油的分布以及氣缸的工作是有利的。并且氣缸油因為它是為了中和氣缸中的酸性物質，所以它顯堿性。這樣一來我們就能通過對氣缸油的選擇來控制腐蝕的程度。一般在工程中用TBN值來作為中和燃油中酸能力的指標，船舶在使用含硫量高的燃油時會選擇TBN值高的氣缸油。但是一旦船舶由于特殊要求使用含硫低的燃油時，由于氣缸油的TBN值過高氣缸套壁面形成的不是石墨薄層而是鏡面，鏡面的特殊性會使氣缸油掛壁難，無法形成連續的油膜。這樣一來對氣缸產生的影響使負面的，不僅會使磨損加劇，而且會導致活塞環與活塞頭之間產生結碳，嚴重時會致使部件破損。所以在使用低硫燃油時，對于氣缸油應該選擇TBN值低一點的種類，但是由于TBN值會導致氣缸油的洗滌性能下降，所以TBN值低的氣缸油在低硫燃油的匹配上也無法做到完美；④硫含量在燃油中對燃油潤滑的影響很大，一旦硫的含量過低時會導致燃油的潤滑效果降低。所以低硫燃油的潤滑效果很差，潤滑的效果降低導致燃油系統中摩擦增大，壓力較高的高壓油泵柱塞套筒的磨損影響更大。摩擦產生的顆粒雜質也會增多，導致油閥、噴油針管等部件堵塞。3.3故障實例分析3.31案例一1、故障實例：某艘輪船是主機型號為MANB&W6S70MC-C,生產廠家為滬東重機，生產日期是2003年的18萬噸好望角型散貨船。在2019年11月11日，該船開始用普通的高硫燃油替代低硫燃油。與此同時用BN50汽缸油代替原有的BN100汽缸油。還是保持0.75g/kwh的注油率。在12月6日，到達非洲之后進行拋錨航行的期間主副機的工況都沒有發生異常情況，而且分油機凈化燃油十分正常。拋錨后用主機掃氣口檢查主機的狀況，發現每個缸的活塞頭頂部、活塞令槽都有不同程度的積碳，各缸活塞令表面濕潤，掃氣箱內殘渣比以前明顯增加，其中NO.2缸第二道環黏著卡死。對主機No.2缸進行吊缸拆檢，發現活塞頭嚴重結碳，第二道活塞令搭口處斷掉85mm。活塞頭積碳的具體情況見圖3-1。圖3-1活塞頭積碳情況原因分析：從船上反饋的情況得知，該種低硫油是2019年10月15日在新加坡加裝的RMG380，此油品按照8217-2017標準歸類為船用渣油，煉制是使用輕質低硫燃油和重質高硫燃油進行調和而成。這種混兌燃油，其組成部分有渣油、頁巖油、蠟油、油漿、煤柴與部分柴油，它的穩定性取決于調和工藝及各種調和成分的調和比例，同時與儲存溫度和時間有關。部分供油商在調和的過程中還使用大量的化工廢料、煤焦油等非石油煉制產物，這類燃料油雖然能夠達到標準指標（ISO8217-2017）的要求，但是因為它的化學性質不穩定，實際使用過程中的問題很多。這個案例就是典型的因為油品問題導致的事故。3.32案例二故障實例：某艘輪船于2019年9月25日航行在海上，03:15時供油單元的自清濾器壓差高而報警，從而使用旁通濾器，03:23時發電機燃油發生壓低報警，啟動備用發電機一起運行。03:28時供油單元出口壓低報警，自動切換備用泵，NO.2燃油日用柜手動放殘沒有辦法放出，轉至備用的NO.3燃油日用柜，燃油壓力持續降低，03:33時機艙風機、空調自動卸載，主機自動慢車，03:35發電機解列、主機停車、全船失電，03:36應急發電機開始供電。經過了三個多小時的作業，清理了堵的燃油系統濾器和日用柜出口管路，06:56啟動發電機供電，07:10時正常航行。圖3-2日用柜底部原因分析：此輪于8月7日在南方加裝了含硫量0.38%的低硫燃油，分別加入兩個油艙，其中一個是清洗干凈沒有使用過的空艙，另一個油艙留有其他港口加裝的低硫油45噸，新加入燃油有146噸，混油比例35%，裝油之前沒有做過兼容性測試。9月25日開航后，開始使用混過的低硫油，經過分離凈化程序分入NO.2燃油日用柜，和日用柜保留的低硫油一起使用，具體混油的比例不明確。經過兩次不同比例的混合后，由于低硫油不兼容，產生了大量的油渣。而該日用柜近期并沒有做徹底的清潔，底部油泥較多（見圖3-2），放殘的管路在開航之后堵塞過三次，沒有引起重視，最終油泥進入到供油系統，堵塞了濾器和管路，導致全船失電事故發生。上海海事大學2021屆畢業論文第四章船舶使用低硫油應對措施4.1加強設備保養與維護低硫油對設備要求高，所以需要縮短調節設備的維護周期，加強維護，適當提高設備更換的標準，確保設備處于良好的工作狀態。主機：考慮減少掛缸的周期,提前更換或者修理磨損大的活塞頭、缸套和活塞環。高壓油泵和噴水器要求縮短維護周期,對于輕油排放泄漏不符合規范要求的密封件聯軸器,要及時更換。在船上準備合適的燃油部件,如高壓油泵柱塞等。在開啟換向元件時,如果有必要,應提前進行維護,確保最佳的工作條件。發電機：考慮縮短氣缸蓋大修和吊缸時間。高壓油泵和噴油器縮短維修周期，及時更換磨損較大的零件。備用適當的油料零件，如高壓油泵柱塞、噴油器等。鍋爐：考慮到縮短了燃油泵和燃燒器維護的周期,而且根據實際情況及時地更換相關的運動偶件,確保了設備的良好狀態。鍋爐在運行過程中要經常進行檢查,及時對軸封泄漏油、燃油壓降、點火故障、燃燒中是否熄火進行檢修。燃油鍋爐的爐管在煙氣側需要頻繁進行吹灰工作,條件允許時應該充分考慮燃油鍋爐化學吹灰器的工作原理,以避免爐管臟而影響正常蒸汽的壓力與鍋爐的工作效率。4.2加強船員培訓使用低硫油的所有船舶,應符合公約中所有條款的要求。如果船舶已經進入了低硫油控制范圍,就必須更換低硫油。另外,低硫油的燃料轉換過程、加油清單、變動轉換的時間及油罐內部儲存的記錄也應符合了法定的要求。燃料運輸中的變動也都應該按照要求在日志中予以記錄。對于低硫油的裝卸、貯藏、凈化、排放以及安全性的管理都十分必要,若操作失誤,可能造成事故發生。所以,有必要增加對于船員低硫油技術基礎知識的培訓。4.3建立安全評估體系船舶為了為了滿足環保要求，需要使用低硫油，但是在使用低硫油的時候會產生很多問題，所以如何解決在船舶上的使用低硫油是船舶面臨的一項重要工程，CCS編制了《船舶低硫燃料使用指南》，為船舶設計/改造、試驗、檢驗等提供指導。(一)安全評價:檢查船舶設備是否可以有效使用低硫油,或者原有船舶相關的系統和裝置中是否需要進行改造。它是船東需要在船進行計劃采取低硫燃油之前所需要提交的評價報告。一般情況下,應通過咨詢有關的設備生產商或者專業的設計工程師(原來的船舶建造工程師和設備產品的制造商和工程師)進行安全性能的評估,確認這些裝置中的設備和燃料油是否能安全地使用,并且需要針對船舶的管路、裝置及相關布置進行改造。還要求對相關設備使用低硫燃料后可能出現的問題進行評價和分析,并提出了相應的建議,最后做出評價的報告。安全評價報告應該包括以下幾個方面:一、燃油鍋爐，至少包括:(1)低硫燃料油與其他燃料油轉換的可行性;(2)低硫燃料儲存和隔離的安全性;(3)鍋爐燃燒控制系統的適用性和鍋爐蒸發的變化；(4)火焰檢查和監控設備在爐內采用低硫燃油后的適應性;(5)低硫燃料對設備的影響;(6)鍋爐燃燒器的適用性;(7)用于低硫燃油的輸送,包括管道系統和燃料泵的可靠性及其對環境的適應性,燃料控制系統的安全性。二、柴油發動機（包括主輔機和其他需要使用低硫油的設備及其附屬設備）至少包括:(1)低硫燃料油與其他燃料油進行轉換的可行性;(2)低硫燃料儲存和隔離的安全性;(3)用以低硫燃油的輸送,包括燃料泵和管道系統的可靠性及它們對環境的適應性,燃油控制系統的安全性;(4)柴油機使用低硫燃料之后對點火延遲和燃燒效果的影響。(5)低硫燃料的低閃點、低黏度、低潤滑性等因素對設備產生的影響(其中應該包括按照設備制造商的需求在低硫燃油中加入添加劑、在燃料系統中加入冷卻裝置等措施);(6)汽缸油使用低硫燃料之后的適用性。最終安全性能評估報告,明確的評價結論應當是繪圖,包括以上所有船用裝置是否能夠安全使用低硫油,清楚地說明低硫油在船舶上使用時是否可能存在問題或者修改,并清楚地說明是否能夠適用低硫燃油級別的船舶有關設備。并明確適用于安全低硫燃油產品的各種性能指標，如粘度、潤滑性能、閃點等參數。4.4控制新型低硫油的使用風險考慮到低硫油相容性差，一定要避免混合不同批次和質量的燃料。對于源差較大的燃料油，要避免在沉淀槽和日用柜中混油。在不同批次的低硫油之間進行切換時，應盡量消耗清罐和日用罐中的舊油，以減少油混合的風險。在船上有兩種低硫油的情況下，首先使用它們以減少微生物污染的可能性，不要在船上長時間保存它們。4.5加強對燃油系統濾清器和燃油系統殘渣的檢查仔細閱讀燃料測試報告。由于低硫油的粘度和溫度特性是不可控的，需要等待燃油試驗報告使用。這是因為在燃料測試報告中，可以清楚地發現分離、儲存和使用的溫度。結合低硫油密度的特點，油凈化器比重環的選擇也應結合燃油試驗報告考慮，避免跑油。另外，由于低硫油穩定性較差，且隨著溫度的升高，污泥的產率加快。因此，油箱的加熱溫度也需要結合燃油試驗報告來控制，而不是越高越好。一般來說，保持在傾點以上10度左右，特別是對裝載食品的船舶來說，油箱溫度過高，還會造成食品的損壞和變質。不難從每個燃料測試報告發現:鋁和硅的含量在低硫石油顯著增加,即催化劑顆粒在低硫油中更多。這就需要加強對燃油系統濾器的檢查力度，出現了損壞一定要及時更換。加強對沉淀柜和日用柜殘留排放頻率的要求。第五章結論與展望船舶低硫燃油的大規模使用還存在很多方面的問題，我們不僅要關注低硫燃油本身的品質也要關注船舶設備和系統是否能有效地使用低硫燃油。未來,隨著近年來世界市場經濟的快速復蘇和我國航海燃油運輸業國際市場的快速回暖，全球對柴油船用低硫燃料油的國際市場開發供給技術需求巨大，目前國內對低硫型船燃的開發與生產幾乎處于不起眼的技術空白。因此我們開展對低硫型柴油船用的燃料油開發，以及生產的相關技術基礎研究工作顯得非常必要和緊迫。對于新型脫硫燃燒技術來說，燃油在高溫低硫無氧重質重煤組分的影響下會使產量減少，所以在目前大規模的工業應用中仍然存在一定的技術局限性，固定渣煤機床所采用渣油的加硫除氫調整脫硫燃燒技術，也是較為成熟的一種調整脫硫燃燒技術，但以目前低硫燃料油的市場售價來看，還是非常需要對其技術進行先后的結構優化和技術研究，這樣可以大大降低直接制造生產出高溫低硫無氧重質重油組分船燃的技術效率和生產成本；采用了在沸騰床上的渣煤柴油低硫加氫調整脫硫燃燒技術的沸騰船柴油燃燒機技術能夠直接制造生產出完全合格化的低硫無氧重質組分船柴燃,具備較好的市場經濟、可行性。將成為全社會發展成為低硫重質組分船柴油燃燒機中低溫脫硫化、工業化脫硫技術的行業領先者和市場主力軍。目前，國外已經成功開發設計出了如氮氧化合物脫硫、鈉氧化脫硫等新型對煤渣油渣的脫硫處理工藝,這些先進技術正在國內引起廣泛的社會關注。參