劣质船用残渣型燃料油的危害及原因分析

□ 烟台中燃船舶燃料供应有限公司   刘广洪       

一、标准“清洁化”和原料
     质量恶化的两极分化

　　最近几年，内贸船用残渣型燃料油质量呈现出两个相反的变化趋势：一是标准向“清洁化”方向发展；二是调和原料质量趋于恶化。
　　目前我国对内贸船用残渣型燃料油的质量要求越来越高。表1为180#燃料油的指标变化情况。由表可见，油品的各项指标与国际标准越来越接近，国家“清洁化”生产要求的趋势非常明确。
　　虽然指标要求越来越严格，但是目前我国船用残渣型燃料油调和的实际生产情况却远非如此。随着市场竞争的日趋激烈，部分生产商片面追求利润的最大化，在船用残渣型燃料油的调和生产中普遍存在打“擦边球”的现象，采用一些非石油烃类的化工原料进行调和，生产出劣质船用残渣型燃料油。这些劣质燃料油可以达到国家标准中“表格指标”的技术要求，但却在调和原料的要求上，极大地违背了国家标准中“燃料应该是由石油炼制获取的烃类均匀混合物”，以及“石油这个术语包括沥青砂油和页岩油”的两个最基本原则。这些劣质燃料油应用于柴油机，带来了越来越多的危害。
　　我国市场上船用残渣型燃料油的生产方式目前早已从传统的直馏、减压蒸馏的渣油为基础原料，结合生产线上重质柴油馏分调和而成，演变成以油浆、页岩油组分作为主要原料，大量兑入溶剂油、煤焦油组分，甚至兑入乙烯焦油组分调和而成。各种调和原料的基本性质与优缺点简单描述见表2。

表1 180#燃料油标准主要指标变化

 指标           单  位      GB/T17411            GB/T17411    ISO-8217:2010
 名称                             -1998                   -2012            RMG180
CCAI值  无要求 最大860或870 最大870
酸值 mgKOH/g 无要求 最大2.5 最大2.5
硫含量 %（m/m） 最大5.0 最大3.5 法规要求
残炭 %（m/m） 最大20（RMF） 最大18（RMG） 最大18
钒 mg/kg 最大200(RME), 最大150(RME), 最大350
  500(RMF) 350(RMF)
铝+硅 mg/kg 最大 80 最大60 最大60
用过润滑油的  无要求 有要求 有要求
钙+磷或钙+锌

表2 各种调和原料的基本性质与优缺点

 原料名称             优  点                             缺  点
油浆 凝点低 着火性差、催化剂颗
  粒大、储存安定性差
减粘裂化渣油 流动性较好 储存安定性差、着火
  性差、热安定性差
页岩油 流动性好、粘度低 含烯烃多、氧化安定性差
煤焦油 流动性好、主要是 稠环芳烃多，易于进一步
 芳烃溶剂性强 氧化缩合为沉渣、着火性
  差、热值低、杂环与杂元素多
乙烯焦油 粘度低、无金属 热值低、不易燃烧、沥青
  质含量高、易结焦、氧化
  安定性差

二、劣质燃料油可能带来的危害

　　1. 在沉淀柜中发生絮凝　船用残渣型燃料油在沉淀柜中遇到原剩余油品直接发生絮凝，絮凝严重时导致无法将油品泵送至下一环节使用。调查发现，调和燃油在单独使用时没有问题，受油船未加新油之前操作也正常，絮凝问题多出在不同批次新旧燃油混合时。
　　为了找到问题原因，进一步使用ASTM-D7061(06)试验方法检测某案例油样的溶解平衡状态。当两种油单独测定分离指数时，供油方新油分离指数是1.058，受油方旧油分离指数是1.527，二者均在安全使用的数值范围内（国际惯例指导值是分离指数超过5为不良状态）。而将90%新油混入10%旧油后，测试分离指数达5.864，明显出现不相容状态。试验说明，虽然调和油的表面指标合格，但由于其调和组分的潜在溶解平衡问题，随时会遭遇到不同调和组分，形成不相容基团成分，造成絮凝现象，从而给柴油机系统的输送带来问题。在跟踪调查试验中发现，有的沉淀柜中的沉淀分离指数达到10.952。
　  造成溶解平衡问题的主要原因，就是调和原料的改变。2008年以前还没有出现溶解平衡的问题，2008年以后遭遇煤焦油系列原料调和的油品时，就带来了溶解平衡的问题。
　   2． 堵塞过滤器、分油机　在劣质船用残渣型燃料油输送至一、二级过滤器、分油机时，会发生滤器堵塞严重，甚至分油机塞死等脏堵现象。引起脏堵的原因很多，与油品因素有关的主要原因为：⑴油品低温洁净性指标差，如总沉淀物超标，直接堵塞滤器；⑵即使总沉淀物符合标准，但溶解平衡不确定，依然可能发生絮凝滤器结堵现象；⑶由于煤焦油系列原料的不确定性，在不断加温的输送过程中，组分中含有的芳烃、杂环氮、苯硫醇等会发生反应而生成沉渣，严重影响分油机工作。
　　3． 高压喷嘴柱塞烧结、堵塞　出现高压喷嘴柱塞烧结、堵塞有四种原因：⑴使用煤焦油、溶剂油等（高芳烃、高溶解性）调和的180#燃料油粘度往往过低，如50℃粘度低于50cSt，使得其正常加热（120℃左右）通过高压喷嘴柱塞时，因粘度过低或没有粘度（往往低于8cSt）而产生干摩擦，摩擦磨损使得喷嘴和柱塞需要频繁更换。⑵如果油品在进入高压喷嘴的温度情况下已经氧化结焦，会直接堵塞喷嘴。⑶当调和油产品粘温特性不符合石油烃的规律时，高温下粘度高达30～40cSt，直接粘堵喷嘴；或者因粘度过大，雾化不良，造成柴油机燃烧不良，喷嘴附近堆积大颗粒油品，同样造成喷嘴的堵塞。⑷油品本身调和原料相容性较差，在日用油柜中严重分层，输送燃烧过程与加热不匹配，或者局部粘度过大，不能形成有效雾化颗粒，造成局部结堵，甚至堵到柱塞或喷嘴。
　　 4. 着火不良，燃烧不畅，堵排气门，冒黑烟等　除机械问题外，因油品燃烧性差、着火性差或雾化效果差使滞燃期延长，造成后燃、排气门结堵并冒黑烟。实践证明，油品的碳芳香度指数CCAI值是船用残渣型燃料油衡量着火质量的有效指标，其作用相当于柴油中的十六烷值。国际研究表明，CCAI值在850以下（目前指标为860或870以下）时，燃料油匹配低速柴油机的滞燃期状态较好，燃烧趋于完全。实践经验CCAI值850左右时，与之相应的十六烷值为29～31；CCAI值875左右时，十六烷值为18～20。CCAI值高代表芳烃含量高，意味着十六烷值低、着火性差。由此可见，那些密度高、粘度低的船用残渣型燃料油，不符合CCAI值的最高标准，必然造成燃烧不畅、后燃、排气门结堵、冒黑烟等现象。如果CCAI值超过880，可能发生打不着火的现象。
　　另外，在油品指标其他方面若有缺陷，同样存在危害。油品在低温洁净性能如总沉淀物、水分、金属含量、中低温直接过滤方面有缺陷将直接影响油品是否能顺利输送，可能因堵塞而造成停机、工况不良、功率下降或摩擦磨损。再比如油品在高温洁净性如残炭、灰分等指标超过要求，带来的直接问题是结碳多、结碳硬，结堵概率高，排气门集结灰分，影响燃烧气流传输等问题。

三、消除危害的意见和建议

　　1． 控制燃料油的粘温特性　针对柴油机的加温程序和正常地进机温度，设立测试50℃和100℃两个粘度，来保证粘温特性的基本要求，合格油品的粘温特性不发生突变，粘度在允许范围内变化。调油企业最好配置能够检测110～150℃每间隔5℃的高温粘度实验设备，测试柴油机进机温度时油品的粘度范围，一般情况下，中低速柴油机控制在9～16cSt，超低速控制在12～24cSt。
　　2． 延伸考察燃料油的相容性　对不同批次燃料油进行及时分别取样，进行不同比例混合定制小样跟踪考察相容性。采取分层密度、水分的检查或斑点试验、有效专项试验等，排除油品不相容、不稳定情况。必要时测试分离指数，以确认溶解平衡状态。
　　3． 对调和产品进行中低温模拟试验　试验的主要目的是了解调和原料中不稳定组分的性质，掌握其形成絮凝或堵塞的温度条件和杂质形成的温度条件。
　　4． 控制残渣型船用燃料油的热值　保证燃料热值水平，是保证油品燃烧性能的必要条件。通常选用上海燃料油期货交易所的通用控制值。通过控制热值可以同时反向追溯调和原料的构成，剔除非矿物油组分及其他不良组分的介入。
　　5． 强调对燃料油CCAI值的控制　调和燃料油需要充分重视C芳香度指数。国际上已经习惯采用这个指标来衡量燃料油的质量，控制这个值，可以从侧面保证烃类混合物或燃烧较佳组分在油品中的含量。
　　6． 考察高温摩擦、高温腐蚀的对应关系　主要目的是通过实验得到燃料油中金属、杂质、酸碱性物质对油品安定性的影响，以便进一步采取相应过滤措施，减少不良组分对油品质量及柴油机使用的危害。