油渣分离系统的经济性分析及应用

2017-10-10陈小虎宗明珍王文中

船舶设计通讯 2017年1期

关键词：油渣分离机油机

陈小虎宗明珍王文中

（上海船舶研究设计院，上海201203）

油渣分离系统的经济性分析及应用

陈小虎宗明珍王文中

（上海船舶研究设计院，上海201203）

为降低船舶的运营成本，提高轮机系统的综合性能，从废油中提炼可再利用的燃油，大幅降低处理油渣的费用和人工成本使得油渣处理系统有很大的应用价值。分析了该系统的经济性，介绍了主流分离设备和船上的系统设计。

油渣分离；经济性；选型；系统设计

Abstract:In order to lower ship’s operation cost and improve comprehensive performance of machinery system，fuel oil is refined from waste sludge，which is of great value by cutting the cost of waste oil handling and labour.The economy of the system was analyzed and main separators and design of related system were presented.

Keywords:sludge separation；economy；equipment selection；design of sludge separation system

0 前言

在用柴油机作动力的船舶上，油渣和废油的处理一般是用焚烧炉燃烧或待船舶靠港后排岸回收。这些油渣和废油中有大量可用燃油，而且传统的油渣处理成本也不低，通过焚烧炉燃烧需要额外消耗柴油，排岸处理也要支付较高的回收费用。在航运企业努力降低船舶运营成本的大背景下，从废油中提炼可再利用的燃油，大幅降低处理油渣的费用已成为降本增效的有效途径。下面就油渣处理系统的经济性和在船上的应用进行分析介绍。

1 经济性分析

主要以燃油油渣为对象进行分析。油渣来源为：燃油分油机排渣、燃油日用澄清舱泄放、供油单元燃油自清滤器反冲洗、柴油机燃油泄漏以及其他燃油泄放。这些油渣一般通过重力收集在泄放舱或油渣舱。

1.1 油渣产量

油渣的产量按柴油机油耗的1.5%来计算。现以柴油机输出功率10 000 kW来预算相关数据。油耗约为：200 g/kW·h，每年船舶航行时间约为270 d，则主机运行6 480 h，算出年油耗为：12 960 t/a，用年油耗乘以1.5%计算出油渣量约：194 t/a。油渣中各成分含量：水 70%～80%、油 20%～30%、固体颗粒约 2%［1］。

1.2 燃油回收的经济性

燃油回收率取25%，每年从油渣中回收燃油：194 t×25%＝48.5 t，按 380 cst燃油价格 2 000 元/t计算出年节省燃油费用约9.7万元。回收油经处理完全可以用作柴油机和锅炉燃料。随着船舶所配主机功率的增大，回收燃油带来的经济效益也更加显著。配置不同功率主机的船舶节省的燃油成本见图1。

图1 节省的燃油费用

1.3 油渣处理成本

1）排岸处理费用：各港口回收油渣的费用都不相同，新加坡港约1 300元/t，其他港口略低，现按1 000元/t来计，194 t油渣年处理费用约为19.4万元。

2）焚烧炉处理费用：根据船员使用经验，用焚烧炉燃烧每吨油渣需消耗0.2～0.3t的柴油，柴油价格按5 000元/t来计算焚烧炉处理成本：194 t×0.2×5 000 元/t＝19.4 万元。

1.4 分析结果

经油渣分离系统处理后，船上存放的油渣量将减少90%～95%，后期处理成本节约70%～80%，按19.4万元处理费来计，将节约费用至少13.6万元。每年燃油费用和处理费用一共节约23万元。而安装整套油渣处理系统初投资预估约60万元，将在两年半左右回收初投资成本，其经济效益相当可观。节约的费用将随油价的波动而变化，目前的油价处于一个较低水平，整个系统的经济性优势也将随着油价的上涨而更加明显。同时，油渣能得到及时有效的处理，为机舱也节省了不少存放空间。

2 油渣分离机的对比和选型

现在主流的油渣分离机的原理基本相同，都是由电机驱动分离盘，产生高速离心力将油渣中的固体颗粒、水和油根据其不同比重进行持续分离，分出的油和水通过内置的向心泵分别排出，油渣则聚集在分离盘的外缘，通过排渣口排出［2］。目前较为成熟的油渣分离机制造商有三家：GEA、Alfa Laval和三菱。现将三家产品的设计和性能对比如下，以供选型时参考，其中结构及分离特点对比见表1。

表1 GEA、Alfa Laval和三菱油渣分离机对比表

2.1 设计特点

1）本体结构：GEA分离机基本是在其分油机的基础上改进，运行过程和外围接口也与分油机差不多。Alfa Laval和三菱的分离部件都是一种新的锥体转子设计，其共同点是油渣通过螺旋形的叶片输送到锥体的端部排出。Alfa Laval的转子呈立式布置，碗状分离盘沿轴向叠加安装，结构较为紧凑。三菱的转子呈水平布置，方形分离叶片围绕转子环形布置。分离机的接口见表1。

2）驱动方式：GEA驱动方式与分油机一样，电机通过皮带轮直接驱动分离筒。Alfa Laval是由布置在顶部的两个变频电机通过皮带轮同步驱动转子，转子受力均衡，运行平稳。三菱的是由电机通过皮带轮驱动齿轮箱，根据分离介质密度的不同，可选择不同传动比的齿轮来控制转子的速度。

3）操作控制：GEA和Alfa Laval的控制自动化程度较高，控制箱带有数字显示的操控面板，运行参数、故障报警、运行模式均可在面板上监控操作。三菱采用的是常规的启动箱，操作简单可靠。

2.2 分离能力和效果

GEA和三菱的油渣分离机有不同容量的机型可选，Alfa Laval目前只有一种，要提高处理能力只能通过增加分离机数量来实现。

GEA分离机运行时需要一定的工作水，这会增加最终的废油水总量。Alfa Laval分离机对待分介质处理时不需太多工作水，油渣被高度浓缩，接近固体。三菱分离机的重点是除去油渣中的颗粒杂质，对于待分介质中的水一般是要求外围系统通过澄清放泄或加热蒸发掉，所以分离机没有单独的出水口，为保证分离效果需要多次循环分离。

2.3 安装维护

三个厂家的产品都可以模块供货，安装方便。典型模块参数见表2。GEA和三菱的使用维护比较简单，根据维修手册更换常规易损部件即可。Alfa Lava则在运行时需要注入一定量的防乳化剂。另外需要定期更换转子总成，对旧的转子进行回收处理。

表2 GEA、Alfa Laval和三菱油渣分离机典型模块参数表

设备选型时的其他注意事项：油渣分离机是否具有相关规范要求的证书；根据船级社要求确定是否要配置相关的监测附件（如流量计等）。

3 船上系统设计

现以Alfa Laval的分离机为例来进行系统设计。

3.1 相关规范要求

IMO对船上的废油处理和再回收的要求见（MEPC.1/Circ.642）中 4.6.1～4.6.4。

其中 “4.6.2 Oily drains should be recorded in the oil record book as any other oil residue（sludge） collection.”即要求对油渣的去向做好相关记录。

“4.6.3 Re-generation of fuel oil from oil residue（sludge） should be an approved means of disposal of oil residue （sludge） according to the Supplement to the IOPP Certificate.”则要求从废油中回收燃油的过程要得到认可，可以理解为分离设备要有相关证书，设计的系统要得到船级社认可。

3.2 舱柜布置

为了保证回收燃油的可用性，同时防止燃油和其他油类混合后发生乳化作用，要求存放燃油和其他油类的废油舱分开。首先燃油分油机油渣舱和滑油分油机油渣舱要分开。其次燃油泄放和滑油泄放也要分开。根据厂家推荐要单独设置1个存放回收油的舱柜，由于分离机向心泵排出压头在0.2 MPa左右，在考虑回收油舱的位置时会比较灵活；也可将回收燃油引至燃油溢油舱，再通过输送泵驳送到燃油澄清舱或储存舱。

3.3 管路设计

管路设计依据的基本流程：燃油油渣由带自吸功能的泵组模块经双联滤器输送至加热器，进行清洁处理和预加热，为保证分离效率，油渣将被加热至95℃左右。加热后的油渣经过三通阀进入分离机分离。如果待分离油渣的温度或压力未到达预设值将经程序控制由三通阀流回油渣舱，进行循环再加热。油渣经分离后从3个接口排出：回收油（含水量约5%）输送至回收油舱，通过燃油驳运或分离系统再处理利用；另一路水（油份浓度小于1 000×10-6）将被排至舱底水舱，经舱底水处理系统处理后排舷外；高度浓缩的油渣直接排至分离机下部的储存桶，通过负荷传感器检测是否装满，然后人工搬运，打包存放或焚烧炉烧掉。在设计时也可考虑增加管路让回收油舱的油重复分离提高回收油的纯度。典型的原理图见图2。