低硫船用燃料油的安全性探析及应措施

茅兴智

〔中国石化燃料油销售有限公司江苏分公司 江苏南京 210000〕

1 低硫燃料油的发展趋势及必要性

近年来随着全球污染问题的日益突出，各国纷纷出台环保政策限制污染物排放。在航运方面的船舶、港口、码头污染物的限排也成为各船运企业关注的焦点。根据我国(GB15097—2016)《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法(中国第一、二阶段)》可知，目前船舶排放的大气污染物主要为一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、颗粒物等，其中硫化物的排放主要来源于目前船舶使用较多的残渣型重质燃料油，而使用重质船用燃料油的远洋轮船在低速行驶时污染物的排放量尤其巨大。

据相关统计，一艘集装箱船使用质量分数为3.5 %的含硫燃油，以70 %最大功率的负荷行驶，一天排放的PM2.5相当于50万辆使用国四油品的货车。而根据IMO(国际海事组织)2016年资料显示，船舶硫化物的排放量，约占世界排放量的9 %。从可持续发展的角度来说船用重质燃料油所带来的环境问题必将成为过去。

当然，发掘一种替代性能源是最好的选择。船用LNG在许多航运企业来看是一项非常具有发展前景的产业。LNG作为船用燃料在燃烧后产生的污染物较少， LNG-柴油混合发动机产生的硫化物与颗粒物与柴油机相比减少约60 %～70 %，且它属于低温易挥发液体，安全性较高，众多优点使其成为许多能源公司的新宠。但是，考虑到在远洋运输方面成本高、LNG船制造技术有待提升、LNG加气站数量少等问题，将其用于航运依然有待发展[1]。因此，控制船用燃料油的硫含量成为目前最关注的问题。2005年《国际防止船舶造成污染公约(MARPOL)》在附则Ⅵ中对船舶氧化硫减排区域与燃料油中硫的控制已经提出。在2020年全球平均船用重质燃料油的硫含量(质量分数)将控制在0.5 %以下；而2015年我国交通部发布的《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》中已明确从2018年1月1日起船舶在排放控制区(ECA)内的港口停泊期间需使用硫的质量分数小于等于0.5 %的燃料油，从2019年1月1日起船舶进入排放控制区应使用小于等于0.5 %的燃料油。目前，部分国内港口已提前了硫含量的管控进程，如上海市于2018年8月27日发布的《上海海事局上海市地方海事局关于上海港提前实施在航船舶排放控制措施通告》中要求，自2018年10月1日起，国际航运和国内沿海航行船舶在上海港内行驶及靠岸停泊期间，应当使用硫质量分数小于等于0.5 %的燃油。由此可见船用低硫燃料油的推广势在必行。

2 低硫燃料油的定义及生产技术

目前船舶使用的船用燃料油主要分为重质(如380cSt,180cSt等，1cSt=1 mm2/s)及轻质(如MGO)船用燃料油等，作为外贸进口的保税油标准主要执行ISO8217—2017。该标准对残渣型燃料油硫含量没有明确规定，主要是参照客户约定，而对于馏分型燃料油则规定质量分数为1.0 %～1.5 %；国内市场的船用燃料油目前主要参照推荐性标准GB/T17411—2015代替原有的GB/T17411—2012，对馏分型燃料油质量分数限制为不大于1.5 %～2.0 %，残渣型不大于3.5 %～5.0 %。目前国内对于低硫燃料油定义是指硫质量分数不大于0.1 %的燃料油。

就目前燃料油脱硫的方法，各大炼油厂也在不断进行尝试与改进。传统的方式是效仿汽油的加氢脱硫，但是该类方法需要增加原有的催化剂床层或提升催化剂活性，就目前的生产成本及技术能力来说存在一定困难[2]。非加氢脱硫如萃取脱硫，存在硫化物易溶于有机溶剂的问题，需要增加高性能添加剂以提升脱硫效率，从而又增加了成本投入；生物催化脱硫是使用需氧、厌氧菌来清除油品中的含硫化合物，但是生物催化脱硫也会脱去油品中的碳；吸附脱硫工艺是目前许多炼厂积极推崇的炼制方式，特别是利用活性金属组分与硫原子发生反应，以金属硫化物的形式吸附在金属上，如某公司Szorb工艺选择使用ZnO与NiO作为吸附剂进行脱硫[7]，美国研发的TReND技术，使用ZnO与TiO等金属进行脱硫吸附。该类技术具有投资少、辛烷值损失少、低耗能等优势，但也需要进一步开发和完善。D.N.kuimov等人于2016年提出了空化技术(Cavitation Technology)在低硫燃料油生产工艺中的运用[3]。他们的研究认为利用超声波通过液体时产生的微气泡高速震荡，气泡先剧烈膨胀，再迅速萎缩，以周围产生局部的高压高温破坏燃料油中碳元素与硫元素之间连接，达到脱硫的目的。但是该理念的提出仍然需要不断的验证，同时还需要更多的仪器将技术转变为现实[3]。各国对低硫燃料油的生产技术就目前而言依然在不断摸索、尝试与完善，而低硫燃料油的品质保证也需要得到进一步的验证。

3 低硫燃料油的安全性分析

目前全球范围内所使用的船用低硫燃料油(low sulfur Marine Gas Oil)较以往的燃料油具有闪点低、黏度低、相对密度低、润滑性低、热值低、硫含量低等特点[4]。正是这些特殊属性，使低硫船用燃料油在航运行业加速普及使用的安全性方面存在一定的隐患。

3.1 低硫燃料油的析蜡问题

2017年1月21日，日本川崎汽船所属的Manhattan Bridge 的大型集装箱船在英国菲利克斯托港口停泊时，由于锅炉爆炸导致一人死亡。经过现场调查后发现，由于菲利克斯托港属于排放控制区，该轮船进入港区后将原来使用的导热油锅炉燃料油HFO转换为硫含量符合标准的MGO。由于该批次MGO的冷滤点在14 ℃,而当地气温在4 ℃，导致锅炉过滤器发生积蜡现象，导热油无法正常循环而发生爆炸。在使用低硫燃料油时，对低硫燃料油理化性质的掌握不明确会引起安全事故的发生，特别是燃料油的浊点(CP)、冷凝点(CFPP)、倾点(PP)在远洋航线中对船舶的机械安全性起到至关重要的作用，而低硫燃料油在低温环境中的积蜡问题一直是船运企业在日常运营中的一大难点。

3.2 低硫燃料油低润滑性问题

在以往的实验中可以看出硫含量对燃料油的润滑性起到一定的作用，刘馨璐等人在2017年关于硫含量对柴油润滑性的影响实验中发现，硫含量较大的油品往往能实现60 ℃的磨痕直径不超过460μm。[5,6,7]而低硫燃料油所面临的问题是，由于硫含量的下降影响了油品的润滑性，从而导致在船舶使用过程中会加重对燃油喷射泵的磨损，引起相关设备的损坏，严重影响船舶航行的稳定性。

3.3 低硫燃料油的低闪点问题

SOLAS公约明确规定远洋船舶液货舱(包括污油舱在内)不得载运闪点不超过60℃的货物，因此远洋轮船大多是依照闪点大于60℃进行设计的，而目前低硫燃料油闪点会低于60℃，因此在使用过程中的安全性存在一定的风险，使用低硫燃料油的船舶要格外关注对火灾风险的防控。

3.4 低硫燃料油与船舶设备的匹配问题

近几年低硫燃料油的大力推广必定会对船舶制造业产生巨大的影响。但是目前在用远洋船舶的内部设计，大多是为了适应原本重质燃料油的特性而建造的，比如船舶使用的柴油机中的汽缸油为了中和高硫含量燃料油产生的酸性物质，一直使用高碱性汽缸油。但是如果使用了低硫含量的燃料油以后，气缸内必然会聚集碱性钙化物质，导致气缸内设备磨损腐蚀，影响设备的完好性。同时船舶使用的锅炉燃油燃烧器主要由雾化器与调风器组成，而雾化器的雾化效果受到油品黏度的影响，低硫燃料油的黏度较高硫燃料油略低，因此雾化效果不同，在使用低硫燃料油时需要对燃烧器进行改良。

3.5 高硫与低硫燃料油油路转换中的问题

由于目前大多数远洋船舶在航行过程中依然主要使用高硫重质燃料油，只有到排放控制区才改用低硫燃料油，而原有燃料油必然处于高温状态，如果立刻转换成低硫燃料油不仅会发生混油，低硫燃料油还会发生汽化，引起火灾爆炸。因此员工在油路切换过程中需格外慎重。

4 低硫燃料油安全性风险的建议性措施

根据前文对低硫燃料油的安全性分析可以发现，目前大力推进该类燃料油必然存在一定的风险，因此政府与企业应当加强对低硫燃料油安全风险的认知，采取相应的对策，确保从高硫到低硫的过渡期能够平稳渡过，实现安全运营。

4.1 做好对低硫燃料油安全性的风险识别与评估

根据以往的经验，新能源的改革往往会经历一段时间的阵痛期。各地政府不断出台相应政策提升标准，企业应当充分认识到能源改良后的风险，在使用低硫燃料油前，船运企业要充分识别目前自有船舶的设备设施配备状况与操作人员的技能水平，加强对低硫燃料油实验与测试，确保安全风险处于可控状态，并制定行之有效的防范措施。

4.2 加强对低硫燃料油析蜡问题的研究

该类问题是目前航运界面临的重大难题，wilhelmsen ship service提出一种优利多DieselPower蒸馏油处理剂，加上DieselPower CFPP可以帮助船用油提升流动性，而这项措施有待进一步验证。但是值得高兴的是，已经有很多企业意识到该类问题的严重性。同时远洋船舶在进入排放控制区时要关注气候的变化，根据周围的温度及环境及时调整燃料油的使用，对锅炉的运行情况密切注意，定期清理过滤器表面的积蜡，防止堵塞造成锅炉爆炸。

4.3 减少低硫燃料油低润滑性的影响

目前对低硫燃料油的润滑性问题，可采取的措施主要是为船舶配备一套备用的燃油输送泵，或者在燃料油中增加添加剂提高润滑性能。船舶工作人员也应当定期检查燃油输送泵的运行情况，防止输送泵损坏引起安全事故。

4.4 船舶设备设施的改良

在未来的数年中，笔者认为低硫燃料油会成为船运界的主流，因此各类船厂在船舶建造中应当意识到设置能够匹配低硫燃料油的设备设施。对于柴油机汽缸油的选择则应是低碱值汽缸油，同时也要定期检查汽缸中的活塞，防止阻塞与锈蚀，及时清理汽缸中的钙化物质。

4.5 规范油路切换的操作

就目前而言，暂时很难做到远洋轮船全部使用低硫燃料油，因此在油路切换过程中应当注意：①使用低硫燃料油前应先将残留在燃油管路中的原有燃料油烧尽，防止混油；②在切换油路时需要关闭伴热管线，并待管路温度降低时，引入低硫燃料油，防止低硫燃料油遇到高温汽化；③进行燃油转换前要确认日用油柜是否完好可用。企业应在油路切换方面制定规范的操作规程，指导船舶操作人员正确使用切换装置。

5 结束语

低硫船用燃料油的改革与升级需要一定时间的过渡，如果想从根本上既解决燃料油的硫排放控制，又能够确保低硫燃料油使用的安全性，最关键的问题应该是在炼化脱硫技术的环节，无论是低硫燃料油或是超低硫燃料油，在未来的一段时间中将会成为主导，能源企业应当从燃料油的提炼环节确保低硫燃料油的低成本、高实用性。与此同时，作为产量全球第一的造船大国，不应当仅仅重视船舶的“量”，而更应该关注船舶“质”，从长远角度提升核心技术，制造出匹配未来新能源的船舶。