船舶燃用低硫燃油的策略探讨

顾世明， 李品芳， 朱发新， 李玉乐

（1.浙江海洋大学 船舶与海运学院，浙江 舟山316022；2.集美大学 轮机工程学院，福建 厦门361021）

0 引言

联合国贸易发展促进会的统计数据表明，世界贸易商品的总质量中有近90%是通过海运实现的[1]。我国倡导的“一带一路”沿线国家的贸易往来中，海运贸易量占大部分[2]。同时，船舶在营运过程中也会给环境带来许多污染物质，其中硫氧化合物（SOx）是形成酸雾、酸雨和有毒有害烟雾等环境污染的主要原因，SOx对人体的危害主要是刺激人的呼吸系统，吸入后会诱发慢性呼吸道疾病，甚至引起肺水肿和肺心性疾病，给人们的身体健康带来严重威胁。国际海事组织（IMO）委托咨询机构调研预测，2020年全球船用燃料油消耗量约3 亿t。船舶是大气环境的主要污染源之一，船舶排放的SOx占人为污染源的4%～9%[3-5]。为此，IMO海上环境保护委员会（MEPC）修订了MARPOL公约附则VI，制定了限制船舶使用高硫燃油的法规（业内称“限硫令”）。“限硫令”对于MARPOL公约的缔约国具有强制约束力，违反“限硫令”可能导致经济损失、行政处罚乃至刑事责任等严重后果。船舶轮机管理人员必须尽快了解相关法规，尽快掌握低硫油的特性和管理对策，避免因为不合规导致的法律后果，避免因为不当使用低硫油给船舶动力装置带来的风险，这种风险甚至使船舶失去动力，直接威胁到船舶的航行安全[6-12]。

1 限硫令的主要内容简介

限硫令的出台，经历了几个阶段，最新的规定主要内容如下。

1.1 IMO“限硫令”

1）自2020年1月1日起，在全球范围开始实施MARPOL公约附则VI关于燃油硫含量限制的规定，船上使用（包括主机、辅机、锅炉等设备）的任何燃油的硫质量分数不应超过0.50%。

2）SOx排放控制区（IMO ECA:波罗的海、北海、北美及美国加勒比海）执行0.1%的燃油硫质量分数标准。符合上述硫含量标准的燃油称合规燃油，超标的称不合规燃油。

3）自2020年3月1日起，除非船舶采用其他等效措施（安装洗涤塔、采用其他替代燃料等），否则禁止船舶携带不合规燃油。

1.2 我国的“限硫令”

1）自2020年1月1日起，国际航行船舶进入我国管辖水域应当使用硫质量分数不超过0.50%的燃油。

2）自2020年1月1日起，国际航行船舶进入我国内河船舶大气污染物排放控制区的，应当使用硫质量分数不超过0.10%的燃油；自2022年1月1日起，国际航行船舶进入我国船舶大气污染物排放控制区海南水域的，应当使用硫质量分数不超过0.10%的燃油。

3）自2020年3月1日起，国际航行船舶进入我国管辖水域，不得装载硫质量分数超过0.50%的自用燃油。

4）国际航行船舶采用的替代措施满足MARPOL公约附则VI第4条所述等效要求的，可以免除以上1）、2）、3）项的要求。上述“替代措施”系指船舶使用任何装置、设备或者替代燃料，使船舶取得与规定相同或者更好的大气污染减排效果的措施。自2020年1月1日起，船舶不得在我国船舶大气污染物排放控制区内排放开式废气清洗系统洗涤水。

2 低硫油的管理对策

据Wood Mackenzie和BIMCO的统计数据，全球有超过9万艘商船将受到“限硫令”的影响。受初始安装改造成本高、服务链不完整等因素所限制，全球90%以上船舶选择使用合规燃油来满足“限硫令”的要求。

根据生产工艺流程不同，船用合规低硫燃油分为馏分型燃油和残渣型燃油两种。船用馏分型燃油是直接通过原油蒸馏或通过催化裂化、加氢裂化等工艺流程得到的燃油。船用残渣型燃油通常是由高硫残渣型调和原料与低硫轻馏分油调和原料按一定比例调合而成的燃油。

2.1 针对低硫燃油特性的应对策略

船舶动力装置使用低硫燃油时，由于现有低硫油的一些特性，可能会导致燃油系统及设备故障，甚至导致船舶失去动力，威胁到船舶航行安全。因此，认识使用低硫燃油潜在的危害和风险对于轮机管理人员来说具有紧迫性和实用性。与高硫燃油相比，低硫燃油具有低黏度、低密度、低闪点、低润滑性、低倾点、低硫含量和低酸值等理化特性，并且根据燃油种类及生产工艺的不同，低硫燃油还存在燃油兼容性不足、稳定性较低及催化剂颗粒含量较高等问题。

2.1.1 稳定性

稳定性是指单一品种、同一批次的燃油沥青质在整体溶液中保持稳定的能力。在低硫燃油调和时，由于渣油和馏分油配比不当、为降低黏度使用了过多的稀释组分或轻重组分的相容性差，导致了其稳定性降低。另外，低硫燃油的石蜡含量高于现有硫含量较高的燃油，芳香组分对沥青质有稳定作用，而石蜡则没有，这也影响了低硫燃油的稳定性。

1）潜在风险。低硫油的使用过程中析出沥青质和蜡（油泥），导致油泥沉积在燃油舱柜底部，燃油系统中的管路、阀件、滤器、分油机等部位造成堵塞，油泥沉积在加热器加热盘管导热面将严重影响燃油加热效果。严重情况下将导致主机和发电机组断油，使船舶失去动力，威胁到船舶的安全航行。案例：某知名燃油供应公司供应的VLSFO(超低含硫量燃油)完全符合ISO 8217燃油标准要求，加油前燃油舱也清洗干净，加油4 h后油品就发生大量油泥析出而无法使用。

2）应对策略。咨询燃油供应商，要求验证所加低硫燃油的稳定性，了解这种燃油在船储存、处理及使用的注意事项。避免燃油长期储存，采取先加先用的原则。实践中，有些船舶采取在燃油中添加沥青质分散剂的做法，取得了较好的效果。从行业角度看，这也要求燃油生产商在未来研制出更多稳定的、即使在高温下也能长期储存的合规燃油。

2.1.2 兼容性

兼容性是指两种或多种单独稳定的燃油以一定的比例混兑后形成稳定的混合液的能力。由于不同的燃油生产商生产的低硫燃油的混合配方存在较大差异，难以保证不同品种、不同批次的燃油具有良好的兼容性。

1）潜在风险。不兼容的燃油混合后会导致沥青质析出现象，使得燃油中产生大量油泥，堵塞燃油系统，甚至导致主、副机断油，使船舶失去动力。

2）应对策略。尽量避免不同品种、不同批次的燃油在油舱、油柜和燃油系统里混兑；拟加装的新品种燃油尽量注入清洗过的空燃油舱里；换用不同的燃油前对燃油系统进行清洗。咨询供油商以获得关于燃油兼容性的指导信息。不得不混兑不同品种燃油前需进行兼容性试验（如斑点试验、Turbiscan储存稳定性指数法测试等），此外还可在燃油中添加沥青分散剂。相信会有越来越多的手段可以帮助船舶克服燃油不兼容的问题，目前已经有兼容性快速检验仪在船上投入使用。

2.1.3 低温流动性

由于低硫馏分油的黏度较低，使用时通常不需要加热，因此在船上燃油管理中，应特别注意其低温流动性参数，包括浊点（CP）、倾点（PP）和冷滤点（CFPP）。CP是在规定的试验条件下，燃油开始变得浑浊的温度；PP是在规定的试验条件下，燃油尚能流动的最低温度；CFPP是指按照规定的测定条件，当试油通过过滤器的流量小于20 mL/min时的最高温度。由于冷滤点测定的条件近似于使用条件，因此可以用来粗略地判断燃油可能使用的最低温度。三者存在以下关系：CP=PP+5.8 ℃，CFPP=PP+（6～10）℃。

1）潜在风险。低硫燃油含蜡量高，低温下容易产生蜡析出，堵塞燃油滤器，沉积在加热盘管换热表面影响燃油加热，导致燃油无法从油舱泵出，严重时将造成主、副机断油。

2）应对策略。要求燃油供应商提供燃油低温流动性参数并提供温度管理指导；避免在寒冷地区使用低温流动性差的燃油；对燃油进行加热，保证储存舱柜温度在PP温度以上至少10 ℃，在过滤器和分油机环节保持油温高于其CFPP；加热时注意低硫馏分油的黏度，避免燃油在燃油系统任何位置（包括进机前）出现黏度低于2 mm2/s的情况。

2.1.4 催化剂颗粒

催化剂颗粒是石油炼制过程中添加的催化剂的残存物，主要成分是铝和硅的氧化物，颗粒直径在5～30 μm,这些颗粒的硬度很高，直径为8～15 μm的颗粒危害最大。低硫燃油中催化剂颗粒的含量高于高硫燃油。

1）潜在风险。催化剂颗粒会导致燃油喷射系统中的柱塞套筒偶件和针阀偶件严重磨损，使偶件间隙超差，燃油泵送压力和喷射压力无法正常建立，造成柴油机启动困难，燃油燃烧质量变差。另外，各缸高压油泵柱塞套筒偶件磨损的不均衡，会引起各缸负荷分配不均，影响柴油机的低速稳定性，对于并联运行的发电机组，这种不均衡还可能导致两台发电机组的负载失去平衡而跳闸，造成全船失电的危险局面。催化剂颗粒进入气缸，将导致缸套和活塞环过度磨损。催化剂颗粒还会导致排气阀密封面烧蚀，缩短排气阀的使用寿命。

2）应对策略。加强燃油净化环节的管理，在燃油进机前截留大部分的催化剂颗粒。根据低硫燃油的密度和黏温特性合理选用比重环、调整分油机的转速，采用两台分油机串联或者小流量并联方式操作分油机，以提高净油效果。加强沉淀柜和日用柜的清洁和底部放残。安装过滤网目小于10 μm的自动反冲洗滤器，确保反冲洗动作可靠，此外可单独把截留的催化剂颗粒排出滤器之外。另外，安装一台电子示功仪，可以协助轮机员通过各缸燃烧压力曲线判断出因磨损引起的燃烧异常，及时更换过度磨损的燃油喷射系统精密偶件。

2.1.5 黏度

黏度是燃料油的最主要性能指标之一，是划分燃料油等级的主要依据，直接影响到燃料油的易流性、易泵送性、润滑性和易雾化性能的好坏。调合低硫燃料油的黏度范围较大（如表1），低硫馏分燃油黏度较低。受低温流动性的限制，经加热的低硫馏分油的黏度可能变得极低，另外，低硫调合油的黏温特性较为复杂，同样会给燃油的温度管理带来一定的困难。

1）潜在风险。燃油黏度低、润滑性差，加上催化剂颗粒的存在，容易导致燃油喷射系统的偶件过度磨损，内漏加剧，影响柴油机的燃烧性能。严重的情况会导致柴油机各缸负荷不均、低速稳定性差，甚至使船舶失去动力。

表1 不同地区低硫燃油的黏度范围 mm2/s

2）应对策略。密切注意燃油供应商提供的燃油黏度指标，寻求柴油机制造商的技术支持。根据燃油的黏温特性，切实做好燃油的加热管理，包括正确操作燃油冷却单元。在馏分油和残渣油转换的过程中，须注意柴油机说明书中规定的换油时的负荷，根据燃油的黏温特性设定进机燃油的最高预热温度，控制好燃油的温度变化率，减少燃油系统设备的热冲击，避免燃油喷射系统偶件卡死。

此外，低硫燃油的闪点是与燃油储存相关的火灾危险指标，必须满足SOLAS公约的要求（不低于60 ℃）；燃油的酸值和含硫量影响到柴油机气缸油的减值选择和注油率确定，也需要轮机管理人员认真应对。

2.2 低硫燃油管理计划

2018年10月，IMO MEPC73通过了《统一实施防污公约附则VI中0.5%硫含量限值的船舶实施计划编制指南》，对船东、运营方编制船舶执行计划（SIP）做出了指导。

航运公司应根据燃油生产商或供应商提供的可靠的低硫燃油使用手册或指南和船舶的实际情况，制定船舶低硫燃油管理计划，并确保船舶相关操作人员熟悉掌握。

低硫燃油管理计划（FOMP模板）主要的内容至少应包括：1）船舶详情；2）燃油系统的原理图，包括改变SOx控制的细节；3）主机、辅机、锅炉等的详细燃油转换程序；4）公约、规则的要求，加油细节，取样细节及燃油舱中低硫燃油体积的记录方法；5）燃油转换在进入ECA之前完成，或离开ECA后开始的操作日期、时间和船位；6）燃油加油单（BDN）在船的保存；7）燃油样品密封、确认和保存要求；8）按照船舶的航行计划无法购买符合规定的燃油的应急方案；9）相关工作的风险评估及防范措施等。

2.3 燃油不可获得证明

2019年5月的MEPC74届会议上，IMO批准并通过了《2019年MARPOL附则Ⅵ0.50%m/m硫含量限值的统一实施导则》，给出了“燃油不可获得报告”（FONAR）的标准格式。

2019年10月23日，我国海事局发布了《2020年全球船用燃油限硫令实施方案》，其中也包括《合规燃油不可获得报告（样本）》。

值得强调的是，船舶提交FONAR并不代表免除履约责任，从经济的角度看还可能产生巨额费用，因为船舶离港前可能被要求卸载不合规燃油和洗舱，导致航次延误。此类经济损失的数额甚至远超需支付的罚款。多次递交FONAR还是PSCO更详细检查的理由。在不得不提交FONAR的情况下，应注意以下事项：1）船舶可以在抵港前通过其船旗国向港口国PSCO递交FONAR证明其在正常（不偏航）航线下不可获得符合规定的安全燃料。2）当事方应提供证据支持声明，已采取所有努力获取合规燃油。船长或公司应提供记录，证明已经采取行动试图加注合规燃油，并提供证据，根据航行计划试图采购合规燃油，如不可获得，试图发现替代能源，证明尽管已采取最大努力，仍然无法采购到合规燃油。3）船长和公司应在开航前进行最大努力采购合规燃油；如最终无法采购到合规燃油，应立刻通知港口国和船旗国。4）为了减小对商业的干扰和避免延误，船长或公司应在得知无法获得合规燃油时尽快向港口国和船旗国递交FONAR。同时，船东需要在这份报告中明确其为获得符合规定的燃料所做的努力，包括在当地并无替代燃料可用的情况。

3 低硫油的PSC检查的内容

港口国监督官（PSCO）根据《2019年MARPOL附则VI第3章港口国控制指南》执行低硫油检查。检查程序包括初始检查、初始检查结果和更详细检查，具体有文书检查、现场审验、结果判断和处理意见等几个环节。

3.1 初始检查

PSCO主要检查以下文书：《国际防止空气污染证书》（IAPP）、例外和免除批准文件、燃油交付单及相关样品和记录、燃油不可获得报告（FONAR）等。在ECA区内，PSCO要检查船上保存的燃油交付单或者包括油类记录簿Part I在内的其他文件，验证船上使用的燃油硫质量分数不超过0.10%，还会检查船上的燃油转换程序。

3.2 初始检查的结果

在证书和文件有效的前提下，根据PSCO对于船舶的整体印象和目视观察，确认船舶维修保养状况良好，那么船舶就会很容易通过初始检查；但如果根据PSCO对于船舶的整体印象和目视观察显示有“明显的理由”证明船舶或设备的状况与证书或文件所述严重不符，PSCO将开展更详细的检查。一般来讲，“明显的理由”主要包括以下几类：公约要求的证书和文件丢失或失效；证书或文件规定的设备或装置不存在；装有证书或文件中未规定的设备或装置；证书或文件中规定的设备或装置存在严重的缺陷；有信息或证据表明船长或船员不熟悉与防止空气污染相关的基本操作；燃油交付单显示的信息与IAPP证书附件第2.3条不一致；等效装置未按规定使用；经计算，交付的燃油量与船舶航行计划不能匹配；有报告或投诉显示，或燃油含量检测设备显示船舶航行期间使用了不合规燃油。

3.3 更详细的检查

存在“明显的理由”时，PSCO将开展更详细的检查，主要包括以下内容：1）检查并验证船上使用的燃油是否满足要求，同时关注相关记录（在用燃油硫质量分数非限排区不超过0.53%、限排区不超过0.11%视为合规），或确认船舶按规定使用了其他经认可的等效装置。3）如为油船，PSCO还将要求对船上的蒸汽收集系统进行验证。若油船载运的是原油，验证船上是否备有经批准的VOC管理计划。4）验证船上未焚烧受禁材料。5）验证船舶在码头、港口时，船舶污泥或油渣未进行船上焚烧。6）对船上经认可的焚烧炉进行验证，检查设备是否与证书所述一致；检查是否备有操作手册；验证燃烧室的废气出口温度是否按要求进行了监测。

除此之外，PSCO 还可能对操作程序进行检查，主要包括船员是否熟悉消耗臭氧物质排放程序、柴油机的操作与维护程序、燃油转换程序、垃圾分类程序、焚烧炉操作程序、蒸汽收集系统的操作程序、VOC管理计划的应用（如适用）、燃油交付程序、是否对燃油样品进行适当保存。

3.4 可能导致滞留的缺陷

当出现以下情形时，PSCO可能判定船舶滞留：1）无法提供有效的IAPP证书；2）如果船上未装有SOx排放等效装置，而取样化验结果显示燃油硫含量超标；3）如果船上安装了SOx排放等效装置，但无法提供等效方式证明文件；4）当船舶在SOx排放控制区航行时，不满足排放控制区的相关要求；5）船员对防污染方面的关键操作程序不熟悉。

船舶管理人员必须掌握PSC检查的主要内容，以降低因不合规导致船舶被滞留的风险。

4 结语

“限硫令”对保护全球大气环境具有十分重要的意义，同时也将给航运业、燃油供应商、环保监管部门等带来新的挑战和机遇。船舶是燃油的流通“终端”，船舶管理者应该尽快适应新的燃油政策，及时有效培训船员队伍，预判风险，制定有针对性的计划，防患于未然。此外还应不断积累经验，努力做到安全、合规地使用燃油，促进船舶航行安全并为环境保护作出应有的贡献。本文就低硫油使用管理策略的探讨尚有不足之处，有待业内同仁不断分享经验，促进船舶管理工作的日臻完善。