IMO2020限硫令下船用燃料油使用分析

安伟，郭鹏，张庆范，赵建平，刘保占，宋莎莎

(1.中海油能源发展股份有限公司 安全环保分公司，天津 300452；2.中华人民共和国山东海事局，山东 青岛 266580)

为应对日益严峻的船舶大气污染问题，国际海事组织(IMO)于2016年10月向全世界发布了有史以来最严苛的限硫规定，要求自2020年1月1日起在全球范围内执行船用燃料油含硫量的质量分数不高于0.5%的全新要求，业界称为IMO2020限硫令[1]。该法令正式实施后，航运界可选择使用清洁能源、安装脱硫装置、使用合规的低硫燃油等方法满足排放要求，但因使用低硫燃油更具灵活性、便利性和可实施性，具有综合优势，更受大多数船东的青睐[2]。据估计，2020年90%以上的船舶选择低硫油来应对低硫法规， 2020年之后低硫油将成为船用燃油市场的主流产品。

1 船用低硫燃料油

市场上可选择和使用的船用低硫燃油(LSFO)类型主要有4种:低硫重油(LSHFO)、低硫轻质油(馏分型)、生物柴油和低硫调和油，详见表1。

表1 市场上的低硫燃料油

低硫重油一般由高品质原油经蒸馏工艺加工后直接获得，硫含量在0.3%～0.8%之间，这类高品质原油在全世界只有五六个主要产区，可得性非常有限，市场供应量不多。低硫轻质油主要为馏分型，是超低硫燃料油的主要来源，但其价格相对较高，且黏度极低，很难达到设备厂家要求的最低黏度，从而限制了其使用范围。调和生物柴油是ISO 8217在2017年新增的燃油类型，主要指通过引入脂肪酸甲酯而得到的调和柴油。该类柴油在使用过程中存在易氧化、易沉积、易生长微生物等问题，会对船舶安全运行造成不利影响，目前还未大规模使用。低硫调和油则是由馏分油和低硫重油混合调制而成，两者调和后不但可降低硫含量还解决了黏度低的问题，同时该类油品还具有成本较低的优势，将成为未来船用燃料油市场的主要产品。

2 现行船用燃料油质量标准

国际上比较常用的燃料油标准主要有3个:国际化标准组织(ISO)发布的ISO8217,美国材料与实验协会(ASTM)发布的ASTM D396和中国发布的GB/T 17411。其中最早公认的船用燃料油标准是由ISO于1977年制定的[3]。目前3个标准所对应的最新版本分别为ISO 8217—2017、D396—18和GB 17411—2015[4]。3个标准中关于燃料油的型号分类及硫含量要求见表2。

由表2可见，现行的燃料油标准大多对硫含量的要求已无法满足IMO2020限硫令的规定，因此制定新一代燃料油质量标准已迫在眉睫。

表2 船用燃料油现行标准对比

3 船用低硫燃料油使用中存在的问题

超低硫燃油(w(S)0.10%)在硫排放控制区(SECA)内已使用了很长一段时间，使用过程中发现低硫燃料油会对常规燃油系统造成一些不利影响。

3.1 黏度及润滑性问题

通常情况下馏分型低硫油的黏度较低，致使燃油机管路泄漏风险上升，一旦发生泄漏不仅增加了火灾风险还会导致燃油系统压力降低。尤其是当燃油系统压力低于一定值时，燃油经喷油嘴喷出后将无法与空气均匀混合，从而发生不完全燃烧过程，造成主机功率下降及喷油嘴积炭。同时黏度较低的低硫油润滑性往往也较差，燃机中的油泵若长期在低润滑环境中运行则会加剧其磨损过程，引发机械故障。

3.2 催化剂颗粒问题

在炼制低硫燃料油过程中，为降低硫含量会使用大量的催化剂，因此低硫油中催化剂颗粒的含量通常会较高。这些催化剂颗粒一般成分为铝、硅化合物，具有较高的硬度，其存在会加剧燃油泵、高压油泵、燃油喷油控制单元和喷油器等部件的磨损。

3.3 稳定性和兼容性问题

低硫燃料油通常含有较高比例的石蜡基成分，当其在油舱内长期存放时，其中的悬浮态沥青质会聚合沉淀生成油泥或油渣，造成油路、分油机和滤器堵塞。而以调和方式制备的新型低硫燃料油，由于调和比例和成分的差异，则会经常引发兼容性问题。即便新型低硫燃油达到ISO要求的稳定性标准，当与其他的燃料油混合后也存在沉淀分层的风险。

3.4 低硫油质量问题

某燃料油质量检测公司在世界范围内统计了7 000余次低硫油的测试结果，发现其中有约8%的油样无法达到ISO要求标准。问题主要集中在沉积物含量偏高、硫含量超标和含水量过高等方面，这些质量问题在一定程度上增加了船东面临监管部门罚款的风险[5-6]。

3.5 燃油转换故障

馏分型低硫油具有流动性好、杂质少等特点，长期燃烧重质燃料油的发动机在转用低硫油时，会导致高压油泵、喷油器等设备拉伤、卡死。残渣型低硫燃油的物理性质和常规燃油差别不大，但由于受原油来源和炼制工艺的影响，油品的化学成分会有明显差异。不同成分的燃料油在互相切换时，难免会出现油料混用现象，从而产生分层、沉淀等问题，增加发动机故障的风险。

4 船用低硫油使用注意事项

4.1 维持燃油系统正常运转

燃料油的黏度是其在柴油机中燃烧质量的决定性因素，MAN B&W柴油机制造商曾建议，在使用低硫油时应确保黏度在3 mm2/s以上。为了维持燃油在发动机进口处所需的黏度和水动力性能，引入冷却系统将是最有效的选择[7-8]。此外，发动机对燃油黏度的适用度通常还受发动机维护状态、燃油泵磨损情况、发动机调整情况、燃油系统的实际温度，以及人为操作等因素的影响。因此，在低硫油使用过程中通过合理有效的操作方法，确保燃油系统中的设施维持在良好的运行状态将尤为重要。

4.2 降低催化剂颗粒影响

早前的燃油检测报告显示，低硫油中的催化剂颗粒铝、硅含量明显高于常规燃油。因此，针对低硫燃料油中催化剂颗粒含量过高的问题，在使用过程中应重点关注燃油系统中的滤器状况，及时开展放残操作，尽量降低催化剂颗粒对燃油系统的影响。

4.3 做好燃油转换管理

1)燃油质量应符合标准。确保所用燃料油符合ISO 8217/ ASTM D396/ GB/T 17411等标准，注意留存相关质检报告，并充分了解所用燃油的主要物性参数。

2)减少燃油混用。低硫油兼容性和稳定性均较差，应尽量避免燃油混用及长时间存放(一般建议在3～6个月内使用完)，减少沉淀柜及日用柜中旧油的含量。

3)注意燃油转换时机。据统计，船舶发动机故障通常发生在燃油转换过程中或转换后24 h内，因此燃油转化应选择在航道宽阔且通航密度较低的区域进行，从而避免因燃料转换故障导致的后续事故。

4)确保燃油转换程序规范。严格控制燃油粘温变化，黏度变化控制在4～20 mm2/s，温度变化梯度不高于2 ℃/min，主机负荷控制在持续负荷的25%～40%。

4.4 开展气缸油实时检测

针对低硫油使用过程中存在燃烧不良和异常产物的问题，应根据气缸油的性能测试结果决定具体的应对方法。目前的常规做法是将油样送至实验室进行测试，通常1～2周甚至1个月后方可拿到化验报告，不利于气缸油性能的实时监测。应考虑在船上配套实时检测设备，通过实时监控燃烧室、扫气箱和气缸油的状况，优化气缸油的注油率及BN值(碱值)，最终达到延长吊缸周期、控制低温腐蚀以及异常物理磨损的目的。

5 船用低硫燃料油研究建议

5.1 推动低硫油标准制定

随着市面上船用低硫油种类的不断增多，船舶航运和燃料油监管面临的挑战也将越来越大。ISO8217最新标准中某些指标已被证实不再适用于低硫燃料油，目前一些行业协会和标准组织也正在考虑制定针对低硫燃油的相关标准。通过分析低硫燃料油使用中存在的问题不难发现，导致这些问题的因素主要包括催化剂颗粒、黏度、稳定性和兼容性等，因此建议在制定低硫燃料油标准时重点关注这些指标。

5.2 关注低硫燃料油泄漏污染

船舶碰撞事故会造成燃料油的泄漏，在风浪及日照作用下，燃油性质会不断发生变化，产生风化，从而对应急处置造成一定的影响。由于低硫燃料油使用的时间还比较短，目前世界范围内缺少针对低硫燃料油风化性质的研究。在对低硫燃料油开展检测时，还需综合考虑其溢油风化特性，以指导低硫燃料油泄漏事故后的处置决策。另外，为提升油类污染事故中的溯源能力，应进一步开展针对新型低硫燃油的油指纹的研究工作。