生物柴油硫氧化物排放量幾乎為零，氮氧化物排放量與傳統(tǒng)化石燃料無(wú)顯著增加，二氧化碳排放量與傳統(tǒng)化石燃料MGO相比減少65%以上，并且船舶使用船用生物燃料油不需要進(jìn)行船舶改造，因此被認(rèn)為是現(xiàn)階段“即用”可持續(xù)燃料。

生物柴油的生產(chǎn)技術(shù)已歷經(jīng)兩代發(fā)展。第一代生物柴油存在一定缺陷，如長(zhǎng)期儲(chǔ)存穩(wěn)定性差、沸程窄、凝固點(diǎn)高、在溫度低的地域無(wú)法使用等，與石化柴油的體積混合比不能超過(guò)30%。第二代生物柴油主要是為改進(jìn)第一代生物柴油，將油脂的羧基官能團(tuán)脫除含氧基團(tuán)，轉(zhuǎn)變成相對(duì)應(yīng)的烷烴，并通過(guò)異構(gòu)化降低凝點(diǎn)，改善其流動(dòng)性，逐漸形成了以催化加氫為主要技術(shù)的第二代生物柴油。船用生物燃料添加的主要為第一代生物柴油，即脂肪酸甲酯(FAME)。

為了保障船東用油安全，依據(jù)中國(guó)船燃低硫燃油供應(yīng)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合其他海事機(jī)構(gòu)發(fā)布的船用生物燃料使用注意事項(xiàng)，開展調(diào)研工作。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，船用生物燃料油有5個(gè)可能對(duì)船舶造成使用問(wèn)題的關(guān)鍵指標(biāo)，包括運(yùn)動(dòng)粘度、低溫流動(dòng)特性、穩(wěn)定性(FAME分解為脂肪酸或氧化形成氧化物、儲(chǔ)存材質(zhì)對(duì)穩(wěn)定性的影響、溫度對(duì)穩(wěn)定性的影響)/相容性、水分/微生物、熱值。下面我們就5個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)的基本特征、與之相關(guān)的潛在安全隱患、合適的控制措施以及船舶潤(rùn)滑油的提示情況進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

船用生物燃油5個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)

低硫燃油執(zhí)行ISO 8217船用燃油標(biāo)準(zhǔn)，BD100生物柴油標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際上暫未統(tǒng)一，歐洲參照EN14214,美國(guó)參照ASTM D6751,中國(guó)參照GB 25199附錄C,暫無(wú)國(guó)際通用的“船用生物燃料”標(biāo)準(zhǔn)。由于FAME和低硫燃油的生產(chǎn)原料、工藝產(chǎn)地、調(diào)和料的不同，以下5個(gè)指標(biāo)應(yīng)引起注意。

1、運(yùn)動(dòng)粘度

由于低硫調(diào)和原料及其混合比例有所不同，即使船舶上接收到的低硫燃油是相同等級(jí)，其運(yùn)動(dòng)粘度的變化范圍也極大?，F(xiàn)在，低硫燃油50℃粘度一般在50～300mm²/s范圍內(nèi)。生物柴油40℃粘度在3.500～5.000mm²/s范圍內(nèi)。調(diào)和后的船用生物燃料50℃粘度一般與現(xiàn)有低硫燃油粘度范圍一致。由于粘度決定著在船處理和使用的溫度控制，需要關(guān)注50mm²/s以下油品，特別關(guān)注粘溫曲線的變化，確保最低進(jìn)機(jī)粘度在2mm²/s以上，20mm²/s以下，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)要求控制在最佳進(jìn)機(jī)粘度(MAN B&W二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道推薦的生物燃料粘度范圍為3～18mm²/s。MAN使用通函，推薦低硫燃料油粘度范圍為10～15mm²/s)。

2、低溫流動(dòng)特性

低硫調(diào)和原料(低硫渣油、低硫加氫重油)中長(zhǎng)直鏈烷烴組分含量增多。在低溫下，低硫燃油中蠟質(zhì)組分結(jié)晶的概率增大。目前低硫燃油的傾點(diǎn)在0～30℃之間，12～21℃之間的傾點(diǎn)居多。生物柴油中脂肪酸甲酯的碳鏈長(zhǎng)度越長(zhǎng)且飽和度越高時(shí)，生物柴油的冷濾點(diǎn)就越高，當(dāng)生物柴油中含有相對(duì)較多的飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸甲酯時(shí)，在低溫狀態(tài)下，越易結(jié)晶析出，其低溫流動(dòng)性相對(duì)較差。燃油的低溫流動(dòng)特性可通過(guò)濁點(diǎn)(CP)、冷濾點(diǎn)(CFPP)和傾點(diǎn)(PP)來(lái)評(píng)估。船用燃料油中的蠟析出，需要高度關(guān)注，可能在高于傾點(diǎn)10～20℃溫度下出現(xiàn)，導(dǎo)致過(guò)濾器和管道的堵塞。

3、穩(wěn)定性/相容性

穩(wěn)定性描述單一燃油的特征，相容性則表示將一種燃油與另一種燃油混合的適用性。低硫燃料油中瀝青質(zhì)來(lái)自于重質(zhì)殘?jiān)驼{(diào)和組分，是一種高分子量烴類化合物，溶于芳烴，不溶于水和烷烴，燃油中瀝青質(zhì)含量增多，燃油中溶解的瀝青質(zhì)就會(huì)絮凝、沉降為油泥。生物柴油有較高的氧化敏感性。生物可降解性，遇水和高溫，其氧化、老化加速快。船用生物燃料油發(fā)生“聚合”作用，會(huì)產(chǎn)生淤泥、沉淀物，堵塞管路，沉積在活塞頂部。船用生物燃料油中FAME發(fā)生“分解”作用，會(huì)生成脂肪酸、氧化物等，酸性增加會(huì)腐蝕氣缸和活塞，氧化物會(huì)磨損活塞環(huán)、氣缸套等。

4、水分/微生物

生物柴油本身含水量不高，僅為殘?jiān)剂嫌偷?/span>1/10(不超過(guò)500mg/kg)，但是燃油箱中的冷凝水，在高溫儲(chǔ)存(90℃以上)的環(huán)境下，可能導(dǎo)致脂肪酸甲酯分解，生成脂肪酸等酸性物質(zhì)；另外水分的存在在適宜溫度下，也是微生物滋生的溫床，導(dǎo)致微生物污染。微生物污染會(huì)產(chǎn)生沉積物，粘度從油性凝膠到固體不等。微生物需要食物來(lái)源、水和溫暖的溫度才能生長(zhǎng)。燃油箱為微生物的生長(zhǎng)提供了條件，燃油中的碳?xì)浠衔锸鞘澄?；水主要?lái)自燃油中本身的水及燃油箱中的冷凝水。微生物繁殖會(huì)導(dǎo)致油箱底部出現(xiàn)粘液沉積物，致使過(guò)濾器堵塞，以及油箱底部或油水界面出現(xiàn)點(diǎn)蝕和噴油器結(jié)垢。

5、熱值

熱值是評(píng)價(jià)燃油成分，即評(píng)價(jià)燃料油發(fā)熱做功的主要指標(biāo)，同時(shí)也是用戶最重視的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)?，F(xiàn)行的ISO 8217標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有規(guī)定熱值要求，GB/T 17411給出了GB/T 384的檢測(cè)方法。另外ISO 8217及GB 17411中給出了熱值的計(jì)算公式，此公式的應(yīng)用條件是“石油獲取的烴類均勻混合物；一般用途時(shí)準(zhǔn)確度可以接受”。而目前船用生物燃料也用ASTM D240檢測(cè)，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)特別注意檢測(cè)值與計(jì)算值的差別。

5個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)應(yīng)的控制措施

1、運(yùn)動(dòng)粘度

(1)安全隱患

船用生物燃料油的粘度風(fēng)險(xiǎn)主要是低粘燃油潤(rùn)滑性降低引起的風(fēng)險(xiǎn)。燃油粘度過(guò)低，特別是粘度接近餾分油的低硫燃油，會(huì)導(dǎo)致油膜建立困難，燃油泵和柱塞卡死或者異常磨損，內(nèi)部泄漏，導(dǎo)致柴油機(jī)供油故障。另外，過(guò)低的粘度會(huì)導(dǎo)致噴油壓力不足，點(diǎn)火、啟動(dòng)及低速運(yùn)轉(zhuǎn)困難；油門桿余量不足，限制加速。

(2)控制措施

①做好燃油溫度的管理。認(rèn)真查閱燃油供應(yīng)商提供的低硫燃油化驗(yàn)單據(jù)，避免更換不同粘度船用生物燃料時(shí)，意外加熱低粘燃油。

②提前詢問(wèn)粘溫曲線。由于新型低硫生物燃油的組分發(fā)生了不少的變化，所以傳統(tǒng)的粘溫特性就不一定適用目前有些新型低硫燃油。大部分的燃油供應(yīng)商，特別是分銷商無(wú)法提供相關(guān)的資料，雖然不是強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，卻是最佳實(shí)踐推薦。如果沒(méi)有，可根據(jù)以往石化燃料的粘溫曲線進(jìn)行調(diào)整。中國(guó)船燃根據(jù)前期兩種國(guó)內(nèi)船用生物燃料油B24數(shù)據(jù)，繪制的粘溫曲線如圖1所示。

圖1 粘溫曲線

③改裝設(shè)備。許多發(fā)動(dòng)機(jī)制造商已將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的燃油最低粘度設(shè)定為2 cSt。如果要使用的燃油粘度很低(例如，在50℃時(shí)小于20 cSt)，可在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口前安裝燃油冷卻器，以確保制造商建議的粘度。

④充分分離凈化。粘度小的燃油相對(duì)比較容易分離雜質(zhì)，但是在分油機(jī)后、進(jìn)主機(jī)前，原本應(yīng)懸浮在燃油中的催化顆粒物發(fā)生沉降，容易卡住機(jī)械偶件。所以在進(jìn)主機(jī)前進(jìn)行充分分離就非常重要。在有阻塞和卡阻風(fēng)險(xiǎn)情況下，日用柜的燃油要進(jìn)行循環(huán)凈化分離，直到風(fēng)險(xiǎn)可接受。

⑤使用潤(rùn)滑性改進(jìn)劑。如果市場(chǎng)上低硫燃油粘溫異常，根據(jù)化學(xué)品添加劑服務(wù)商的建議，可將潤(rùn)滑性改進(jìn)劑預(yù)先添加到油艙中。

2、低溫流動(dòng)特性/蠟結(jié)晶

(1)安全隱患

當(dāng)燃油在低于或等于其傾點(diǎn)的溫度下儲(chǔ)存時(shí)，燃油中將形成蠟，在燃油柜底部、換熱器表面或加熱盤管表面沉積，降低加熱效率，堵塞管路、質(zhì)量流量計(jì)、燃油濾器等。而且，一旦蠟沉積在設(shè)備表面，由于固體蠟導(dǎo)熱性不良，需要更多的熱能來(lái)將蠟轉(zhuǎn)變成液體。

特別需要注意的情況是具有低粘度(例如在50℃以下小于20cSt)和高傾點(diǎn)的低硫燃油。當(dāng)使用這種燃油時(shí)，應(yīng)特別注意油溫控制。此種燃油，溫度過(guò)低，析蠟；溫度過(guò)高，低粘無(wú)潤(rùn)滑性。在這種情況下，船員可能被迫將燃油溫度控制在極窄范圍內(nèi)。

(2)控制措施

①根據(jù)運(yùn)輸貨物對(duì)溫度的要求及預(yù)期航行期間遇到的氣候條件，選擇低溫流動(dòng)特性合適的燃油。

②燃油溫度應(yīng)保持在傾點(diǎn)以上15℃，但應(yīng)確保合適的運(yùn)動(dòng)粘度，確保燃油系統(tǒng)(主要是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口)任何位置的粘度不會(huì)低于最低推薦值2cSt以下。分油機(jī)制造商建議儲(chǔ)存和分離的溫度(如表1所示)，可供參考。

表1 分油機(jī)制造商建議儲(chǔ)存和分離的溫度

③若出現(xiàn)分離溫度低于蠟析出溫度(WAT)的情況，在確保其它方面不受影響的情況下, 將溫度從40℃升高到70℃以上，可以有效緩解分油機(jī)污泥量增多的問(wèn)題。

④如果不想對(duì)燃油進(jìn)行加熱，可以使用冷流改進(jìn)劑。

3、穩(wěn)定性/相容性

(1)安全隱患

不穩(wěn)定的燃油單獨(dú)儲(chǔ)存由于時(shí)間和溫度的影響，會(huì)形成污泥、發(fā)生沉降，存在分層等現(xiàn)象。而不相容的燃油是因?yàn)榻M分相混導(dǎo)致燃油不穩(wěn)定，形成污泥，堵塞過(guò)濾器，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障。

銅、鉛、錫和鋅等材料可能會(huì)氧化FAME，從而產(chǎn)生沉積物和材料本身的變質(zhì)。

燃料油油艙一般都為加溫狀態(tài)，30～50℃不等，溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)，燃油越易被氧化。

(2)控制措施

①避免燃油存在油艙長(zhǎng)期不使用的情況，根據(jù)一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，船上儲(chǔ)存時(shí)間盡量不超過(guò)3個(gè)月。

②應(yīng)避免與青銅、黃銅、銅、鉛、錫和鋅等材料長(zhǎng)期接觸。

③要注意對(duì)油艙柜的閥門和其他附件的養(yǎng)護(hù)，包括輸送和供油管系的內(nèi)部檢查；對(duì)密封墊床、橡膠或塑料以及金屬附件等檢查或更換。

④燃油艙、柜和燃油系統(tǒng)隔離，駁載和使用過(guò)程中應(yīng)在最大程度上避免燃油混合。

⑤關(guān)注加注燃油的品牌，盡量尋找可靠和固定的燃油供應(yīng)商。部分燃油供應(yīng)商也提供面向船用燃油的兼容性測(cè)試儀，可聯(lián)系公司的燃油供應(yīng)商購(gòu)買相關(guān)設(shè)備。

⑥船舶配備一個(gè)混合程序。確保新加燃油盡可能地注入空燃油艙中。如果不得不讓新裝燃油和船上已裝燃油混合，那么，船上在這些燃油混合之前要確定兩次添加的燃油之間的相容性。

一是通過(guò)總沉積物加速度(TSA)、存在量(TSE)和潛在量(TSP)評(píng)估沉淀物的性質(zhì)。檢測(cè)方法為ISO10307-1(TSE)和ISO10307-2(TSP/TSA)。

如果測(cè)試結(jié)果顯示TSE=TSP=TSA，而且TSP結(jié)果比較高時(shí)說(shuō)明燃油比較臟而不是不穩(wěn)定，可能會(huì)經(jīng)歷油泥以及過(guò)濾問(wèn)題。這種情況下存儲(chǔ)不會(huì)惡化燃油的情況和其他燃油調(diào)和后可能會(huì)使得TSP下降。

如果測(cè)試結(jié)果顯示TSE

二是在船進(jìn)行D4740兼容性測(cè)試，一般情況下兩種燃油按10：90、50：50、90：10或者是按將要混合的實(shí)際比例混合測(cè)試，如果條件不允許測(cè)試這些情況，最起碼測(cè)試50：50的情況。ASTM D4740測(cè)試方法：將兩種燃油混合均勻并加熱，然后滴在濾紙上，在烤箱中加熱到100攝氏度，一個(gè)小時(shí)后拿出烤箱，然后觀察濾紙上油環(huán)的分布情況。

4、水分/微生物

(1)安全隱患

船用生物燃料中的水分會(huì)導(dǎo)致脂肪酸甲酯水解，增加酸性，腐蝕設(shè)備，另外滋養(yǎng)微生物。微生物污染會(huì)影響燃油量的測(cè)量，通常是偏大；燃油微生物大量繁殖，產(chǎn)生沉積物會(huì)堵塞燃油泵和發(fā)動(dòng)機(jī)燃油濾，導(dǎo)致燃油泵故障和降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供油；燃油微生物有時(shí)也會(huì)分泌出酸性物質(zhì)，從而導(dǎo)致腐蝕。

(2)控制措施

①接收生物燃料或生物混合燃料，需提前清潔油艙柜。

②縮短油艙柜泄放殘油殘水時(shí)間間隔，以減少微生物生長(zhǎng)。

③經(jīng)常排空油箱并在燃料中使用殺生物劑可減少或減輕微生物的生長(zhǎng)。

5、熱值

(1)安全隱患

生物柴油中因含有10%左右的氧含量，導(dǎo)致較低的熱值。ISO 8217、GB 17411中介紹的計(jì)算方法，較實(shí)際測(cè)試值偏高4%～6%。生物柴油(FAME)低熱值(即凈熱值)在35～38MJ/kg，低硫燃料油低熱值在39.8～41.9之間MJ/kg，以上均為檢測(cè)值。雙碳目標(biāo)下，相同CO₂減排量的條件下，實(shí)際低熱值越高做的功越多，越降低成本。因此熱值作為碳排放的計(jì)算因子需要尤為關(guān)注。

(2)控制措施

①盡量索要燃油的熱值指標(biāo)，便于合理做好燃油排放的管理。

②熱值要選擇ASTM D240《用彈式量熱計(jì)測(cè)定液烴燃料燃燒熱的試驗(yàn)方法》或GB/T 384《石油產(chǎn)品熱值測(cè)定法》檢測(cè)(ASTM D240測(cè)試值一般略高于GB/T 384測(cè)試值)。

對(duì)潤(rùn)滑油使用的提示

前期，在國(guó)際內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)(CIMAC)會(huì)議討論中，各種新能源出現(xiàn)不同的潤(rùn)滑方案，生物燃料摻混后的潤(rùn)滑油應(yīng)對(duì)方案如下：

對(duì)于二沖程機(jī)：如果在正常的VLSFO和ULSFO操作中，氣缸狀況是可以接受的，可繼續(xù)使用原先氣缸油牌號(hào)和注油率，同時(shí)加大加油數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、內(nèi)部檢查或氣缸殘油分析。氣缸油產(chǎn)品BN值的選擇主要依據(jù)燃油中的硫含量和發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)(MAN SL-737)，在氣缸油使用前、航行中和結(jié)束后進(jìn)行掃氣口檢查，做好氣缸狀況的監(jiān)測(cè)。在氣缸油分析中，若發(fā)現(xiàn)殘油化驗(yàn)顯示含鐵量升高，要加大氣缸油注油率，另外增加殘油化驗(yàn)次數(shù)，直至正常后再逐步調(diào)減注油率。如果在正常的VLSFO和ULSFO操作中氣缸狀況不能接受，要進(jìn)一步調(diào)整注油率或氣缸油堿值，縮短掃氣箱殘油監(jiān)測(cè)分析。

對(duì)于四沖程機(jī)：選擇SAE 40，BN 10～15(20)TPEO(筒式活塞式發(fā)動(dòng)l機(jī)油，Trunk Piston Engine Oil)。

來(lái)源：中國(guó)船檢