毕业论文：柴油机燃用劣质燃油的管理措施.doc

毕业论文：柴油机燃用劣质燃油的管理措施 毕 业 论 文柴油机燃用劣质燃油的管理措施专业班级 轮机管理04级13班姓 名 x指导教师 内容提要摘要航运公司和运输船舶为降低燃油费用提高经济性选用的燃油质量日益下降文章介绍了劣质燃油的性质特点及柴油机燃用劣质燃油过程中的主要问题等根据劣质燃油的特性对燃油系统和有效的使用燃油的添加剂等几方面做了阐述并提出了船用柴油机使用劣质燃油应采取的技术与管理措施关键词柴油机 劣质燃油 使用 管理ABSTRACTFor the purpose of reducing fuel oil cost and improving economical performance shipping companies and vessels may choose poor quality fuel oil instead of diesel oil The trend of which is gradually getting worseThe thesis introduce the characters of poor quality fuel oil and major problems according to the factors of the poor quality fuel oil Some explanations are done on fuel oil system and being effective using of the fuel oil additives Meanwhile the article raise the technology and management measures for us to be take using poor quality fuel oil in a marine diesel engine Keywards Diesel engine Poor quality fuel oil Use Management目 录1 绪论111引言112 低质燃油的特点113 使用低质燃油的问题12劣质燃油的处理321 燃油系统的优化3211 燃油的加热4212 燃油的净化522燃油添加剂的使用523 船用劣质燃油的储存53 柴油机改烧劣质燃油后运行中的管理631 强化管理意识632 改善管理方法64 富春轮燃用劣质燃油的情况75 结束语8参考资料91 绪论11引言对于航运公司和运输船舶来说经济性是一年的运量收入与费用开支之比年运量越大支出越少经济性越高而船舶营运开支的主要项目一般包含船体折旧费燃料费工资维修费几其他费用从20世纪70年代发生两次能源危机以来油价飞涨船舶运输成本中燃油费用所占比重急剧增大现已超过50船舶节能降低燃料消耗量和燃油费用提高装置经济性已成为一个重要课题对于航运部门来说 广泛使用低质燃油是降低燃料费用的一项有效措施而加强对低质燃油的管理 是保障船用柴油机正常运转 延长柴油机使用寿命的重要前提由于低质燃油的产地不同 加工工艺不同 其成分也存在明显的差异对远洋船舶来讲 加装燃油的地区不同 加装频率不同 两种同规格但有差异的油种出现混装的可能性很大 这样一来 常常会出现油泥沉淀物 对燃油使用前的预处理工作和燃烧状况带来很大影响为此应对低质燃油的特点和将产生的问题有所了解 尽量避免和减少燃油管理中可能出现的不利因素 更好地使用低质燃油 达到降低成本 提高利润的目地12 低质燃油的特点劣质燃油泛指品质低劣使用困难价格低廉的船用燃料油俗称重油通常低质燃油即指中间燃料油及残渣油船舶柴油机使用的低质燃油重油多为中间燃料油低质燃油的特点是密度大粘度高残碳值高沥青质多含硫量高等 某些低质燃油的钒钠含量也很高此外 因炼制工艺的进步 低质燃油中又混入硅铝催化剂微粒 并同时出现了稳定性和相容性问题上述特点对管理和使用低质燃油带来了一些问题如劣质燃油的密度已接近或超过水这给分油机分离水带来困难 燃油的稳定性和相容性变差 在储存或混兑时会产生大量油泥沉淀物高硫分燃油会造成低温腐蚀 而高钒钠燃油会产生高温腐蚀 燃油的粘度过大和沥青质含量高会产生雾化燃烧不良 并增加积碳 燃油中的催化剂微粒将会导致缸套和活塞环的异常磨损等问题劣质燃油的粘度可高达3500s雷氏粘度以上或约在502000mm2s之间运动粘度甚至更高这给劣质燃油的储存输送净化和雾化过程中带来一些困难劣质燃油的密度大可高达094gcm3106gcm3使雾化不良油滴穿透距离远造成燃烧不良且容易产生积炭劣质燃油含有较多的机械杂质水分灰分硫沥青及钒钠等有害物质灰分和硫分使气缸套和活塞环的颗粒磨损与腐蚀磨损加剧钒钠硫对排气阀的高温腐蚀则会破坏排气阀的密封时其损坏劣质燃油的十六烷值很低着火性能差使劣质燃油在燃烧时滞燃期增长燃烧后延且不完善排气温度高耗油率高烟度增加气缸结炭严重13 使用低质燃油的问题劣质燃油在储存和加热或与其它燃油混兑时常会析出油泥状沉淀物它并非来自燃料炼制和运输过程中混入的一些夹杂物 如 水铁锈灰尘砂粒等 而是来自劣质燃油本身的组分 主要是沥青质和石蜡沥青质形成淤渣时 常与燃油中的水混合在一起 是与劣质燃油稳定性直接相关连的问题 石蜡淤渣是燃油在低温下析出的胶状物 这是石蜡在油中结晶析出的问题 只要升高温度 就可全部重新溶解因此 劣质燃油的稳定性和沥青质淤渣有关劣质燃油如果淤渣过重 不仅使离心分油机超负荷堵塞过滤器 而且会影响油的雾化质量 恶化燃烧使发动机中形成堆积物沥青质是不溶于正庚烷而溶于苯的不含蜡的组分沥青质溶于苯 并不是形成真溶液 而是先吸附苯而溶胀 以后逐渐分散于苯中而形成胶态分散体系原油或劣质燃油 也是沥青质分散在油性介质中所组成的胶态分散体系沥青质如果呈胶态分散存在 其稳定性较好如果沥青质中部分呈悬浮状态 其油的储存安定性就差悬浮状态的沥青质在储存过程中可能会逐渐凝聚而沉淀 形成淤渣而沥青质两种状态的相对量取决于沥青质的百分含量和油性介质成分在一种稳定性好的劣质燃油中 沥青质处于胶溶状态 沥青质核与油性介质间一层层的吸附物也处于吸附平衡状态如果这种平衡受到破坏 则一部分沥青质核会碰撞结合 逐渐沉降下来形成淤渣如果把燃油反复加热和冷却 可能使沥青质核外的吸附平衡破坏如果在劣质燃油中加入石蜡基的轻柴油重柴油或组分不同的劣质燃油 则稳定的平衡状态被破坏 沥青质会凝集而析出 这就叫两种油的不相溶性低质燃油反复加热也可能破坏沥青质核周围的吸附平衡因温度升高 分子动能增大 被沥青质核吸附的分子可能挣脱沥青质核的束缚而脱附 使沥青胶粒的吸附层受到破坏 这将沉淀出一部分沥青质为了避免产生沥青质淤渣 应掌握所加燃油的性质 尽量减少两种不同燃油的混合另外 可采用化学处理剂 淤渣分散剂 混合处理这样既可防止燃油在储存期间生成淤渣沉淀物 又可使已生成的淤渣重新分散2劣质燃油的处理21 燃油系统的优化 船舶燃油系统由储存驳运净化和供油等系统组成图-1是一般燃油系统的原理图使用前对劣质燃油加大预处理的力度预处理是指在劣质燃油进入喷油泵之前所进行的预热净化等技术措施燃油在加装时必须认真分析其各项指标贮存时要避免新旧油混装不同油品混装以免发生化学反应使油品变质预热时在各环节有不同的温度要求渣油杂质多净油机的清洗周期要相对缩短以确保燃油净化效果预处理的目的是改善劣质燃油的储存驳运和使用性能以满足柴油机正常工作的需要劣质燃油的储存驳运及喷入柴油机的使用必须达到一定的条件无论是轻柴油重柴油还是劣质燃料油都要保持同样的粘度和洁净度才能满足柴油机燃烧的要求因此柴油机燃用燃料油必须经过预热和净化等处理以降低其粘度和去除其中的水分和杂质从而保证柴油机的正常运行一般的流程是将燃料油从油舱经粗滤器泵入沉淀油柜在其中加热保温在5070之间并至少沉淀24然后再加热到8598经过净油机分离掉燃油中的水分和杂质净化后的燃料油泵入日用柜温度为7585燃料油在供给柴油机使用前还要通过主机供油单元等设备进行最后加热使其粘度降至适宜雾化的数值这个粘度标准范围约为运动粘度1525cst cst-厘斯工程单位1cst 10-6m3s 1mm2s运动粘度是动力粘度与同温度下液体密度之比国际单位制中为m2s或mm2s通常在实际中使用厘斯动力粘度是两个相距为1cm面积为1cm2的液层相对运动速度为1cms时所产生的阻力的数字工程单位制为gcm·s 国际单位制为Pa·s1Pa·s 10gcm·s 相当于雷氏160100s通常我们在进行燃油加温热力计算时燃油的运动粘度取 15cst 相当于雷氏70s计算由于燃料油的粘度不同所需的加热温度也不同约在 100150比较准确的加热温度可以参考燃料油的粘温曲线图2来确定压力和温度对燃油的粘度有很大影响燃有的粘度随压力的增大而增加随温度的升高而降低燃油的粘度随温度变化的特性称粘温特性211 燃油的加热对燃油尤其是劣质燃油进行加热是一项十分重要的工作不仅各油柜都要有蒸汽加热管各管路也要采用套管式或接触式蒸汽伴行管并在所有需要保温的重油柜及管路外表面敷以绝热材料对于不同品质的燃油应根据该油的粘温曲线确定不同环节的加热温度范围海船上燃油系统大多采用蒸汽加热器为确保安全规定使用饱和蒸汽在装有锅炉的船上燃油在大仓沉淀柜日用柜的加热是由锅炉提供的饱和蒸汽来实现的在供油单元的加热是由蒸汽或电加热来实现的对于没有锅炉的船舶可采用电加热对劣质燃油进行适当的加热既要防止因油温过高而使加热器沉淀结垢影响传热效果又要防止油温过低而使雾化不良燃烧不佳正确使用粘度计合理设定粘度值一般为1116cst因为燃油的粘度在很大程度上可以决定柴油机气缸内形成燃料流的性质和它的雾化程度粘度太大的燃油会形成大油滴的燃料流一般要引起燃料喷雾的恶化所以使燃烧混合物难以产生均衡性而且不能充分燃烧燃料的粘度过小这会引起泵的柱塞及喷油器针阀偶件由于润滑不够而造成过度磨损同时粘度过小的燃料油的速度也小使喷射距离缩短造成燃油与空气混合不均匀从而导致不完全燃烧所以为了保证柴油机的燃烧良好在燃料喷射过程中把粘度控制在一个适当的范围是非常重要的212 燃油的净化燃油的燃油的净化包括沉淀滤清和分离燃油在沉淀柜中达初步净化的目的滤清是燃油净化的重要环节由分布在燃油系统中的粗细滤器完成使用中应注意燃油的过滤质量加强对滤器的管理离心分油是净化燃油的主要有效手段对于劣质燃油可采用两台净油机串联使用第一级为分水机第二级为分杂机并正确选择比重环分油预热温度排渣时间以及最佳的分油量以确保分油质量22燃油添加剂的使用在劣质燃油中加入适量的添加剂可以改善燃油的贮存沉淀分离低温流动性以及燃烧等效果并且有防腐减磨等作用添加剂的种类稳定性添加剂如泥渣分散剂其成分为高分子化合物各种界面活性剂此种添加剂用于不稳定性及兼容性不良的燃油其具有两种作用一细化作用用于增进沥青质在全部油料结构中的稳定性溶解已存在的油渣使燃油成为稳定均匀的液体令船上燃油中的炭化合物完全燃烧而发挥最大的使用率和热能二分散作用用于防止已絮凝的沥青质发生沉淀消散分化悬浮于燃油中较重的粒子使之不沉淀使燃油能顺利地被抽送净化预热和过滤并使燃油系统被污染及需清洁的次数减少助燃添加剂其成分为铜铁铝的金属盐钡的有机化合物磷系化合物用于触发燃油之顺畅进行确保其燃烧所产生之动力及废物不变促进燃油完全燃烧及释放最大的燃烧能量以及中和SO2生成中性盐防止排气冒黑烟剥离炭渣抗蚀剂其成分为氢氧化镁悬浊液碱土金属盐悬浊液分别防止硫酸的低温腐蚀以及钠钒的高温腐蚀降凝剂其成分为烷基萘高分子化合物可用于降低劣质燃油的凝点各种添加剂有其不同的使用比例其使用方法也不尽相同如在加燃料油之前放进燃油仓中在加燃料油后放进燃油仓中放进沉淀柜中用计量泵在分油机前喷入油管中等23 船用劣质燃油的储存 加油前必须先了解所要加装燃油的规格和特性燃油密度要适合燃油分油机的分离能力燃油发火质量要满足柴油机制造厂对燃油发火质量的要求严禁将不同性质的油混装在一起以免发生不相容问题而导致大量沥青沉淀在存储过程中要避免燃油储存长期过热或时冷时热过热可能破坏燃油的稳定性加温时冷时热会导致燃油中蜡质的大量析出由于原油的产地不同所含成分有别不同产地的FO存在有不相溶性加油时尽量避免或减少不同加油地的油相混不同粘度的FO相混时进机FO加热温度要满足高粘度F O的要求如只按低粘度油需要加温当发现不正常现象出现如滤器阻塞要立即提高加热温度至滤器工作正常3 柴油机改烧劣质燃油后运行中的管理近十年来国际市场上的燃油价格不断上扬而船用柴油机发展趋向于大型化高速化和高功率化为了降低营运成本船舶柴油机不得不燃用更为低劣的燃油与此同时燃油技术不断改进使重燃油中只含有25或更少的原油提炼后留下的渣油数越来越少质量越来越差使得船舶柴油机对燃油的选择余地越来越少另外市场供应得燃料中包含有回收利用的油工业废油等供应商所供燃油的实际品质较其规定指标有较大差距等使燃油质量愈加低劣据最近统计资料表明国内外海运船舶使用劣质柴油的柴油机目前已达928以上而且所用的劣质重油粘度在RedNo1 100oF3500s以上因此在当今的海运实践中轮机人员在船舶柴油的使用和维护管理时必须认真研究如何更好地使用劣质燃油的技术问题从而保证船舶动力装置的可靠性经济性机动性和续航力延长维护管理周期提高其使用寿命确保船舶和船员在安全状态下营运生产31 强化管理意识对出现的问题要有足够的思想准备如对劣质燃油加热温度不足其十六烷值和稳定性下降引起启动性能下降柴油机因雾化特性恶化燃烧性能不佳会出现启动困难使用劣质燃料油后柴油机的燃烧性能下降在机动航行时要注意对柴油机的起动性的恶化需有一定的思想准备更应加强前期的对油料的管理燃料油的净化加热等工作应认真如对加热温度的适当控制若不注重这方面的工作将对柴油机安全运转和船舶的防火工作带来严重后果为此应使船员认识到使用劣质燃料油后油的理化性能变差如密度粘度都升高含硫量残炭沥青分灰分机械杂质和水分均大大增加而油的十六烷值及稳定性都下降等32 改善管理方法 1 正确的将供油提前角调整好结合实际运行的情况分几次进行每次调节了供油提前角后应测定在额定负荷下 柴油机工作稳定后 各缸的爆压使各缸的爆压经过几次调节后能达到均等 相差不大于±5 对于排气温度的调整应测试各缸喷油泵的供油量 条件许可的情况下 这样能使各缸的排温均等 相差不大于±5 比较实用的做法是在船舶营运期间通过在油泵齿条处对各缸的高压油泵的单调使各缸的排气温度均等 2 同时对柴油机的其它运行参数进行适当的调整劣质燃油的硫分灰分多这是使燃油系统设备柴油机的燃烧室部件等腐蚀和磨损加剧的主要原因硫分灰分不能靠燃油的净化来解决这是不争的事实目前主要靠加入添加剂 加在燃油或润滑油中 来控制在柴油机运行管理上以控制出机冷却水的温度 气缸壁的温度 防低温腐蚀控制排气温度防止高温腐蚀这些做法都是比较成功的所以燃用劣质燃油时使柴油机工作在一个合适的温度范围内的稳定工况下是可考虑的所以对原使用柴油的柴油机现改换劣质燃料油的如作为主机机动航行时以使用柴油为好这样无论对船舶航行的安全或对主机的寿命都有好处 3 缩短检修周期吊缸时注意检查气缸套和活塞环的检查检测发现问题及时处理加强气阀的清洁研磨加强对喷油器的管理定时泵压清洁调试以保证良好的雾化和准确的定时对涡轮增压器适时清洗以提高扫气压力减少后燃完善燃烧注意检查监测曲轴箱滑油的质量在其发生超标变质时应及时采取措施如加强净化更换新油等以保证柴油机润滑良好净油机的清洗周期要相对缩短以确保燃油净化效果等4注意对管系的管理既不引起混油又不使管系温差太大使燃油合理的循环认真分析燃油管系图正确调节燃油系统的进油稳压阀回油调节阀供油泵的回流调节阀以及各泵和集油筒除气器的安全阀从而保证油质的合理循环等5船用柴油机使用劣质燃油时应适当增大喷油提前角和启阀压力以改善起动性能消除燃烧粗暴和后燃现象应保证喷油器工作性能良好应适当提高冷却水温度防止因过热引起高温腐蚀和过冷引起低温腐蚀将冷却水出口温度控制在说明书规定的范围内保证缸壁温度高于硫酸蒸汽和水蒸汽的露点根据各部件的维护保养周期定期及时地进行保养必要时应视具体情况相应缩短保养周期确保柴油机的运行良好增强可靠性和经济性4 富春轮燃用劣质燃油的情况富春轮所属台湾万海富航运公司它是笔者的实习船其的发电机是YANGMA 8缸系列的为降低成本提高经济性平常航行和在港期间都使用重油但在某些国家港口时由与保护环境等特殊规定如美国发电机和锅炉都要换用轻油每台发电机海上航行时日常消耗重油在吨左右它的主机是MAN BW 7K80LMC系列的7缸构造也是使用重油且启动和停车无需换油停车时只利用一个三通阀打循环保持油温利与再次发火即可它的重油使用流程大致为重油首先加到油舱然后驳至沉淀柜经分油机分离后存贮至日用柜通过一套 HFO DO BOOSTER UNIT 加热加压后送至主机高压油泵在 HFO DO BOOSTER UNIT 中虽然可以进行重油和轻油的转换但利用蒸气加热或电加热将燃油进机温度保持在136-140黏度大约在16-19cst左右即可以对主机采用重油启动主机在全速满负荷工况运行时它的主机转速为102rm日消耗重油量在100吨左右在经济航速航行时日消耗重油量在70吨左右没有轻油的消耗这样由与主机减少了轻油的使用重油价格仅为轻油价格的23所以大大降低了运营成本 研究重油的使用不得不提到重油得加装富春轮的航线为美西线包括美西线和美西线由与在第15航次其发声意外耽误了航期故曾经改过航线但基本上国内港口有上海宁波厦门盐田蛇口香港高雄在美国的港口有LA 洛杉矶 OAKLAND 奥克兰 通常的加油港口国内为香港由于美国加油油价格相对便宜故其经常在美国加油它共有油舱10个分别为UPPER PS 3 LOW PS 3 DB PS 4 LOW PS 5 UPPER PS 总容量在3000吨左右加油前会添加燃油添加剂比例大约为 300t 桶用与降低燃油结垢促进油泥沉淀提高燃烧性能加油时从加油船将国际通岸接头接到其的加油侧接口双方召开简单会议商量好加油信号以加油船为主由与重油具有黏度大不易驳运等特点故燃油一般要加热到一定温度通常为50左右同时为确保加油质量以及为防止日后主机燃烧出现问题时易与化验燃油质量加油过程中会同时在加油船出口管路中央以及我船接口设置油样汲取筒进行全程取样加油完后将样品封好保管以备检验同时还会定期检测油中含硫量以确保主机和副机的运行安全5 结束语当今世界人们在生产生活中对能源的依赖也越来越强而能源是有限的短期内难以再生石油系能源的供应在世界范围内必将日益紧张在海运实践中这就需要轮机人员在船舶柴油的使用和维护管理时必须认真研究如何更好地使用劣质燃油的技术问题从而保证船舶动力装置的可靠性经济性机动性和续航力延长维护管理周期提高其使用寿命确保船舶和船员在安全状态下营运生产参考资料袁成岗 船用柴油机使用劣质燃油技术与管理问题探讨 南通航运技术学院学报2005年3月王鹏 浅议低质燃油的使用与管理 中国修船 2000年第2期孙培廷 船舶柴油机 大连海事大学出版社 2005年4 杜荣铭 船舶柴油机 大连大连海事大学出版社 2002年5 吴恒 轮机管理M 大连大连海运学院出版社 1993年5图-2 燃料油的粘温曲线图图-1 柴油机燃油系统示意图蒸汽加热系统柴油机柴油机供油单元日用柜净油机沉淀柜驳运泵燃油大仓