[科普中国]-船用重油

船用重油的化学组成

石油是多种有机化合物组成的极为复杂的混合物，已经发现的化合物多达500多种。组成石油的基本元素是碳和氢，按重量计算：含碳83%～87%，含氢11%～14%.碳氢化合物简称烃，故石油是烃类的混合物。石油中尚存在少量的氧、硫、氮等元素，总重量只占0.5%～5%。此外，石油中还含有微量的其他元素，如氯，碘、磷、钾、钠、镁、钙、铜等元素，他们是以化合物形态存在于石油中。以上所含成分皆因产地和提炼方法而异。

组成柴油机燃油的烃按其分子结构不同，可分为脂肪烃、环烷烃和芳香烃三类：

（1）脂肪烃

脂肪烃包括烷烃、烯烃和炔烃，其分子结构为链状结构。其中烷烃是一种饱和的链状结构，烷烃和炔烃均是不饱和的链状结构。链状结构在高温下容易断裂，因此含烷烃较多的燃油容易燃烧，自燃温度较低，而且碳原子越多，其自燃性越好；另外由于它是一种饱和烃，所以其性能稳定，不易变质。含烷烃多的燃油是柴油机的良好燃油。

烯烃和炔烃多存在于热裂法生产的柴油中，由于他们是不饱和烃，所以性能不稳定，存储中容易氧化变质。另外，由于其发火性能较烷烃差，对柴油机燃烧不利。

（2）环烷烃

它是一种碳原子间以单键结合的环状饱和烃。其环状结构在高温下不易破裂，所以它的自燃温度高于脂肪烃。 （3）芳香烃

芳香烃是一种不饱和的环状结构。芳香烃分子结构坚固，热稳定性比脂肪烃和环烷烃都高，燃烧最为困难。芳香烃的温度较烷烃、环烷烃大，热值较烷烃、环烷烃低。芳香烃的粘度、表面张力和汽化潜热都比其他烃类大，因而油品的粘度、密度、蒸发量等特性都受到所含有芳香烃比例的大小的影响。芳香烃中最基本的是苯，两个苯合并在一起称又称@甲基萘，其发火性能差，通常作为柴油发火性能试验的标准试验燃料之一。带有苯环的环状分子结构受热后最不容易断裂。因此芳香烃的自然温度最高。柴油中含较多的芳香烃，则燃烧不完全，易生成结碳。因此，应限制柴油中芳香烃的含量。1

船用重油的特点重油有以下突出特点：

（1）密度大。重油密度可达到0.94～1.06g/m3，由此造成燃油净化和雾化困难，同时油滴燃烧时易产生热裂，导致机件结增多；

（2）黏度高。重油的黏度在50～2000㎜2/s之间，由此造成燃油储存、输送、净化和雾化困难；

（3）成分复杂。重油含有较多的水分、灰分和硫、钒、钠、硅、残炭等杂质。油中的杂质加剧了柴油机燃烧室部件和喷油设备元件的腐蚀和磨损；

（4）发火性差。2

燃油的物理化学性能指标及其影响燃油的质量是以其理化性能指标来衡量的，这些质量指标有多种，分别从不同方面反应燃油的质量，这些指标根据其对柴油机工作的影响大致可分为三类：影响燃油燃烧性能的指标，如十六烷值、柴油指数、热值和黏度等；影响燃烧成分的指标，如硫分、灰分、沥青分、残炭值、钒和钠含量等；影响燃油管理工作的指标，如闪点、密度、凝点、倾点、浊点、水分和机械杂质、黏度等。

（1）十六烷值

十六烷值是评定燃油自然性能的指标。其定义为在标准的四冲程柴油机上，将所试柴油的自燃性（通常以滞燃期长短计量）同正十六烷（十六烷值定为100）与@甲基萘（十六烷的值定为0）的混合液相比较，当两者相同时，混合液中的正十六烷的容积百分比，即为所试验燃料的十六烷值。

柴油机对燃油的十六烷值有一定的要求，十六烷值过低时燃烧粗暴，甚至在起动或低速运转时难以发火；但如果燃油的十六烷值过高不仅燃油费用高，而且因发火过快使燃油产生的高温分解而生成游离碳，致使柴油机排气冒黑烟，经济性能下降。通常，高速柴油机使用燃油的十六烷值在45～60之间，中速柴油机在40～50之间。对于燃用重油的低速柴油机其十六烷值不低于25。

（2）苯胺点

苯胺点指同体积的燃油与苯胺混合加热成单一液相溶液，然后使之冷却，当混合液开始浑浊时的温度。

燃油中各族烃类在苯胺中的不同的溶解度，燃油中芳香烃最易容易苯胺，燃油和苯胺越容易溶解，则其苯胺点越低。燃油的苯胺点低则自燃性差，根据燃油的苯胺点可大致判断其十六烷值的高低。

(3)柴油指数

柴油指数也是衡量燃油自燃性的指针。它不必使用贵重试验设备而可以在实验室中用简单的方法测定，并按下式计算燃油的柴油指数（ID）： ID=(1.8t+32）(141.5∕d-131.5)×1∕100

d-燃油比重（温度为60℉时同体积燃油与水重量之比）

t-苯胺点（℃）

（4）计算碳方向指数（ICCAI）

它是用来测定燃料油发火性能的指标，计算出的ICCAI值小于850时可以得到满意的发火性能，若ICCAI值大于857时，燃烧难以发火。

（5）热值

1㎏燃油完全燃烧时放出的热量称为燃油的热值，单位用KJ/Kg表示。其中不计入燃烧产物中水蒸气的汽化潜热者称低热值，用符号Hu表示。重油的基准低热值Hu=42000KJ/Kg；

（6）黏度

黏度是液体内分子摩擦的量度，即燃油流动时分子间阻力的大小，是评定燃油流动性的指标，是燃油最重要的特性之一。燃油的黏度值有绝度黏度和条件黏度两种表示法。绝对黏度表示内摩擦系数的绝对值，相对黏度是在一定条件下测得的相对值，并因测定仪器而异。属于绝对黏度的有动力黏度和运动黏度；属于相对黏度的有恩式黏度、赛式黏度和雷氏黏度。

燃油的黏度对于燃油的输送、过滤、雾化、燃烧有很大影响。黏度过高不仅输送困难，而且不利于燃油的雾化和燃烧。黏度过低则会造成喷油泵柱塞偶件、喷油器针阀偶件润滑不良而加快磨损。因此，必须将燃油在喷射系统中的黏度限制在一定的范围内。

压力和温度对燃油的黏度有很大的影响。燃油的黏度随压力的增大而增加，随温度的升高而降低，燃油的黏度随温度的变化的特性称为黏温性能。

（7）密度

燃油在温度t（℃）时单位体积的质量称密度,常用的单位是㎏/m3或g/cm3，在20℃时的密度称为标准密度，燃油的密度随温度而变。

燃油的密度与它的化学成分和馏分组成有关。烷烃的密度最小，环烷烃的密度稍大，芳香烃较大，含硫、氧、氮的胶质和沥青质密度最大。

密度对燃油的使用用很大的意义。其一，在装载燃油时应根据燃油的密度和油舱的舱容计算转载量（应按装有温度对密度进行修正）；其二，应根据燃油密度的变化正确选择分油机的比重环；其三，当换用不同密度的燃油时，油量调节机构不变而喷油泵的循环供油量不同，柴油机的转速将相应变化。

（8）硫分

燃油中所含硫的重量百分数叫硫分，燃油中含硫对燃油设备和空气的危害较大，燃油中的硫分主要与原油产地有关，同时也受加工炼制工艺方法的影响。虽然可以通过燃油脱硫显著降低燃油中的硫分，但燃油的价格将大幅度上涨。

（9）灰分

灰分是在规定的条件下燃油完全燃烧剩余物的重量百分比。燃烧后残存的灰分中含有的各类金属氧化物，可造成燃烧室部件的高温腐蚀和磨料磨损，加剧气缸的磨损。

（10）钒、钠含量

燃油中所含的钒、钠等金属的质量浓度用10-6（ppm）表示，钒以金属有机化合物形式存在于原油中，这些金属有机化合物是油溶性的，净化系统无法除去。在炼制过程中也不蒸发，因而大部分浓集到残渣油中，燃烧后生成金属氧化物。钠是原油中的有害金属元素。燃油中的钒和钠是非常有害的成分。

（11）机械杂质和水分

燃油中所含不溶于汽油或苯的固体颗粒或沉淀物的重量百分数称为机械杂质。重质燃油允许含有含有少量的机械杂质。机械杂质会加剧喷油设备偶件的磨损和喷油器喷孔堵塞、滤器堵塞。

燃油中的水分以容积百分数表示。燃油中的水分能降低燃油的低热值，破坏正常发火，甚至导致柴油机停车。如含有海水将会造成腐蚀，加剧缸套磨损。因此应限制燃油中的水分。在船舶上可以使用燃油净化措施降低燃油的机械杂质和水分。

(12)沥青分

沥青分表示沥青占燃油重量的百分数。沥青多环的大分子量芳香烃，悬浮在油中程胶状。沥青不易燃烧，导致滞燃期长，产生后烟，冒黑烟；使用中易形成沉淀胶膜和结碳，增加磨损并使喷油器偶件咬死。

(13)残炭值

燃油在隔离空气条件下加热干馏，最后剩下的一种鳞片状碳渣物称残炭，残炭占试验油重量的百分数称残炭值。残炭值中包括了机械杂质和灰分。当燃用残炭值较大的燃油时，将在燃烧室产生较多的结炭使热阻增加，引起过热、磨损，缩短柴油机的维修周期。

(14)闪点

燃油在规定条件下加热到它的蒸汽与空气的混合气能同火焰接触而发生闪燃时的最低温度称闪点，闪点是衡量燃油挥发成分产生爆炸或火灾危险性的指针。

(15)凝点、倾点和浊点

燃油在试验的条件冷却至液面不移动时的最高温度称凝点 燃油尚能够流动的最低温度称倾点 燃油开始变浑浊时的温度称浊点 通常燃油的浊点高于凝点5～10℃；倾点高于凝点3～5℃。燃油的温度低于浊点时将使滤器堵塞，供油中断。燃油温度低于凝点时，将无法泵送。从使用观点，浊点时比凝点更重要的指标。燃油的使用温度至少应高于浊点3～5℃。1

船用重油的预处理预处理指低质燃油进入喷油泵之前所进行的预热、净化、添加有关添加剂等技术措施。预处理的目的是改善低质燃油的储存、驳运和使用性能，以满足柴油机工作的需要。2

⑴预热

采用分级预热方案保证地址燃油在输送、净化和雾化等环节中的不同使用要求。预热温度应以满足其不同黏度要求为准，因而对不同黏度的低质燃油，其预热温度不同。表中示出燃油系统各部位的预热温度。

|| || 燃油系统各部位的预热温度

⑵净化

燃油的净化包括沉淀、滤清和分离。燃油应在沉淀柜中沉淀12h，定期把安装在沉淀柜底部的放残阀打开排污，已达到初步净化的目的。滤清是保证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。在喷油器入口处还可设置高压缝隙式滤器，对燃油进行最后滤清。离心分油是净化燃油最主要、最有效的手段。燃油中的大部分杂质通过分油机排除，一般采用并联方式净化燃油，也可采用两台分油机串联的方式净化柴油（在第一级为分水机，第二级为分杂机）。在分油机管理中，应正确选择比重环、分油预热温度、排渣时间以及最佳分油量（30%～50%标定分油量）来确保分油质量。

⑶添加剂在低质燃油中加入各种添加剂以改善低质燃油的有关性能，如下表所示：

|| ||

⑷乳化

在燃油中掺水并使之成为油包水的乳化液，可改善低脂燃油的燃油性能，减少缸内结炭。燃油乳化可采用均质器，它可以使油中的水和杂质颗粒细化和均质化，以改善燃烧。但此项均质技术因各种杂志颗粒在燃烧中的聚合而加速磨损，未能广泛使用。

使用时常见现象及现象分析重油在使用时的常见的现象：烟囱冒火

1、烟囱冒火的原因

（1）油雾燃烧所形成的火花

这种火花在白天不易发现，在黑天可看到细小而短的浅粉红色火花从烟囱中冒出。多发生在柴油机超负荷、部分气缸燃油雾化较差或气缸空气供应不足等情况下，使气缸内喷入的燃料不能完全燃烧，气缸内过量的油雾或微细油珠被高温排气直接带出烟囱时遇氧而燃烧。

（2）残油燃烧所形成的火花

此类火花形状较上述稍长，颜色也稍深，由烟囱冲入天空并随风飘流后自行熄灭。一般发生在柴油机部分喷油器滴油或在低负荷运行中燃烧不良的情况下，尤其当排烟系统的温度、压力长期偏低时，尚未燃烧的油分常常积存在排烟道内，即使被带出烟囱，也难以被低温燃气所点燃。

（3）烟灰沉积物燃烧所形成的火花

从烟囱排出的火花，大多是板状。这类火花亮点较大，呈黑红色，持续时间较长，有灰分及不同形状团体颗粒伴随火花同时从烟囱冲出，常常落在甲板上还继续燃烧，容易引起火灾。这类烟囱冒火最为常见，危险性也最大，其原因有：

I、燃油质量差。

II、燃油的喷油设备不完善或故障，不完全燃烧使排气中的含油物质增加。

III、气缸润滑油的注油量太大。

IV、气缸进气系统工作不完善。四冲程柴油机换气条件优于二冲程柴油机，所以发生烟囱冒火的情况也少些。

V、废气锅炉脏堵。

2、应急处理

（1）若出现第一类火花，应立即降低柴油机负荷或慢慢停车。

（2）若出现第二、三类火花，在环境允许的条件下应让其继续“喷冒”，使排气系统内的油性沉积物尽量吹掉、烧尽。

（3）除火势过猛对别缸或局部排烟管过热需降速外，必须尽量使柴油机保持较高负荷运行。

（4）不要轻易使用灭火设备，特别是CO2灭火设备，以防止高温金属因温度急剧降低而产生炸裂。

3、烟囱冒火的预防措施

（1）使柴油机气缸内的燃烧保持良好状态；

（2）加强对各缸燃烧过程的监测，及时发现不正常情况；

（3）加强废气锅炉的管理，保持良好的燃烧效果；

（4）选用合适的除炭剂等化学品，定期向排烟管或废气锅炉内投放，以便于预防结垢和清通系统，使管壁上的积炭等软化、脱落，甚至降低燃点后燃烧；

（5）为保证油轮的安全，烟囱内装有喷水灭火装置，防止烟囱冒火。1

使用注意事项(1)根据黏度不同分为多种,比如180CST,380CST,750CST,黏度越大,说明比重越重,越难燃烧,一般也比较便宜。

(2)重油的燃烧,进机前的黏度,在各个柴油机中有明确说明.所有的重油都经过分油机分离处理(分离水分,渣质),加热器加热后经循环泵到喷射泵.这段管路还会有蒸汽拌热管路(一般加热到130度左右),但是燃烧过程会产生黑烟,碳分,硫化物等,造成空气污染

（3）重油的保存过程中一般需要加热,以免凝固。

（4）使用重油启动的柴油机必须有良好的雾化、高压缩比,现在新造的船舶上使用的柴油机 基本上都可以满足重油启动,另外,船舶公司为了节省费用,也鼓励多使用重油。

（5）由于防污染条约(MARPOL) ,近海航行船舶不可以使用重油(空气污染),所以港口拖轮全部使用轻油。2