鄭加洲，汪秋桐，賴 棟，丁曉明

（1. 南京中船綠洲機(jī)器有限公司，南京 211164；2.中國(guó)船級(jí)社南京分社，南京 210011）

0 引言

船用殘余燃料油也稱為船用燃料或船用殘留燃料，主要用于船用主發(fā)動(dòng)機(jī)（船用主要?jiǎng)恿Γ┖洼o助發(fā)動(dòng)機(jī)（為船用輔機(jī)設(shè)備提供電力）。船用殘余燃料油是煉油廠的副產(chǎn)物，由于市場(chǎng)對(duì)提煉燃油的需求不斷增加，為了從原油中提取更多的餾分油原料，更先進(jìn)的精煉技術(shù)將會(huì)慢慢普及，船用殘留燃料也將包含若干等級(jí)更多的催化劑。分離機(jī)的主要工作就是去除殘余燃料油中的催化劑，然而，目前市場(chǎng)對(duì)于分離機(jī)分離油中催化顆粒的能力沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的性能指標(biāo)，而CWA 15375：2005（船舶殘?jiān)剂嫌头蛛x機(jī)，應(yīng)用特殊試驗(yàn)油的性能測(cè)試）中的試驗(yàn)方法正是為了更好地對(duì)比分離機(jī)之間分離性能兒設(shè)計(jì)出來(lái)的，CWA 15375試驗(yàn)方法更優(yōu)于GB/T 5745—2010《船用碟式分離機(jī)》的試驗(yàn)方法，更能體現(xiàn)分離機(jī)的分離性能。

1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)裝置主要包括碟式分離機(jī)、儲(chǔ)油罐和收集罐，儲(chǔ)油罐中放置有未經(jīng)過(guò)分離處理的測(cè)試油，在儲(chǔ)油罐中將測(cè)試粒子和測(cè)試油充分混合，混合后的測(cè)試油進(jìn)入分離機(jī)處理，分離機(jī)去除測(cè)試油中大部分的測(cè)試粒子，經(jīng)分離機(jī)處理后的測(cè)試油進(jìn)入到收集罐，在分離機(jī)的進(jìn)口和出口設(shè)置取樣裝置進(jìn)行取樣。式中：η為分離機(jī)效率，%；Cout為分離后指定測(cè)試油中含有指定測(cè)試粒子的數(shù)量；Cin為分離前指定測(cè)試油中含有指定測(cè)試粒子的數(shù)量[1]。

圖1 試驗(yàn)原理簡(jiǎn)圖

2 測(cè)試油的選擇

船用燃料油分類復(fù)雜，一般可分為80CST、180CST、380CST 3大類，且一般都是根據(jù)50 ℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度來(lái)進(jìn)行分類的[2]。根據(jù)ISO 8217—2015船用燃油規(guī)范, 在黏度范圍內(nèi)燃料油還有進(jìn)一步規(guī)定，包括密度、黏度、閃點(diǎn)、傾點(diǎn)、殘?zhí)?、灰分、水分、硫含量、釩、鋁＋硅以及潛在沉淀物的百分比。由此，測(cè)試油的選擇只要符合標(biāo)準(zhǔn)就是合適的。CWA 15375實(shí)驗(yàn)方法選用的測(cè)試油是6#PAO基礎(chǔ)潤(rùn)滑油，性能見(jiàn)表1。

表1 6#PA0 基礎(chǔ)潤(rùn)滑油數(shù)據(jù)表

這種測(cè)試油，通過(guò)控制溫度的變化，能滿足模擬燃料油的特性；其色度很小，這主要是為了便于計(jì)數(shù)器的檢測(cè)。

3 測(cè)試粒子獨(dú)特性

模擬污染物的替代粒子可以分為2種類型：1）一定范圍內(nèi)各種粒經(jīng)分布的粒子[3-4]；2）單一粒徑粒子（誤差在可接受范圍內(nèi)）。

GB/T 5745—2010《船用碟式分離機(jī)》分離性能試驗(yàn)采用的碳粉屬于第一種粒子，國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)濾芯過(guò)濾性能均采用ISO 12103—2016中規(guī)定的粒子，這也屬于第一種粒子。這種類型的粒子可以簡(jiǎn)單模擬污染物的特性，但是這種粒子粒存在不可控性，因而不能準(zhǔn)確反映分離機(jī)對(duì)污染物處理的實(shí)際情況。

一種典型的重油中催化劑粒經(jīng)分布見(jiàn)圖2。

圖2 催化劑粒徑分布示意圖

由圖2可知，該重油中催化劑粒經(jīng)分布中大部分為5 μm～10 μm的粒子。對(duì)于分離機(jī)而言，10 μm以上的粒子是比較好分離的；5 μm～10 μm的粒子是比較難分離的。如果仍然按照GB/T 5745—2010采用第一種類型的粒子，在5 μm～10 μm范圍的粒子，越是靠近5 μm的粒子越難分離，靠近10 μm的粒子更易分離，這種不可控性很難準(zhǔn)確考核分離機(jī)對(duì)重油的分離能力，同時(shí)也沒(méi)有可復(fù)驗(yàn)性。因此，第一類粒子已經(jīng)不能作為考核分離機(jī)對(duì)重油處理能力的替代品。

CWA 15375試驗(yàn)方法采用的替代粒子是單分散的5 μm的球形粒子，粒子由45%聚苯乙烯和55%二乙烯苯交聯(lián)而成。這種粒子解決了第一類粒子不能解決的關(guān)鍵問(wèn)題，主要如下：

1）該粒子粒徑可控，都是5 μm±2.5%的球形粒子。

2）該粒子密度可控，為1 050 kg/m3±1%。

3）粒子直徑選用的是催化劑最小顆粒作為基礎(chǔ)顆粒直徑，對(duì)于分離機(jī)來(lái)說(shuō)都是很難分離的粒子，更能代表分離機(jī)對(duì)重油污染物的處理能力。

該試驗(yàn)方法檢測(cè)快速，易取得結(jié)果，且試驗(yàn)周期短；設(shè)備先進(jìn)，且粒子可控，結(jié)果具有高準(zhǔn)確性和高復(fù)驗(yàn)性；對(duì)分離機(jī)通用性高，使用此模擬試驗(yàn)方法無(wú)論使用怎樣的油料和分離機(jī)，得到的數(shù)據(jù)與實(shí)際狀況均相似。

在燃油加入到發(fā)動(dòng)機(jī)之前，船用燃油凈化系統(tǒng)用分離機(jī)來(lái)清除催化劑和其他雜質(zhì)。發(fā)動(dòng)機(jī)制造商普遍期望含有80 ppm（1 ppm＝0.001‰）催化劑粉末的燃油在加入發(fā)動(dòng)機(jī)之前，通過(guò)船用凈化系統(tǒng)減少至低于15 ppm。在燃料艙中，催化劑粉末若低于80 ppm，則發(fā)動(dòng)機(jī)制造商預(yù)期在燃油進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的催化劑粉末量也就相應(yīng)減少。

因此，設(shè)計(jì)船用燃油凈化系統(tǒng)，是將催化劑量為80 ppm的燃油在加入發(fā)動(dòng)機(jī)之前使催化劑含量低至15 ppm，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，并發(fā)揮最佳性能。由此可知，凈化系統(tǒng)效率最低為81.25%[5]。CWA 15375規(guī)定：分離效率85%時(shí)的處理量作為分離機(jī)的實(shí)際處理量，這滿足行業(yè)對(duì)分離效率81.25%的期望。

4 結(jié)論

CWA 15375試驗(yàn)方法是Alfa Laval了比較不同離心機(jī)的性能，成功研制出的一種模擬試驗(yàn)方法。該方法可以模擬正常運(yùn)行，提供高精確度和高復(fù)驗(yàn)性的結(jié)果。根據(jù)實(shí)際分離試驗(yàn)，這一試驗(yàn)方法直接比較了不同離心機(jī)的分離性能，已被國(guó)際幾個(gè)代表性的公司認(rèn)可，并得到船級(jí)社、船用柴油機(jī)制造商、石油公司、分離機(jī)制造商和船舶業(yè)主與操作人員的支持，并被挪威船級(jí)社（Det Norske Veritas）形式認(rèn)可，這將是未來(lái)重油模擬試驗(yàn)方法發(fā)展的趨勢(shì)。