船用残渣燃料油中的磨料颗粒 对船舶主辅机的危害和对策 船用残渣燃料油中磨料颗粒的成分 为了降低船舶的运营成本，目前的船舶主辅机大部分都使用船用残渣 燃料油作为燃料，市场上的主流品种有 180CST 和 380CST 两种。这类船用 燃料油中含有大量的有害磨料颗粒。主要成分有铝和硅及其化合物，这类 磨料颗粒来自于原油在提炼过程中加入的催化剂，它们是坚硬的氧化物颗 粒；其次有燃料油中不溶于溶剂油或苯等强溶剂的无机盐类等机械杂质； 还有燃料油灰分组份中的某些金属微粒。 船用残渣燃料油中的磨料颗粒对柴油机的危害分析 燃料油中的磨料颗粒在高压油泵柱塞高压泵油时，会造成高压油泵柱 塞和套筒这对精密偶件的磨损。柱塞的顶部边沿磨损后，将严重影响燃油 的喷油定时。正常情况下当柱塞的顶部边沿关闭套筒上的进油口上行时， 因液体是不可压缩的，燃油的压力会迅速升高达到喷油器雾化喷油的开启 压力而喷入气缸，如果柱塞的顶部边沿或本体存在磨损，被压缩的燃油会 有部分漏回进油口，致使高压油管中的燃油压力升高到喷油器雾化喷油的 开启压力需要一段时间，即造成实际的喷油时刻被延迟了。柱塞磨损越大， 这个实际的喷油定时延迟就越大。这些磨损造成燃油在燃烧室的燃烧过程 向后推迟，使柴油机的排温升高，油耗加大，功率下降，甚至引起烧损排 气阀，柱塞卡死等严重后果。 柱塞的斜槽锐边控制着柱塞供油的结束时间，当柱塞上行至斜槽的边 沿打开套筒上的进油口时喷油结束。如果斜槽的锐边磨损严重，会因泄漏 使喷油末端的压力严重下降，造成二次喷射或雾化不良，从而严重影响燃 油在燃烧室的燃烧，使排温升高，柴油机的油耗加大。 如下面照片所示： 柱塞上边缘磨损严重。 柱塞本体磨损严重，泄漏到底部柱体上的燃油凝固而卡死柱塞。 柱塞下边沿和上边沿磨损严重。 柱塞柱体和套筒拉痕严重。 喷油器的喷孔磨损严重。 燃料油中的磨料颗粒在高压状态下流经喷油器的针阀偶件以及喷孔时， 会对针阀偶件和喷孔造成严重磨损。这些磨损使针阀关闭不严而漏油，使 喷人燃烧室的燃油雾化形状改变，造成主机燃烧工况恶化。有些喷孔磨损 后，大量的燃油直接喷在缸套壁或者活塞头上，造成缸套或者活塞头的局 部热负荷过高，引发缸套裂缝或者活塞头烧蚀的严重后果。 燃料油中这些不可燃烧的磨料颗粒进入气缸后，会对缸套和活塞环的 表面造成严重的磨损，使缸套和活塞环的寿命大幅度缩短。尤其是铝和硅 这些质地坚硬的磨料颗粒，对缸套的磨损影响非常大。 燃料油中不可燃烧的颗粒物，随着排气排出气缸后，会磨损增压器涡 轮端的喷嘴环，降低增压器的效率和使用寿命。 燃料油中的磨料颗粒，以及这些磨料颗粒对高压油泵和喷油器造成磨 损引起的燃烧不良，还是排气阀烧损和保养周期缩短的主要因素之一。这 种情况在一些四冲程的中速机上表现尤其明显。一些不可燃烧的颗粒在随 着排气排出气缸的过程中，会在排气阀关闭时被卡在排气阀和阀座的密封 阀线上，造成排气阀关闭不严，引起燃油燃烧时的高温气体泄漏，并在密 封面上形成烧蚀的麻点，最终烧损排气阀的密封面。 这种磨料磨损对柴油机的危害极大。且各零部件被磨损后所引发的副 作用会相互影响叠加，致使柴油机的工况严重恶化。 目前国际和国内的残渣燃料油标准中对所含磨料颗粒的要求 目前国际上最新的残渣燃料油标准为 2012 年制定颁布的 ISO8217 标准。 我国船用燃料油国家标准 GB/T17411 是按照国际标准 ISO8217 执行的，没 有强制性的企业及行业标准。在这个标准中，铝+硅的含量不大于 60 ppm (mg/kg)；灰分不大于 0.1%。但即使柴油机使用的是符合这份最新标准的燃 料油，其中的磨料颗粒仍然会对柴油机造成很大的危害。比如使用的燃料 油满足标准中的灰分指标含量 0.1%的要求，则一台 1 万千瓦的柴油机 24 小 时消耗的燃油约 40 吨，这相当于一天有 40 公斤的磨料颗粒进入柴油机的 燃油系统和气缸中。这将会对柴油机的高压油泵、喷油器、缸套、活塞环 排气阀、增压器等零部件产生严重的磨损。 避免燃料油中磨料颗粒对柴油机造成危害的对策 从上面最新的国际燃料油标准中可以看出，船舶即使购买合规的燃料 油，仍会对柴油机的使用造成损害。为了尽量减少这些燃料油中的磨料颗 粒，船舶设置了沉淀柜、分油机、各种过滤器等措施，来减少磨料颗粒对 主辅机的损害。这些设备设置的主要形式如下：沉淀柜沉淀→分油机分离 →日用油柜→供油单元加温、过滤→进入柴油机燃烧。但由于各种原因， 许多船舶的这些配套设置并不完善，加上船员操作因素的影响，不能完全 起到保护船舶主辅机正常运转的作用。例如燃料油中具有很强磨损性的氧 化铝、二氧化硅及其它催化剂微粒，大小在几微米至 30 微米左右，质地较 为坚硬。但船舶配置的分油机性能各异，对 20 微米以下的颗粒并不能完全 有效去除。最后的一道防线是进入主机前的燃油过滤器，但在柴油机说明 书中对燃油过滤器精度的要求，有些机型没有要求，有些机型要求在 30 微 米以上。配置这种精度的燃油过滤器显然不能起到应有的保护作用。 综上所述，避免燃料油中磨料颗粒对柴油机造成危害的措施，应根据 船舶燃油净化设施的具体情况，在日常操作和船舶硬件设施配置这两个方 面加以完善。 日常操作方面应加强分油机对燃油的分离净化。实际经验表明，燃料 油经过分油机的适当处理净化后，颗粒物的含量可由60 ppm (mg/kg) 降低 到20 ppm(mg/kg)。为了有效地分离净化颗粒物，燃油进分油机的温度要求 尽可能接近98°C。且燃料油中的磨料颗粒会积存在油柜的沉淀物中，恶劣 天气时，沉淀的颗粒物会被搅拌而大量混合进燃油中。这种情况下燃料油 中的颗粒物含量将远超过燃料油的日常化验指标含量，这时进入分油机的 流量应控制在较小的范围，并对日用油柜的燃料油进行持续不间断的循环 分离净化。 根据船舶燃料油净化设备的配置情况，完善硬件净化设备的设置。在 燃料油的标准中，只规定了铝和硅等氧化物以及灰分等颗粒物的含量，并 没有规定颗粒物的大小直径。进入燃料油中危害最大的氧化剂等颗粒是大 小为10 到20 微米的颗粒物。这些10 到20 微米大小的颗粒物，因重量较 小，且恶劣天气船舶摇摆时，燃料油中颗粒物的含量大幅度升高，使分油 机对这些颗粒物的分离净化效果大幅度降低。并且，有权威实验室的资料 显示，如果能让燃料油中的磨料颗粒浓度小于5PPM, 磨料颗粒直径小于3微 米，柴油机安全、高效、经济的使用就有了基本保证。这个要求靠目前配 置的分油机的净化处理是达不到的。因此，在燃油进柴油机前安装一个高 精度的自动反冲过滤器，是目前所能做到的最好选择，它是避免燃料油中 的磨料颗粒进入柴油机的最后一道可靠保障。目前MAN在最新的通函里，要 求进柴油机前的燃油过滤器的绝对过滤精度要达到10微米，并经过了实际 使用验证，容易受磨料颗粒磨损的零部件的使用寿命得到大幅度提高。市 场上已有一些设备商开发出了可靠的绝对过滤精度10微米的自动反冲滤器， 但过滤精度更高的过滤器在市场上还没有看到。把绝对过滤精度10微米的 自动反冲滤器作为新船的标配，并通过改造把现有船舶的进机燃油过滤器 的绝对过滤精度提高到10微米，是避免燃料油中磨料颗粒对柴油机造成危 害的有效措施。