一項(xiàng)將于 2020 年初生效的新監(jiān)管制度將給全球船用燃料的種類和可用性帶來(lái)全面的變化。 對(duì)于船舶操作員來(lái)說(shuō)，可靠和安全運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)不可避免地需要比現(xiàn)在更深入的理解和更高級(jí)的燃料處理策略。 即便是現(xiàn)在，也無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)挑戰(zhàn)的規(guī)模。 不過(guò)，船舶運(yùn)營(yíng)商在避免問(wèn)題方面取得的成功在很大程度上將取決于他們?cè)谖磥?lái)幾個(gè)月采取的行動(dòng)。

燃料流量

2020 年 1 月 1 日，全球航運(yùn)業(yè)將進(jìn)入低硫時(shí)代，這將是自《MARPOL 73/78 公約》頒布以來(lái)航運(yùn)業(yè)面臨的最大監(jiān)管變革，也是航運(yùn)業(yè)有史以來(lái)面臨的最大經(jīng)營(yíng)變革之一。 從那一天起，所有船舶都必須遵守國(guó)際海事組織 (IMO) 對(duì)燃料中硫含量的嚴(yán)格限制，即 0.50%（質(zhì)量/質(zhì)量）。

0.50% 的上限比 2012 年頒布的 3.50% 的上限要低得多，而且是對(duì)排放控制區(qū) (ECA) 的 0.10% 的排放上限的補(bǔ)充。 雖然 IMO 正確地將新限制描述為環(huán)境和人類健康的勝利，但對(duì)于航運(yùn)業(yè)來(lái)說(shuō)，它正逐漸成為一個(gè)令人頭痛的問(wèn)題。 因?yàn)椋恍业氖牵h(huán)境危害意味著引入一種機(jī)械危害，即殘留催化顆粒 - 如果沒(méi)有捕捉到這種微小顆粒，就會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成嚴(yán)重破壞。

船用燃料油從來(lái)就不是人們所說(shuō)的一種迷人的物質(zhì)。 從原油開(kāi)始，煉油廠從餾分塔頂部餾出并提取高價(jià)值的產(chǎn)品。 從天然氣和汽油，到航空燃料和柴油，再到潤(rùn)滑油，直到剩下的東西 - 一種厚厚的黑色殘?jiān)?- 用于為船舶提供動(dòng)力和制造瀝青。 它并不漂亮，但它確實(shí)幫助創(chuàng)造了現(xiàn)代世界。

硫磺的問(wèn)題

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒化石燃料時(shí)，它們釋放出硫氧化物 (SOx)，而硫氧化物在大氣中會(huì)導(dǎo)致一系列健康和環(huán)境問(wèn)題，例如人和動(dòng)物的呼吸道疾病以及土壤和水的酸化。

硫自然存在于所有原油中，在蒸餾過(guò)程中最高沸點(diǎn)的殘余餾分中，硫的濃度更高。 這意味著從 2020 年開(kāi)始，燃料生產(chǎn)將需要改變以更好地處理硫，船舶運(yùn)營(yíng)商將面臨比以往更復(fù)雜的燃料選擇。

運(yùn)行液化天然氣 (LNG) 的船舶將不會(huì)遇到任何問(wèn)題，但 LNG 船舶只占全球船隊(duì)的一小部分，而且由于投資成本高和缺乏供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)計(jì)這種狀況將持續(xù)數(shù)十年。 許多其他船舶將繼續(xù)燃燒高硫燃料油 (HSFO)，依靠洗滌器技術(shù)將廢氣凈化到符合規(guī)定的水平。 但對(duì)于大多數(shù)船隊(duì)而言，2020 年及以后將意味著從越來(lái)越多的低硫餾出物、混合燃料，以及（在較小程度上）由植物油制成的新燃料中做出選擇。

2020 年改變了一切

每種新型燃料都會(huì)引入一系列操作和經(jīng)濟(jì)變量來(lái)考慮。 探索所有這些變量是一篇單獨(dú)文章的主題，但值得廣泛注意的是粘度、潤(rùn)滑性和溫度的變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、泵和其他設(shè)備的安全可靠運(yùn)行具有深遠(yuǎn)的影響。

聚焦殘留催化顆粒

但在低硫時(shí)代存在的所有變量中，可能最具潛在破壞性的是殘留催化顆粒的存在。 盡管殘留催化顆粒長(zhǎng)期以來(lái)一直是航運(yùn)業(yè)的一個(gè)眾所周知但可控的事實(shí)，但即將到來(lái)的低硫時(shí)代將成為船舶發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)營(yíng)商預(yù)算日益增長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)因素。

那么，它們是什么呢？

殘留催化顆粒是如何形成的

現(xiàn)代煉油廠首先使用常壓蒸餾和真空蒸餾從蒸餾塔頂分離出揮發(fā)性最強(qiáng)、價(jià)值較高的產(chǎn)品。 然后，他們用熱法和催化法將剩余的原油“裂化”成各種餾分。 在催化裂化過(guò)程中，煉油廠會(huì)加入物理催化劑來(lái)破壞油分子。

所使用的催化劑是各種形式的合成晶體沸石 - 鋁和硅的礦物化合物，具有很高的多孔性和極高的硬度。

催化劑價(jià)格昂貴，煉油廠可以恢復(fù)并重復(fù)使用。但超過(guò)一定程度后，煉油廠再加大努力就不現(xiàn)實(shí)了，也沒(méi)有經(jīng)濟(jì)激勵(lì)。 殘留催化顆粒是留下來(lái)的顆粒。 它們留在船用燃料中。 并通過(guò)泵輸送到船只中。

制定燃料標(biāo)準(zhǔn)

船用燃料規(guī)格由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 8217 規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)限制了船用燃料中的殘留催化顆粒濃度。 根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的燃料被限制在百萬(wàn)分之六十 (ppm)。 這個(gè)限制基本上是一種妥協(xié) - 如果再降低一點(diǎn)，全球燃料油供應(yīng)將無(wú)法得到保障。 但即使在 60 ppm 的濃度下，殘留催化顆粒仍然是發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)主要問(wèn)題，而 MAN 和 Wärtsilä 等制造商建議，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料中的殘留催化顆粒濃度應(yīng)為 15 ppm 或更低。

殘留催化顆粒的特性

在物理上，殘留催化顆粒的形狀是不規(guī)則的，并且在船用燃料中，具有不同的亞微米大小（最大約 100 μm）- 大致說(shuō)來(lái)，從一粒灰塵的大小到人類頭發(fā)的寬度。 它們的密度也各不相同，但通常略高于重質(zhì)燃料油 (HFO)。 較大的殘留催化顆粒將沉淀在油中，但密度較低的小顆粒不會(huì)。

然而，在所有殘留催化顆粒的物理特性中，對(duì)船舶來(lái)說(shuō)最大的問(wèn)題是硬度。 殘留催化顆粒極其堅(jiān)硬 - 在莫氏硬度計(jì)上可達(dá) 8.2，而鉆石的硬度為 10 - 很容易劃傷鋼鐵表面并嵌入其中。

殘留催化顆粒造成的損壞

當(dāng)殘留催化顆粒通過(guò)注射器時(shí)，它們會(huì)被困在氣缸套和活塞環(huán)之間，間隙約為 3-5 μm。 任何大于這個(gè)值的顆粒都會(huì)導(dǎo)致磨損。 隨著活塞的每次行程，殘留催化顆粒將通過(guò)光滑的表面被磨碎，并隨著時(shí)間的推移雕刻出軌道。 燃油泵、噴油器、閥門和其他部件也面臨風(fēng)險(xiǎn)。 甚至更小的顆粒也能造成嚴(yán)重的損害。

人們很容易將這種磨料損傷看作是正常的長(zhǎng)期機(jī)械磨損。 在許多情況下，這可能就是全部。 但高濃度的殘留催化顆粒也能在極短的時(shí)間內(nèi)造成嚴(yán)重的災(zāi)難性損害。

一份在線報(bào)告描述了一場(chǎng)殘留催化顆粒攻擊，僅在 100 小時(shí)的使用中，就導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)癱瘓。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被拆卸下來(lái)時(shí)，工程師們發(fā)現(xiàn)“所有的活塞和襯套都被完全毀壞且必須更換”。

毫無(wú)疑問(wèn)，這種性質(zhì)的損害是非常昂貴的，有報(bào)告指明索賠金額從 30 萬(wàn)美元到 150 萬(wàn)美元。 這反過(guò)來(lái)使得殘留催化顆粒不僅是運(yùn)營(yíng)商的問(wèn)題，也是保險(xiǎn)市場(chǎng)的主要問(wèn)題。

一個(gè)沉睡中的問(wèn)題正在蘇醒

殘留催化顆粒不是一個(gè)新問(wèn)題。 催化裂化在 20 世紀(jì) 70 年代變得普遍，因?yàn)橛蛢r(jià)上漲迫使煉油廠從原油中提取更多有價(jià)值的產(chǎn)品。 因此，關(guān)于殘留催化顆粒損害的第一次報(bào)道始于 20 世紀(jì) 80 年代。 雖然在海上清除殘留催化顆粒一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，但用于降低污染水平的船載設(shè)備（我們將在本文第 2 部分進(jìn)行討論）采用了成熟的、廣為人知的技術(shù)。

不幸的是，這種熟悉程度導(dǎo)致了該行業(yè)中產(chǎn)生了一定程度的自滿情緒。 如果像預(yù)期的那樣，殘留催化顆粒污染在 2020 年后變得更加普遍，那么這種自滿情緒可能會(huì)讓不更新知識(shí)和實(shí)踐的運(yùn)營(yíng)商付出極其高昂的代價(jià)。

最近一篇有關(guān)船舶推進(jìn)的文章應(yīng)足以讓許多運(yùn)營(yíng)商感到震驚并重新予以關(guān)注。 文章引用了埃克森美孚公司對(duì) 40 多萬(wàn)份油樣的分析，結(jié)果顯示 43％的船只存在與殘留催化顆粒有關(guān)的潛在災(zāi)難性問(wèn)題。 即使這些潛在問(wèn)題中只有一小部分得到了解決，仍然需要大量的資金、時(shí)間和中斷。

據(jù)報(bào)道，在三年的時(shí)間里，MAN 的 PrimeServ 團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在 226 起汽缸套損壞案例中，有 190 起 (84%) 涉及殘留催化顆粒。

如上所述，殘留催化顆粒是裂化和除硫的副產(chǎn)物。 油的裂化和硫的去除越多，殘留催化顆粒水平就越高。 正如 Braemar 的 Paul Hill 簡(jiǎn)潔地表達(dá)的那樣，“這是發(fā)動(dòng)機(jī)和環(huán)境之間的根本權(quán)衡。 你不能有低硫和低殘留催化顆粒。”

OPEC 2040年世界石油展望 (World Oil Outlook 2040) 預(yù)測(cè)，2017 年至 2022 年期間，每年將新增 1.38 億噸的裂化產(chǎn)能，我們可以肯定，進(jìn)入世界各地的燃料艙的殘留催化顆粒量將大幅增加。

除了殘留催化顆粒水平更高這一問(wèn)題外，軼事觀察顯示，投產(chǎn)的新催化劑正在產(chǎn)生更硬的殘留催化顆粒，并將其轉(zhuǎn)化為燃料。 如果這還不夠糟糕的話，低硫燃料的潤(rùn)滑性也往往低于重油，這意味著磨損會(huì)加劇。

當(dāng)前硫上限的副作用是殘留催化顆粒水平以及相關(guān)的損害顯著增加了。 提高到 2020 年的合規(guī)性可能會(huì)將這個(gè)問(wèn)題提升到一個(gè)全新的水平。 Lloyd’s Register 的 Fuel Oil Bunkering Analysis and Advisory Service (FOBAS) 監(jiān)測(cè)世界各地港口的燃料艙質(zhì)量，并在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)發(fā)出警報(bào)。 當(dāng)然，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)密切關(guān)注這些報(bào)告和其他報(bào)告。 但重要的是要注意，即使燃料完全符合 ISO 8217 標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)發(fā)生殘留催化顆粒損害。

所有這些加起來(lái)就是一個(gè)老問(wèn)題呈現(xiàn)出新的維度。 在我們的殘留催化顆粒討論的第 2 部分中，我們將研究解決方案并討論運(yùn)營(yíng)商如何提高自身的水平或應(yīng)對(duì)高昂的成本。