船用生物燃料油的安全使用和注意事項
生物柴油硫氧化物排放量幾乎為零，氮氧化物排放量與傳統化石燃料無顯著增加，二氧化碳排放量與傳統化石燃料MGO相比減少65%以上，並且船舶使用船用生物燃料油不需要進行船舶改造，因此被認為是現階段“即用”可持續燃料。
生物柴油的生產技術已歷經兩代發展。第一代生物柴油存在一定缺陷，如長期儲存穩定性差、沸程窄、凝固點高、在溫度低的地域無法使用等，與石化柴油的體積混合比不能超過30%。第二代生物柴油主要是為改進第一代生物柴油，將油脂的羧基官能團脫除含氧基團，轉變成相對應的烷烴，並通過異構化降低凝點，改善其流動性，逐漸形成了以催化加氫為主要技術的第二代生物柴油。船用生物燃料添加的主要為第一代生物柴油，即脂肪酸甲酯(FAME)。
為了保障船東用油安全，依據中國船燃低硫燃油供應經驗，結合其他海事機構發佈的船用生物燃料使用注意事項，開展調研工作。調研發現，船用生物燃料油有5個可能對船舶造成使用問題的關鍵指標，包括運動粘度、低溫流動特性、穩定性(FAME分解為脂肪酸或氧化形成氧化物、儲存材質對穩定性的影響、溫度對穩定性的影響)/相容性、水分/微生物、熱值。下麵我們就5個關鍵指標的基本特徵、與之相關的潛在安全隱患、合適的控制措施以及船舶潤滑油的提示情況進行簡單介紹。
船用生物燃油5個關鍵指標
低硫燃油執行ISO 8217船用燃油標準，BD100生物柴油標準國際上暫未統一，歐洲參照EN14214,美國參照ASTM D6751,中國參照GB 25199附錄C,暫無國際通用的“船用生物燃料”標準。由於FAME和低硫燃油的生產原料、工藝產地、調和料的不同，以下5個指標應引起注意。
1、運動粘度
由於低硫調和原料及其混合比例有所不同，即使船舶上接收到的低硫燃油是相同等級，其運動粘度的變化範圍也極大。現在，低硫燃油50℃粘度一般在50～300mm2/s範圍內。生物柴油40℃粘度在3.500～5.000mm2/s範圍內。調和後的船用生物燃料50℃粘度一般與現有低硫燃油粘度範圍一致。由於粘度決定著在船處理和使用的溫度控制，需要關注50mm2/s以下油品，特別關注粘溫曲線的變化，確保最低進機粘度在2mm2/s以上，20mm2/s以下，並根據發動機要求控制在最佳進機粘度(MAN B&W二衝程發動機進氣道推薦的生物燃料粘度範圍為3～18mm2/s。MAN使用通函，推薦低硫燃料油粘度範圍為10～15mm2/s)。
2、低溫流動特性
低硫調和原料(低硫渣油、低硫加氫重油)中長直鏈烷烴組分含量增多。在低溫下，低硫燃油中蠟質組分結晶的概率增大。目前低硫燃油的傾點在0～30℃之間，12～21℃之間的傾點居多。生物柴油中脂肪酸甲酯的碳鏈長度越長且飽和度越高時，生物柴油的冷濾點就越高，當生物柴油中含有相對較多的飽和長鏈脂肪酸甲酯時，在低溫狀態下，越易結晶析出，其低溫流動性相對較差。燃油的低溫流動特性可通過濁點(CP)、冷濾點(CFPP)和傾點(PP)來評估。船用燃料油中的蠟析出，需要高度關注，可能在高於傾點10～20℃溫度下出現，導致篩檢程式和管道的堵塞。
3、穩定性/相容性
穩定性描述單一燃油的特徵，相容性則表示將一種燃油與另一種燃油混合的適用性。低硫燃料油中瀝青質來自於重質殘渣型調和組分，是一種高分子量烴類化合物，溶於芳烴，不溶於水和烷烴，燃油中瀝青質含量增多，燃油中溶解的瀝青質就會絮凝、沉降為油泥。生物柴油有較高的氧化敏感性。生物可降解性，遇水和高溫，其氧化、老化加速快。船用生物燃料油發生“聚合”作用，會產生淤泥、沉澱物，堵塞管路，沉積在活塞頂部。船用生物燃料油中FAME發生“分解”作用，會生成脂肪酸、氧化物等，酸性增加會腐蝕氣缸和活塞，氧化物會磨損活塞環、氣缸套等。
4、水分/微生物
生物柴油本身含水量不高，僅為殘渣燃料油的1/10(不超過500mg/kg)，但是燃油箱中的冷凝水，在高溫儲存(90℃以上)的環境下，可能導致脂肪酸甲酯分解，生成脂肪酸等酸性物質；另外水分的存在在適宜溫度下，也是微生物滋生的溫床，導致微生物污染。微生物污染會產生沉積物，粘度從油性凝膠到固體不等。微生物需要食物來源、水和溫暖的溫度才能生長。燃油箱為微生物的生長提供了條件，燃油中的碳氫化合物是食物；水主要來自燃油中本身的水及燃油箱中的冷凝水。微生物繁殖會導致油箱底部出現粘液沉積物，致使篩檢程式堵塞，以及油箱底部或油水介面出現點蝕和噴油器結垢。
5、熱值
熱值是評價燃油成分，即評價燃料油發熱做功的主要指標，同時也是用戶最重視的經濟指標。現行的ISO 8217標準中沒有規定熱值要求，GB/T 17411給出了GB/T 384的檢測方法。另外ISO 8217及GB 17411中給出了熱值的計算公式，此公式的應用條件是“石油獲取的烴類均勻混合物；一般用途時準確度可以接受”。而目前船用生物燃料也用ASTM D240檢測，在實際應用中，應特別注意檢測值與計算值的差別。
5個關鍵指標對應的控制措施
1、運動粘度
(1)安全隱患
船用生物燃料油的粘度風險主要是低粘燃油潤滑性降低引起的風險。燃油粘度過低，特別是粘度接近餾分油的低硫燃油，會導致油膜建立困難，燃油泵和柱塞卡死或者異常磨損，內部洩漏，導致柴油機供油故障。另外，過低的粘度會導致噴油壓力不足，點火、啟動及低速運轉困難；油門杆餘量不足，限制加速。
(2)控制措施
①做好燃油溫度的管理。認真查閱燃油供應商提供的低硫燃油化驗單據，避免更換不同粘度船用生物燃料時，意外加熱低粘燃油。
②提前詢問粘溫曲線。由於新型低硫生物燃油的組分發生了不少的變化，所以傳統的粘溫特性就不一定適用目前有些新型低硫燃油。大部分的燃油供應商，特別是分銷商無法提供相關的資料，雖然不是強制標準，卻是最佳實踐推薦。如果沒有，可根據以往石化燃料的粘溫曲線進行調整。中國船燃根據前期兩種國內船用生物燃料油B24數據，繪製的粘溫曲線如圖1所示。
圖1 粘溫曲線
③改裝設備。許多發動機製造商已將發動機進氣口的燃油最低粘度設定為2 cSt。如果要使用的燃油粘度很低(例如，在50℃時小於20 cSt)，可在發動機進氣口前安裝燃油冷卻器，以確保製造商建議的粘度。
④充分分離淨化。粘度小的燃油相對比較容易分離雜質，但是在分油機後、進主機前，原本應懸浮在燃油中的催化顆粒物發生沉降，容易卡住機械偶件。所以在進主機前進行充分分離就非常重要。在有阻塞和卡阻風險情況下，日用櫃的燃油要進行迴圈淨化分離，直到風險可接受。
⑤使用潤滑性改進劑。如果市場上低硫燃油粘溫異常，根據化學品添加劑服務商的建議，可將潤滑性改進劑預先添加到油艙中。
2、低溫流動特性/蠟結晶
(1)安全隱患
當燃油在低於或等於其傾點的溫度下儲存時，燃油中將形成蠟，在燃油櫃底部、換熱器表面或加熱盤管表面沉積，降低加熱效率，堵塞管路、品質流量計、燃油濾器等。而且，一旦蠟沉積在設備表面，由於固體蠟導熱性不良，需要更多的熱能來將蠟轉變成液體。
特別需要注意的情況是具有低粘度(例如在50℃以下小於20cSt)和高傾點的低硫燃油。當使用這種燃油時，應特別注意油溫控制。此種燃油，溫度過低，析蠟；溫度過高，低粘無潤滑性。在這種情況下，船員可能被迫將燃油溫度控制在極窄範圍內。
(2)控制措施
①根據運輸貨物對溫度的要求及預期航行期間遇到的氣候條件，選擇低溫流動特性合適的燃油。
②燃油溫度應保持在傾點以上15℃，但應確保合適的運動粘度，確保燃油系統(主要是發動機進口)任何位置的粘度不會低於最低推薦值2cSt以下。分油機製造商建議儲存和分離的溫度(如表1所示)，可供參考。
表1 分油機製造商建議儲存和分離的溫度
③若出現分離溫度低於蠟析出溫度(WAT)的情況，在確保其他方面不受影響的情況下, 將溫度從40℃升高到70℃以上，可以有效緩解分油機污泥量增多的問題。
④如果不想對燃油進行加熱，可以使用冷流改進劑。
3、穩定性/相容性
(1)安全隱患
不穩定的燃油單獨儲存由於時間和溫度的影響，會形成污泥、發生沉降，存在分層等現象。而不相容的燃油是因為組分相混導致燃油不穩定，形成污泥，堵塞篩檢程式，最終導致發動機故障。
銅、鉛、錫和鋅等材料可能會氧化FAME，從而產生沉積物和材料本身的變質。
燃料油油艙一般都為加溫狀態，30～50℃不等，溫度越高、時間越長，燃油越易被氧化。
(2)控制措施
①避免燃油存在油艙長期不使用的情況，根據一些實際經驗，船上儲存時間儘量不超過3個月。
②應避免與青銅、黃銅、銅、鉛、錫和鋅等材料長期接觸。
③要注意對油艙櫃的閥門和其他附件的養護，包括輸送和供油管系的內部檢查；對密封墊床、橡膠或塑膠以及金屬附件等檢查或更換。
④燃油艙、櫃和燃油系統隔離，駁載和使用過程中應在最大程度上避免燃油混合。
⑤關注加注燃油的品牌，儘量尋找可靠和固定的燃油供應商。部分燃油供應商也提供面向船用燃油的相容性測試儀，可聯繫公司的燃油供應商購買相關設備。
⑥船舶配備一個混合程式。確保新加燃油盡可能地注入空燃油艙中。如果不得不讓新裝燃油和船上已裝燃油混合，那麼，船上在這些燃油混合之前要確定兩次添加的燃油之間的相容性。
一是通過總沉積物加速度(TSA)、存在量(TSE)和潛在量(TSP)評估沉澱物的性質。檢測方法為ISO10307-1(TSE)和ISO10307-2(TSP/TSA)。
如果測試結果顯示TSE=TSP=TSA，而且TSP結果比較高時說明燃油比較髒而不是不穩定，可能會經歷油泥以及過濾問題。這種情況下存儲不會惡化燃油的情況和其他燃油調和後可能會使得TSP下降。
如果測試結果顯示TSE
二是在船進行D4740相容性測試，一般情況下兩種燃油按10：90、50：50、90：10或者是按將要混合的實際比例混合測試，如果條件不允許測試這些情況，最起碼測試50：50的情況。ASTM D4740測試方法：將兩種燃油混合均勻並加熱，然後滴在濾紙上，在烤箱中加熱到100攝氏度，一個小時後拿出烤箱，然後觀察濾紙上油環的分佈情況。
4、水分/微生物
(1)安全隱患
船用生物燃料中的水分會導致脂肪酸甲酯水解，增加酸性，腐蝕設備，另外滋養微生物。微生物污染會影響燃油量的測量，通常是偏大；燃油微生物大量繁殖，產生沉積物會堵塞燃油泵和發動機燃油濾，導致燃油泵故障和降低發動機燃油供油；燃油微生物有時也會分泌出酸性物質，從而導致腐蝕。
(2)控制措施
①接收生物燃料或生物混合燃料，需提前清潔油艙櫃。
②縮短油艙櫃泄放殘油殘水時間間隔，以減少微生物生長。
③經常排空油箱並在燃料中使用殺生物劑可減少或減輕微生物的生長。
5、熱值
(1)安全隱患
生物柴油中因含有10%左右的氧含量，導致較低的熱值。ISO 8217、GB 17411仲介紹的計算方法，較實際測試值偏高4%～6%。生物柴油(FAME)低熱值(即淨熱值)在35～38MJ/kg，低硫燃料油低熱值在39.8～41.9之間MJ/kg，以上均為檢測值。雙碳目標下，相同CO2減排量的條件下，實際低熱值越高做的功越多，越降低成本。因此熱值作為碳排放的計算因數需要尤為關注。
(2)控制措施
①儘量索要燃油的熱值指標，便於合理做好燃油排放的管理。
②熱值要選擇ASTM D240《用彈式量熱計測定液烴燃料燃燒熱的試驗方法》或GB/T 384《石油產品熱值測定法》檢測(ASTM D240測試值一般略高於GB/T 384測試值)。
對潤滑油使用的提示
前期，在國際內燃機學會(CIMAC)會議討論中，各種新能源出現不同的潤滑方案，生物燃料摻混後的潤滑油應對方案如下：
對於二衝程機：如果在正常的VLSFO和ULSFO操作中，氣缸狀況是可以接受的，可繼續使用原先氣缸油牌號和注油率，同時加大加油數據監測、內部檢查或氣缸殘油分析。氣缸油產品BN值的選擇主要依據燃油中的硫含量和發動機型號(MAN SL-737)，在氣缸油使用前、航行中和結束後進行掃氣口檢查，做好氣缸狀況的監測。在氣缸油分析中，若發現殘油化驗顯示含鐵量升高，要加大氣缸油注油率，另外增加殘油化驗次數，直至正常後再逐步調減注油率。如果在正常的VLSFO和ULSFO操作中氣缸狀況不能接受，要進一步調整注油率或氣缸油堿值，縮短掃氣箱殘油監測分析。
對於四衝程機：選擇SAE 40，BN 10～15(20)TPEO(筒式活塞式發動l機油，Trunk Piston Engine Oil)。
來源：中國船檢