本文摘要：摘要:国内环保法规日趋严格，2019年1月1日起，全国范围内须供应符合国Ⅵ标准的车用汽、柴油，取消普通柴油标准。国Ⅵ标准车用柴油质量升级使炼厂的投资和运行成本大幅增加，国内少数炼厂按期全部升级为国Ⅵ柴油面临困难。船舶发动机与车用发动机的性能参数有
摘要:国内环保法规日趋严格，2019年1月1日起，全国范围内须供应符合国Ⅵ标准的车用汽、柴油，取消普通柴油标准。国Ⅵ标准车用柴油质量升级使炼厂的投资和运行成本大幅增加，国内少数炼厂按期全部升级为国Ⅵ柴油面临困难。船舶发动机与车用发动机的性能参数有明显差别，中速船舶使用国Ⅵ车用柴油质量过剩。因此，利用低十六烷值柴油馏分生产船用轻燃，既保障了内河船用油品的安全性、环保性，又降低了炼厂质量升级成本。
关键词:内河;船舶;燃料油;质量升级;标准
我国不断提高的社会环保和节能减排标准，对车用油品质量提出了更高要求，质量升级步伐加快。2019年1月1日起，全国范围内须供应符合国Ⅵ标准的车用汽柴油，实现车用柴油、普通柴油、部分船舶用油“三油并轨”，取消普通柴油标准。国内各石化炼厂为满足产品质量升级要求，要新上或改扩建汽柴油加氢等装置，调整工艺操作，提高精制能力，导致投资和生产运行成本增加。与陆上成品油市场不同，水上船舶以使用燃料油为主，随着我国水上运输业的不断发展，船用燃料油市场需求量持续增长。在内河船舶用油这一目标市场上，国内过去一直以销售普通柴油为主。
从实际情况看，在近海、内河的中速船舶发动机上使用轻质船用燃料油完全可以满足要求。随着国家逐步推进柴油质量升级工作，柴油和轻质船燃的质量差异将会加大，生产成本也会拉开差距。建议在此过程中，结合国内部分炼厂装置结构情况，综合考虑投资、生产成本和市场需求，统筹平衡产品结构，生产质量适宜的轻质船燃，将内河水上市场作为主打方向。
1环保政策对柴油质量升级要求和炼厂投资变化
1.1柴油质量升级要求
硫含量和十六烷值是衡量柴油质量的重要指标。硫的存在会腐蚀汽车发动机和影响尾气排放，因此降低硫含量已成为各国提高车用柴油质量标准的主要目标。我国在前期柴油质量升级进程中，质量规格与国外发达国家、地区相比存在较大差距，近几年质量升级步伐明显加快。
1.2炼厂质量升级成本
我国柴油主要有硫含量高、十六烷值低、芳烃含量高3方面质量特点。主要原因是，我国炼厂柴油加氢精制能力低，催化柴油占柴油总量的比例高，且在汽油质量升级中为了降低烯烃含量，多数催化装置采用MIP技术，导致催化柴油十六烷值低，最低只有22左右;此外加工原油性质进一步劣质化、环烷基原油所产的直馏柴油十六烷值低也是重要原因。柴油质量升级将增加炼厂的投资和生产运行成本。
投资方面，炼厂要新建或改扩建柴油加氢精制装置、制氢装置或更换高效脱硫催化剂。柴油加氢精制装置在高温、高压下运行，投资较大，新建成260万t/a装置投资超过6亿元。生产运行成本方面，要实现国Ⅵ阶段硫含量不大于10mg/kg，脱硫率要达到99%以上。再考虑提高十六烷值的问题，需要升高加氢反应温度，降低空速，这都会增加能耗和氢耗，制氢装置是高耗能装置，整体运行成本增加较多。
1.3国内少数炼厂柴油质量升级面临困难
由于加工原油品质不断变差，裂化程度不断加深，部分炼厂柴油全部升级为国Ⅵ难度较大，在提高十六烷值上有困难，常规加氢精制一般只能提高十六烷值2个单位。对于上述难以达到国Ⅵ柴油标准的柴油馏分，要研究其合理出路，推进轻质船燃(低十六烷值柴油馏分)在适宜的船舶柴油机及其合理的转速范围内使用。船用轻燃对十六烷值指标要求明显低于车用柴油。此类炼厂既可提供符合船舶特点的专用油品，又可缓解柴油升级的集中压力，减少炼厂的操作成本，是理想的生产方案。
2中速船舶发动机特点和适用油品的研究
2.1中速船舶柴油机性能特点
通过调研了解到，中速船舶发动机由于经济性好，是目前国内民用货船的主要动力。国内船舶发动机市场品牌集中度高，MANB&W型占调研总数的61%，为第一品牌;其次为瓦锡兰、苏尔寿型，约占30%。国内主要船舶发动机厂都引进了MANB&W公司的生产许可证，利用其技术在国内实现生产。船舶发动机与车用发动机在各项性能参数上存在明显差别。通过对在中国市场占有率较高的两类机型进行比较[1]可以看出，中型船舶发动机有缸径大、行程大、转速低、功率高、平均有效压力大等特点，要使其经济、合理地运行，适用的油品质量指标需有别于车用发动机。
2.2中速船舶柴油机适用油品的研究
轻质船燃与国Ⅵ柴油主要指标差别是硫含量、十六烷值，轻质船燃的硫含量指标相对容易达到，专业角度更关注于十六烷值的研究。十六烷值是衡量柴油着火性能的重要指标，其数值过低会造成柴油机滞燃期过长，使在滞燃期内做好了物理-化学准备的可燃气量增加，一旦着火则猛烈燃烧，燃烧速率和放热速率随之增大，导致压升率急剧增加，即着火特性、燃烧和放热特性变差[2]。
由于中速船舶柴油机工况条件适应性强，许多专家对使用轻质船燃(也称低十六烷值柴油)进行了研究。对1000r/min转速船舶柴油机用油的研究:刘鑫等[3]在中速柴油机上进行了轻柴油和4号燃料油的动力性能实验，结果显示，采用喷孔数或喷孔直径均增加的新喷油嘴后，燃油温度控制在70℃左右，可在提高4号燃料油燃烧效率的同时避免缸内燃烧恶化，燃用4号燃料油效果较好;岳丹婷等[4]研究了低十六烷值柴油的主要性质对柴油机性能的影响;何学良等[5]通过实验发现，燃用柴油十六烷值在38左右时，着火、燃烧和放热性能变化较大，因此建议油品的十六烷值在38～40为宜。
对1500r/min转速船舶柴油机用油的研究:何学良等[6]对低十六烷值柴油在中高速直喷式柴油机上的应用作了实验研究，结果显示，十六烷值不大于40的柴油主要可用于气缸直径大于150mm、转速小于1500r/min的中速增压或二冲程柴油机。对2000r/min转速船舶柴油机用油的研究:何学良等[5]通过实验得出，十六烷值在40～45的柴油，如果芳烃含量在38%以下、含氢量在12%以上、密度在850kg/m3以下，则在2000r/min以下的柴油机中可正常使用;因低十六烷值柴油的滞燃期延长，最大压力升高率增加，最高燃烧压力下降，为改善其燃烧性能，应将供油提前角加大1～3°CA。
3船舶用油分析
3.1船舶发动机与车用发动机用油区别
2018年6月，国务院发布《关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》(国发[2018]22号)，明确提到了车用柴油、普通柴油、船舶用油“三油并轨”。以上3类标准同时存在，主要因为3类油品的适用范围不同，即适用的发动机工况不同。从技术角度看，车用柴油适宜于陆上汽车使用，船用燃料油适宜于水上船舶发动机使用。普通柴油标准制定时间早，使用范围没有特定领域。船舶发动机工况与车用发动机不同，转速相对低。内河和江海直达船一般使用中高速发动机，以中速发动机居多。适用于这类发动机的油品在黏度、十六烷值、密度等指标上与车用油均有区别，车用柴油并不完全适合。从国际上看，欧洲、美国都分别为车用、船用燃油设立不同的品类名称和标准，其共同点是按照柴油的应用领域划分为车用柴油、农用及工业用柴油、船用柴油和燃料用柴油等几个类别，每类柴油的质量标准指标各不相同，使用范围界定十分清晰。
3.2船用发动机使用车用柴油的安全问题
“三油并轨”要求取消普通柴油标准，如果统一为车用柴油，从标准应用来看，车用柴油十六烷值高、密度和运动黏度相对偏小，并不适用于载重大、转速低的船舶发动机。据了解，某炼油企业曾因将高十六烷值的车用柴油用于内河船舶和陆上载重大、转速低的货车和拖拉机，出现低速时熄火和油泵卡死的情况，并因此遭到质量投诉。目前3个标准中的主要环保指标硫含量已经同步。强制要求内河船舶统一使用车用柴油，容易出现发动机漏油、磨损导致熄火和油泵卡死等安全问题，导致行驶中的船舶失去动力，带来巨大的安全隐患。
3.3船用发动机使用车用柴油的环保问题
近几年，随着我国环境保护工作的大力深入，环保法规日趋严格，带动燃油升级迅速发展，其重点就是降低硫含量。自2018年1月1日起，车用柴油、普通柴油、内河船用轻燃的硫含量均要求不超过10mg/kg。从生产环节分析，船用燃料油和柴油属于同一石油馏分，两者的加氢装置脱硫过程相同，硫含量指标完全可以达到同一标准。据了解，中国石化于2014年就率先推出了硫含量指标优于当时国标的《船用轻质燃料油》企业标准，经台架实验验证，产品的环保排放效果与普通柴油无差异。
2018年又进一步修订标准，并于2018年5月31日开始实施，目前中石化船用轻燃产品硫含量已可实现低于10mg/kg，与柴油同步。从实际使用分析，车用柴油用于船用发动机，会因十六烷值高造成热分裂，产生游离碳，直观上就是由于燃烧不完全造成船舶排气冒黑烟，使氮氧化物等污染物的排放增多，间接导致空气中PM2.5颗粒物增多，给环保治理带来压力。2017年以来，执行国家环保要求，多地禁售普通柴油，内河水上网点只能销售车用柴油，部分网点顾客就因出现“冒黑烟”而质疑油品质量。
3.4船用发动机使用车用柴油的经济性
船用油品成本占航运业总成本的60%以上，燃油成本是船舶用户选择燃料的首要考虑因素。车用柴油和船用轻燃相比，其十六烷指数在完全满足船舶使用需求的基础上，比船用轻燃高6个单位以上，体现在炼厂生产过程中，生产成本要增加400～600元/t。从消费税角度看，柴油与燃料油单就增值税和消费税两项价内税的差额是193元/t。从市场实际应用看，国Ⅴ阶段柴油升级不加价，普通柴油和车用柴油价格相同，柴油与船用轻燃价格差在近700元/t。如果原燃用重质船用油的内河船舶和江海直达船改换车用柴油，那么船东转换环保油要增加的额外成本则高达2800元/t。
船用轻燃满足使用要求和环保要求，综合成本比车用柴油低，产品性价比更高。让船舶放弃已经满足使用要求的燃油，转而调整去适应高十六烷值燃油，既是一种质量过剩，在航运低迷和运价偏低的大背景下，也使得成本压力明显增加，对企业经营是一大挑战，运输市场或将面临洗牌。
4结语
(1)国内环保法规日趋严格，推动油品质量迅速升级，车用汽柴油全面进入国Ⅵ阶段，大幅增加的投资和运行成本给部分炼厂带来升级压力。根据船舶发动机性能特点和市场需求，用柴油馏分生产船用轻燃规格产品，既可满足中速船舶发动机应用要求，又能降低质量升级成本。
(2)研究了船用发动机与车用发动机的性能参数差异，及不同转速与十六烷值的对应关系，对船舶使用油品的安全性、环保性、经济性进行了分析，船用轻燃是内河用油的最佳方案。
参考文献
[1]李宗立，高绪伟，刘开敏，等.高性能中速柴油机开发可行性分析[J].山东内燃机，2005，95(1):1-3.
[2]魏海军，尹峰，王吉喆.船用燃料油的使用与管理[M].第1版.大连:大连海事大学出版社，2011:24.
[3]刘鑫，冯立岩，杜宝国，等.中速柴油机燃用低质混合油的试验研究[J].柴油机，2010，32(5):8-12.
[4]岳丹婷，段树林.柴油机燃用低十六烷值柴油能力的探讨[J].大连海事大学学报(自然科学版)，1997，23(4):81-84
机械方向论文投稿刊物：《内燃机学报》(双月刊)创刊于1983年，由中国内燃机学会主办。本刊主要刊载内燃机方面有较高水平的研究论文和阶段性研究报告，或重要学术问题的评述性文章，也包括产品结构性能改进、设计计算新方法、测试新技术与设备、新工艺与新材料等方面有较高参考价值和实用价值的文章。
转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/jzlw/21815.html
