2022年船用燃油的性能指标 .pdf

船用燃油的性能指标船用燃油主要是用于柴油机和锅炉，因此油料范围属于柴油类、残油类及两者混合的船用燃料油（又名重油）。由于各个地区原油性质不同，原油加工技术各异，因此各个国家对油质的要求规定也不同，这样就对燃油提出一些共性的要求，集中反映在燃油的性能指标上，要求既能保证机器安全运行，又利于各国等级标准间相互套换，替代使用。燃油的物理化学性能指标有二十多个，分别从不同方面反映燃油的品质。根据其对柴油机工作的影响，大致可以分成三类：1）与燃烧性能有关的有：十六烷值、馏程、粘度、比重、热值。2）与燃烧产物成分有关的有：硫分、灰分、钒和钠的含量、残碳、沥青质、胶质。3）与管理工作有关的有：浊点、凝点、倾点、闪点、自燃点、机械杂质、水分等。分别介绍如下：1.十六烷值（Cetane number）十六烷值是表示发火性能的指标。燃油的自燃性越好，它在燃烧前需要的物理、化学准备时间（滞燃期）越短。以烷烃组成的燃油，发火快，燃烧压力升高速度相对比较平稳。以芳香烃组成的燃油，着火延迟期长，由于滞燃期内积累已分裂和汽化的燃料较多，一旦燃烧起来，压力急剧升高，且最大爆发压力也高，柴油机运行时相对比较粗暴。柴油的十六烷值与化学组成的关系，见表一。柴油的十六烷值与化学组成的关系 (表一)油样号化学组成（%）十六烷值烷烃环烷烃芳香烃1 85 9 6 66 2 80 10 10 63 3 75 12 13 57 4 73 12 15 51 5 69 14 17 47 6 45 22 33 32 高速柴油机使用燃油的十六烷值应在40-60 间。十六烷值过低，会使柴油机工作粗暴；十六烷值过高，会发生热分裂，产生游离碳，造成排气冒黑烟。中速柴油机使用燃油的十六烷值应在35-45 间。低速柴油机使用燃油的十六烷值应25-35 间。中速和低速柴油机燃烧时间比较比高速柴油机燃烧时间要相对长得多，例如转速为1500r/min时，燃烧时间为0.003s；转速为 120r/min时，燃烧时间为0.004s。在实践中，一般燃油都能满足中速、低速柴油机燃烧速度的需要，特别是低速柴油机，在直接使用残油燃烧过程中，不会发生特殊困难。所以世界各国船用燃料油规格中都不列十六烷值这一指标。十六烷值只是高速柴油机（指直接喷射式、且不带预燃室式）使用轻柴油的一个性能指标。2馏程（Boiling process）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -物质在一定压力下具有固定的沸点。石油加热后，挥发性较高的低沸点轻质馏分首先蒸发，并和空气较快混合，燃烧也进行较快。随后在温度升高时，重质馏分才逐步蒸发。馏程是表示馏分蒸发的温度范围，可用来判断石油产品的沸点范围。燃油的质量并不是轻质馏分越多越好，而是根据动力装置的性能需要来决定的。例如：燃油中250以下的轻质馏分超过 15%，或 350以上的重质馏分超过40%，对某种速度下运行的柴油机燃烧是不利的。品质好的柴油就应在250350间蒸发的馏分最多，而其它轻重馏分较少。石油馏分及其沸点范围见表二。石油馏分及其沸点范围 (表二)馏分沸点范围馏 分沸点范围车用汽油200 蜡油320520 航空煤油150250 轻质润滑油300400 灯用煤油200300 中质润滑油 400470 轻柴油200350 重质润滑油470 重柴油300350 残油（蒸馏残油）550 3粘度（Boiling process）粘度是表示燃油自身流动时的内阻力，作为评定油料流动性的指标。它是石油和产品最重要的性能指标。目前世界上燃油尽管其结构成分都不同，但价格基本是根据粘度确定的。燃油的粘度对雾化、燃烧、净化、驳运等都有很大影响。粘度在很大程度上决定雾化的形状和颗粒大小。雾化形状和分布是与燃烧室相配合的。雾化后的燃油经加热蒸发与燃烧室中的空气混合，形成可燃的混合气。因此燃烧不仅取决于雾化质量（越细越好）和雾化形状，还取决于燃烧室中油雾与空气互相扰动状态。当粘度增加时，由于燃油的流动性变差，分散较困难，燃油形成的油雾颗粒变大,雾化锥体瘦而长，与空气混合不均匀，导致燃烧不完全。当粘度过低时，雾化锥体粗而短，向四周扩散，没有达到设计规定的距离，造成局部混合浓度不良，同样不利于燃烧，同时会使高压油泵的柱塞和套筒副及喷油嘴的针阀偶件因润滑不良而过度磨损。因此，燃油燃烧时，一般要求油雾粒的直径均匀，平均直径要小，雾化锥体形状要符合柴油机燃烧室设计的要求，使油雾与空气能较均匀混合。根据实践得知，燃油粘度的上限为高速柴油机 0.8mm/s（8cSt）中速柴油机 1.8mm/s（18cSt）低速柴油机 2.6mm/s（26cSt）船用大型低速柴油机燃油喷射入口的最佳粘度，见表三船用大型低速柴油机燃油喷射入口的最佳粘度 (表三)主机名称机型最佳粘度运动粘度cSt MAN KZ 18.1 以下Sulzer RND 1317 Gotaverken DM 1722.5 BW KFF 1015 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -三菱重工UEC 12.318.1 锅炉喷油器喷油的适宜粘度，见表四锅炉喷油器喷油的适宜粘度（表四）喷油的种类适宜的喷油粘度运动粘度cSt 油压式（大型）23.728.8 油压式（小型）12.615.5 蒸汽喷雾式（外部混合式）48.773 蒸汽喷雾式（内部混合式）7397 低压空气喷雾式23.736.4 中压空气喷雾式36.448.7 由于各国对燃油粘度采用不同的测量方法，因此就有不同的粘度单位：如俄罗斯使用恩氏粘度(Engler)，计量单位是E；美国采用赛氏通用粘度（Saybolt Universal）,计量单位是SSU，s；英国采用雷氏粘度（Redwood），计量单位是RI，s(I表示.1)；国际标准化组织(ISO)决定以运动粘度(Kinematic)作为世界各国通用的标准粘度单位，国际单位制的计量单位是 m 2/s，以往较通用的单位是cSt。4.相对密度（习惯上称比重Specific grarity）燃油的相对密度是20时的密度与40时的密度与纯水的密度之比，用符号d?2o来表示，是个无因次数。有的国家规定标准温度为15，用符号d?15表示。如果测定相对密度时温度不是20，可以用下列公式进行换算：d420dt4+0.000672（t-20），式中：d4t-温度为 t 时的相对密度；t-测定相对密度时温度，。燃油的相对密度与其组成成分有关。对于石油来说，石蜡基原油的相对密度较小，沥青基原油的相对密度较大。对同一原油的各种馏分成品油来说，烷烃的相对密度较小，芳香烃的相对密度较大。因此相对密度是燃油性能的间接指标。相对密度大，表示燃油的粘度大，烷值低、重馏分和芳香十六烃多。5.热值（Calorific value）热值是 1kg 燃油在完全燃烧时发出的热量，单位是kJ/kg 或 kcal/kg。燃油的热值与相对密度有关。热值又有高热值和低热值之分。在实际使用中，在内燃机和锅炉的工作条件下，燃油及其燃烧产物吸收的气化潜热不能被利用，所以都以低热值计算。6.硫分(Sulphur content)燃油中所含硫的重量的百分比称为硫分，又称含硫量。燃料中含硫是十分有害的。近年来一些先进国家为了防止大气污染、酸雨等危害，对陆用锅炉、内燃机使用的燃料含硫量进行了限制。西欧等国将燃料含硫量限制在2以下，将高硫燃料放在船上使用。因此航行于国际间船舶的轮机管理人员，要具有使用高硫燃料的知识。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -硫在燃油中主要以硫化物存在。酸性的硫化氢（H?S）和硫醇(RSH)，在液态下对燃油系统的管道、容器、油泵和喷油器等设备会产生腐蚀。燃油中的硫分在燃油燃烧过程中将引起柴油机燃烧室部件的腐蚀，硫在燃烧后生产二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)，二氧化硫(SO2)与水反应，生成亚硫酸H2SO3,亚硫酸 H2SO3在与水反应生成硫酸；三氧化硫(SO3)与水反应直接生成硫酸；在温度较低时容易与水蒸气结合成硫酸(H2SO4)。硫酸使设备发生腐蚀。由于一般硫酸在低温处存积，因此也叫低温腐蚀。另外，硫的燃烧产物使碳氢化合物加速聚合，致使气缸中结炭又多又硬，并且还促使润滑油氧化变质，致使气缸壁和活塞环加速磨损。为了控制腐蚀发生，需要采取措施。首先必须研究低温腐蚀形成的原因。研究表明，这与二氧化硫、三氧化硫和水形成硫酸的露点有关。如果气缸壁的温度高于硫酸的露点，这些燃烧产物不会凝结成硫酸，并随排气到大气中，不会产生上述危害。如果气缸壁温度低于硫酸的露点，则二氧化硫和水就凝结成硫酸和亚硫酸，附在气缸壁上。硫酸对金属有强烈的腐蚀作用，而亚硫酸相对危害较小。由于露点温度随压力变化而变化，当压力升高时，露点温度也升高，在使用同样高硫分重油时，平均有效压力高的柴油机被硫酸腐蚀的可能性更大。在露点以下的腐蚀区中存在最大的腐蚀点，即硫酸的凝结量最大，这大致在露点以下30左右的范围内出现，因此在实际运行中应该尽力避开。虽然气缸壁的工作温度在露点之上，但燃油燃烧生成的二氧化硫附在气缸壁上，会使润滑油的品质恶化。由于润滑油加速氧化变质，在活塞环活动区域生成较硬的结炭，气缸内部的积碳，形成“磨料”，引起气缸套磨损加速。柴油机使用高硫分燃油时，除了正常的摩擦磨损外，还伴有“低温腐蚀”的腐蚀磨损和炭化颗粒摩擦的“磨料”磨损。在 50 年代柴油机使用燃料油的初期，发生过活塞环活动区域严重积炭和脏污，气缸套和活塞环过渡磨损，并出现各种故障。50 年代末，发展了高碱性气缸油和有一定碱值的曲轴箱润滑油（系统油），不仅有效地防止了硫的腐蚀磨损，并能清洗去活塞环活动区域生成的结炭和脏污，气缸套和活塞环的磨损率得以降低。具有碱性添加济润滑油的出现，为在柴油机中使用重质燃油创造了良好的条件。综上所述，燃油含硫的危害，可以通过提高气缸套冷却水温度，使用高碱性气缸油和碱性润滑油等措施，予以减轻或消除。7.灰分、钒含量、钠含量(Ash、Vanadium、Sodium content)灰分是燃油经过燃烧后剩余的残留物，主要包括某些金属盐类和固体物。金属盐类主要是环烷酸盐和某些金属化合物。金属化合物在原油提炼蒸馏过程中大部分浓集于残油中。灰分中常含有钾、钠、钙、镁、铁、硅、钒等。形成的灰分如果溶于燃油中，则无法用分油机净化处理，因为分油机只能除去燃油中的机械杂质、淤渣和水分。灰分属于磨料，从数量上说，在燃料油中含量小于0.03。但它的存在会加剧气缸的颗粒磨损。灰分中钒和钠燃烧后生成五氧化二钒和氧化钠。它们和一些有机化合物及某些共熔化合物，都具有低熔点或软化点。钢铁在较高温度下会发生氧化。氧化后在表面上生成一层F?或 F?保护膜，使基体不再继续氧化腐蚀。当钒、钠低熔点化合物附着在金属表面时，会破坏氧化铁保护膜，使金属裸露，并迅速遭受腐蚀。这种腐蚀主要发生在排气阀或废气涡轮喷嘴环上，形成腐蚀凹坑，并向纵深发展，造成零件变形，继而崩碎脱落。由于这种腐蚀发生在高温区域，所以名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -称为高温腐蚀。柴油机防止高温腐蚀的措施是：加强冷却，控制排气阀温度低于550，以及在烯油中加入某些添加剂，防止低熔点合化物产生。钠的主要来源是海水漏入燃油中，因此应防止海水对燃油的污染。8残炭值、沥青分（Carbon residue,Hard asphalt）燃油在试验条件下加热蒸发，使之干馏，最后在坩锅底部剩下一部分鳞片状焦炭剩余物，这就是残炭。它占整个试验油重量的百分比，称为残炭值。残炭值表示燃油在燃烧的过程中形成结炭的倾向（并不等于结炭值）。残炭的组成物主要是一些不易挥发的、受热时易分解随后缩合的成分，如稠环芳香烃、胶质、沥青质等。这些碳氢比较高的化合物，在燃烧过程中往往会发生不完全燃烧，变成游离碳，在柴油机的活塞环、活塞顶、排气阀等处存积。其危害是：增加热阻，加剧磨损，使喷油器喷孔堵塞，气阀卡住，污染润滑油等。残炭值在燃料油和残油中由于产地的不同,可能高达12%14%，在使用中当然希望残碳值低些为好。润滑油可以用残碳值来判定润滑油的精炼的深度。这是一个重要的控制指标。沥青分表示沥青在燃油重量的百分比。它主要用来判定原油的成分和残油内的沥青含量，便于有目的地提炼和利用。它的含量在原油中可能多达30%40%，少的也有百分之几。沥青和胶质都是石油中非烃化合物。胶质在一定的条件下会转化成沥青。胶质是粘稠的深黄或棕色物质，一般能溶于石油醚和苯，也能溶于一切石油馏分中，分子量为5001500。在石油馏分中，从汽油开始都有胶质存在。沥青是深褐色的非晶态物质，不溶于石油醚，而溶于苯，其分子量约为30005000。石油中的沥青全部集中在残油中。9浊点、倾点、凝点（Cloud point,Pour point,Treeezing point）浊点、倾点、凝点都是表示油料在低温时流动性和泵送性的一个重要指标。在规定的试验条件下，燃油降低温度后，开始析出石蜡结晶体并变成混浊时的温度，称为浊点。在规定的试验条件下，燃油温度继续下降，析出的石蜡结晶体不断扩大，但燃油仍然能倾倒和流动，这是的温度称为倾点，又称为流动点。温度下降到析出的石蜡结晶体形成网状、立体的结晶骨架，将其余的油质包围起来，整体油料开始停止流动，这时的温度称为凝点。我国使用的是凝点，国外较多使用倾点。凝点和倾点的温度差约为2.8 左右。它们是燃油的重要指标，在油料运输、储存、收发和在机械或仪器中使用时，都是一个重要的性能指标。10.闪点、自燃点（Flash point、Fire point）考察燃油的挥发性成分和可能发生爆炸、火灾危险程度的指标，有闪点和自燃点两个。在规定的加热条件下，燃油的蒸馏气体和周围空气形成可燃混合气，当火焰接近时发出不能持续的闪火的最低温度，称为闪点。根据测定方法和仪器不同，闪点可以分为开口闪点和闭口闪点两种。在开口的容器内（常压）加热测定闪点的温度，称为开口闪点；在封闭容器内（加压）加热测定闪点的温度，称为闭口闪点。显然闭口闪点比开口闪点温度要低，因为这时油气不容易逸出。闪点的实质是油蒸汽和空气的混合气遇火焰后发生迅速的氧化反应。油蒸汽数量微小时，产生闪火；混合气数量较大时，反应生成热，使气体迅速膨胀，发生爆炸。这种爆炸有个浓度范围，也就是说需要有一定的油/气比例。否则不是油蒸汽不足，就是空气不足。这个浓度范围有上限和下限，如表五所示一些油料爆炸范围和闪点、自燃点（表五）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -物质名称爆炸范围体积闪点自燃点汽油1.0 6.0-5030 415530 煤油1.4 7.5 28 380425 柴油-65120 350380 石蜡-162 310432 润滑油-130300 300350 石油沥青-200230 230240 石油沥青 1.7 11.3 34 380530 将油料加热到很高温度，然后使之和空气接触，但并不给它引火，油料发生剧烈氧化的火焰，并能自行燃烧的最低温度，称为自燃点。从表五可以看出，油料的闪点越低，自燃点就越高。因此汽油适用于点燃式发动机。反之，闪点越高，自燃点就越低。因此柴油和燃料油适用于压缩式发动机。11.机械杂质、水分（Mechanical impurities、Water content）机械杂质是油料的一个指标，它也以重量百分比表示。轻柴油以上等级的燃油不允许含有机械杂质，重柴油以下等级的燃油允许含有少量机械杂质。精炼的润滑油不能含有机械杂质，一般等级的润滑油和含有添加剂的润滑油允许含有少量的机械杂质。原油的形成到开采往往经过几万年、几十万年。一些不能溶于油中的物质颗粒，长期在高温高压下存在，几乎全部沉淀。因此可以说，原油中没有机械杂质存在。机械杂质的产生是在运输和储存过程中混入的，而且用泵每驳运一次，机械杂质的数量就会增加一次。机械杂质是不能燃烧的，却能使喷油器喷孔堵塞，加剧针阀和柱塞的磨损，也会使气缸异常磨损。水分在未开采的原油中几乎不存在的，从宏观来看，油水应该是分层的。但是从微观来看，确实存在有极为微小的水颗粒溶于油中。这些水颗粒从物理性质来说是无法分离的。燃油中含有较多的水分（指明水），会降低热值（汽化潜热损失），并容易分层，破坏正常发火。如果海水混入油中，会将水溶性盐类带入气缸，增加腐蚀。但少量的、均匀分布的、直径在10 微米以下的水，会帮助油雾细化，提高燃烧热效率。燃油中的机械杂质是有害物质，一般用沉淀、过滤和离心分离法除去。水分（指明水）通常也是有害的，可以用沉淀、离心分离法去掉。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 6 页 -