本文摘要：摘要:國內環保法規日趨嚴格，2019年1月1日起，全國范圍內須供應符合國Ⅵ標準的車用汽、柴油，取消普通柴油標準。國Ⅵ標準車用柴油質量升級使煉廠的投資和運行成本大幅增加，國內少數煉廠按期全部升級為國Ⅵ柴油面臨困難。船舶發動機與車用發動機的性能參數有
摘要:國內環保法規日趨嚴格，2019年1月1日起，全國范圍內須供應符合國Ⅵ標準的車用汽、柴油，取消普通柴油標準。國Ⅵ標準車用柴油質量升級使煉廠的投資和運行成本大幅增加，國內少數煉廠按期全部升級為國Ⅵ柴油面臨困難。船舶發動機與車用發動機的性能參數有明顯差別，中速船舶使用國Ⅵ車用柴油質量過剩。因此，利用低十六烷值柴油餾分生產船用輕燃，既保障了內河船用油品的安全性、環保性，又降低了煉廠質量升級成本。
關鍵詞:內河;船舶;燃料油;質量升級;標準
我國不斷提高的社會環保和節能減排標準，對車用油品質量提出了更高要求，質量升級步伐加快。2019年1月1日起，全國范圍內須供應符合國Ⅵ標準的車用汽柴油，實現車用柴油、普通柴油、部分船舶用油“三油并軌”，取消普通柴油標準。國內各石化煉廠為滿足產品質量升級要求，要新上或改擴建汽柴油加氫等裝置，調整工藝操作，提高精制能力，導致投資和生產運行成本增加。與陸上成品油市場不同，水上船舶以使用燃料油為主，隨著我國水上運輸業的不斷發展，船用燃料油市場需求量持續增長。在內河船舶用油這一目標市場上，國內過去一直以銷售普通柴油為主。
從實際情況看，在近海、內河的中速船舶發動機上使用輕質船用燃料油完全可以滿足要求。隨著國家逐步推進柴油質量升級工作，柴油和輕質船燃的質量差異將會加大，生產成本也會拉開差距。建議在此過程中，結合國內部分煉廠裝置結構情況，綜合考慮投資、生產成本和市場需求，統籌平衡產品結構，生產質量適宜的輕質船燃，將內河水上市場作為主打方向。
1環保政策對柴油質量升級要求和煉廠投資變化
1.1柴油質量升級要求
硫含量和十六烷值是衡量柴油質量的重要指標。硫的存在會腐蝕汽車發動機和影響尾氣排放，因此降低硫含量已成為各國提高車用柴油質量標準的主要目標。我國在前期柴油質量升級進程中，質量規格與國外發達國家、地區相比存在較大差距，近幾年質量升級步伐明顯加快。
1.2煉廠質量升級成本
我國柴油主要有硫含量高、十六烷值低、芳烴含量高3方面質量特點。主要原因是，我國煉廠柴油加氫精制能力低，催化柴油占柴油總量的比例高，且在汽油質量升級中為了降低烯烴含量，多數催化裝置采用MIP技術，導致催化柴油十六烷值低，最低只有22左右;此外加工原油性質進一步劣質化、環烷基原油所產的直餾柴油十六烷值低也是重要原因。柴油質量升級將增加煉廠的投資和生產運行成本。
投資方面，煉廠要新建或改擴建柴油加氫精制裝置、制氫裝置或更換高效脫硫催化劑。柴油加氫精制裝置在高溫、高壓下運行，投資較大，新建成260萬t/a裝置投資超過6億元。生產運行成本方面，要實現國Ⅵ階段硫含量不大于10mg/kg，脫硫率要達到99%以上。再考慮提高十六烷值的問題，需要升高加氫反應溫度，降低空速，這都會增加能耗和氫耗，制氫裝置是高耗能裝置，整體運行成本增加較多。
1.3國內少數煉廠柴油質量升級面臨困難
由于加工原油品質不斷變差，裂化程度不斷加深，部分煉廠柴油全部升級為國Ⅵ難度較大，在提高十六烷值上有困難，常規加氫精制一般只能提高十六烷值2個單位。對于上述難以達到國Ⅵ柴油標準的柴油餾分，要研究其合理出路，推進輕質船燃(低十六烷值柴油餾分)在適宜的船舶柴油機及其合理的轉速范圍內使用。船用輕燃對十六烷值指標要求明顯低于車用柴油。此類煉廠既可提供符合船舶特點的專用油品，又可緩解柴油升級的集中壓力，減少煉廠的操作成本，是理想的生產方案。
2中速船舶發動機特點和適用油品的研究
2.1中速船舶柴油機性能特點
通過調研了解到，中速船舶發動機由于經濟性好，是目前國內民用貨船的主要動力。國內船舶發動機市場品牌集中度高，MANB&W型占調研總數的61%，為第一品牌;其次為瓦錫蘭、蘇爾壽型，約占30%。國內主要船舶發動機廠都引進了MANB&W公司的生產許可證，利用其技術在國內實現生產。船舶發動機與車用發動機在各項性能參數上存在明顯差別。通過對在中國市場占有率較高的兩類機型進行比較[1]可以看出，中型船舶發動機有缸徑大、行程大、轉速低、功率高、平均有效壓力大等特點，要使其經濟、合理地運行，適用的油品質量指標需有別于車用發動機。
2.2中速船舶柴油機適用油品的研究
輕質船燃與國Ⅵ柴油主要指標差別是硫含量、十六烷值，輕質船燃的硫含量指標相對容易達到，專業角度更關注于十六烷值的研究。十六烷值是衡量柴油著火性能的重要指標，其數值過低會造成柴油機滯燃期過長，使在滯燃期內做好了物理-化學準備的可燃氣量增加，一旦著火則猛烈燃燒，燃燒速率和放熱速率隨之增大，導致壓升率急劇增加，即著火特性、燃燒和放熱特性變差[2]。
由于中速船舶柴油機工況條件適應性強，許多專家對使用輕質船燃(也稱低十六烷值柴油)進行了研究。對1000r/min轉速船舶柴油機用油的研究:劉鑫等[3]在中速柴油機上進行了輕柴油和4號燃料油的動力性能實驗，結果顯示，采用噴孔數或噴孔直徑均增加的新噴油嘴后，燃油溫度控制在70℃左右，可在提高4號燃料油燃燒效率的同時避免缸內燃燒惡化，燃用4號燃料油效果較好;岳丹婷等[4]研究了低十六烷值柴油的主要性質對柴油機性能的影響;何學良等[5]通過實驗發現，燃用柴油十六烷值在38左右時，著火、燃燒和放熱性能變化較大，因此建議油品的十六烷值在38～40為宜。
對1500r/min轉速船舶柴油機用油的研究:何學良等[6]對低十六烷值柴油在中高速直噴式柴油機上的應用作了實驗研究，結果顯示，十六烷值不大于40的柴油主要可用于氣缸直徑大于150mm、轉速小于1500r/min的中速增壓或二沖程柴油機。對2000r/min轉速船舶柴油機用油的研究:何學良等[5]通過實驗得出，十六烷值在40～45的柴油，如果芳烴含量在38%以下、含氫量在12%以上、密度在850kg/m3以下，則在2000r/min以下的柴油機中可正常使用;因低十六烷值柴油的滯燃期延長，最大壓力升高率增加，最高燃燒壓力下降，為改善其燃燒性能，應將供油提前角加大1～3°CA。
3船舶用油分析
3.1船舶發動機與車用發動機用油區別
2018年6月，國務院發布《關于印發打贏藍天保衛戰三年行動計劃的通知》(國發[2018]22號)，明確提到了車用柴油、普通柴油、船舶用油“三油并軌”。以上3類標準同時存在，主要因為3類油品的適用范圍不同，即適用的發動機工況不同。從技術角度看，車用柴油適宜于陸上汽車使用，船用燃料油適宜于水上船舶發動機使用。普通柴油標準制定時間早，使用范圍沒有特定領域。船舶發動機工況與車用發動機不同，轉速相對低。內河和江海直達船一般使用中高速發動機，以中速發動機居多。適用于這類發動機的油品在黏度、十六烷值、密度等指標上與車用油均有區別，車用柴油并不完全適合。從國際上看，歐洲、美國都分別為車用、船用燃油設立不同的品類名稱和標準，其共同點是按照柴油的應用領域劃分為車用柴油、農用及工業用柴油、船用柴油和燃料用柴油等幾個類別，每類柴油的質量標準指標各不相同，使用范圍界定十分清晰。
3.2船用發動機使用車用柴油的安全問題
“三油并軌”要求取消普通柴油標準，如果統一為車用柴油，從標準應用來看，車用柴油十六烷值高、密度和運動黏度相對偏小，并不適用于載重大、轉速低的船舶發動機。據了解，某煉油企業曾因將高十六烷值的車用柴油用于內河船舶和陸上載重大、轉速低的貨車和拖拉機，出現低速時熄火和油泵卡死的情況，并因此遭到質量投訴。目前3個標準中的主要環保指標硫含量已經同步。強制要求內河船舶統一使用車用柴油，容易出現發動機漏油、磨損導致熄火和油泵卡死等安全問題，導致行駛中的船舶失去動力，帶來巨大的安全隱患。
3.3船用發動機使用車用柴油的環保問題
近幾年，隨著我國環境保護工作的大力深入，環保法規日趨嚴格，帶動燃油升級迅速發展，其重點就是降低硫含量。自2018年1月1日起，車用柴油、普通柴油、內河船用輕燃的硫含量均要求不超過10mg/kg。從生產環節分析，船用燃料油和柴油屬于同一石油餾分，兩者的加氫裝置脫硫過程相同，硫含量指標完全可以達到同一標準。據了解，中國石化于2014年就率先推出了硫含量指標優于當時國標的《船用輕質燃料油》企業標準，經臺架實驗驗證，產品的環保排放效果與普通柴油無差異。
2018年又進一步修訂標準，并于2018年5月31日開始實施，目前中石化船用輕燃產品硫含量已可實現低于10mg/kg，與柴油同步。從實際使用分析，車用柴油用于船用發動機，會因十六烷值高造成熱分裂，產生游離碳，直觀上就是由于燃燒不完全造成船舶排氣冒黑煙，使氮氧化物等污染物的排放增多，間接導致空氣中PM2.5顆粒物增多，給環保治理帶來壓力。2017年以來，執行國家環保要求，多地禁售普通柴油，內河水上網點只能銷售車用柴油，部分網點顧客就因出現“冒黑煙”而質疑油品質量。
3.4船用發動機使用車用柴油的經濟性
船用油品成本占航運業總成本的60%以上，燃油成本是船舶用戶選擇燃料的首要考慮因素。車用柴油和船用輕燃相比，其十六烷指數在完全滿足船舶使用需求的基礎上，比船用輕燃高6個單位以上，體現在煉廠生產過程中，生產成本要增加400～600元/t。從消費稅角度看，柴油與燃料油單就增值稅和消費稅兩項價內稅的差額是193元/t。從市場實際應用看，國Ⅴ階段柴油升級不加價，普通柴油和車用柴油價格相同，柴油與船用輕燃價格差在近700元/t。如果原燃用重質船用油的內河船舶和江海直達船改換車用柴油，那么船東轉換環保油要增加的額外成本則高達2800元/t。
船用輕燃滿足使用要求和環保要求，綜合成本比車用柴油低，產品性價比更高。讓船舶放棄已經滿足使用要求的燃油，轉而調整去適應高十六烷值燃油，既是一種質量過剩，在航運低迷和運價偏低的大背景下，也使得成本壓力明顯增加，對企業經營是一大挑戰，運輸市場或將面臨洗牌。
4結語
(1)國內環保法規日趨嚴格，推動油品質量迅速升級，車用汽柴油全面進入國Ⅵ階段，大幅增加的投資和運行成本給部分煉廠帶來升級壓力。根據船舶發動機性能特點和市場需求，用柴油餾分生產船用輕燃規格產品，既可滿足中速船舶發動機應用要求，又能降低質量升級成本。
(2)研究了船用發動機與車用發動機的性能參數差異，及不同轉速與十六烷值的對應關系，對船舶使用油品的安全性、環保性、經濟性進行了分析，船用輕燃是內河用油的最佳方案。
參考文獻
[1]李宗立，高緒偉，劉開敏，等.高性能中速柴油機開發可行性分析[J].山東內燃機，2005，95(1):1-3.
[2]魏海軍，尹峰，王吉喆.船用燃料油的使用與管理[M].第1版.大連:大連海事大學出版社，2011:24.
[3]劉鑫，馮立巖，杜寶國，等.中速柴油機燃用低質混合油的試驗研究[J].柴油機，2010，32(5):8-12.
[4]岳丹婷，段樹林.柴油機燃用低十六烷值柴油能力的探討[J].大連海事大學學報(自然科學版)，1997，23(4):81-84
機械方向論文投稿刊物：《內燃機學報》(雙月刊)創刊于1983年，由中國內燃機學會主辦。本刊主要刊載內燃機方面有較高水平的研究論文和階段性研究報告，或重要學術問題的評述性文章，也包括產品結構性能改進、設計計算新方法、測試新技術與設備、新工藝與新材料等方面有較高參考價值和實用價值的文章。
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