船用燃油供应单元设计的合理性与经济性

船用燃油供应单元设计的合理性与经济性

计玉璞

安庆泰邦船舶科技有限公司安徽安庆246005

摘要：文中根据柴油机使用的燃油种类、燃油进机压力以及对燃油精度的要求，详细介绍了燃油供应单元系统的多级设计，部件的合理配置。既能降低燃油单元成本，又能很好满足柴油机使用重质燃油的要求。另外针对船舶远洋航行使用低硫燃油的要求，对燃油供应系统如何进行优化改进，也进行了阐述。

关键词：燃油供应单元；燃料油；低硫油；合理与经济适用

0.引言

燃料油俗称重油，它是重柴油与渣油的混合物，其混合比例根据燃油所需粘度而定，目前国内采用的混合比例是70%渣油，30%重柴油。其价格只相当于轻柴油的1/4~1/5。而燃油费用的支出几乎要占船舶运营成本的50%左右，为了节约航运成本，现在商用船舶柴油机（低、中速）都改用重质燃油，但重质燃油的特性：粘度大、硫分、灰分、水分及机械杂质含量高，这对柴油机燃油供应系统提出了更为苛刻的要求，要进行一系列的技术处理，方可使之符合船用柴油机的燃烧要求。

1.燃油供应单元的功用

燃油系统的功用是向柴油机和锅炉提供足够数量和一定品质的合格燃油。其特性体现在以下几方面：1）加压：通过燃油泵逐步加压一则满足柴油机燃油进机压力，二则可以防止被加热的高温燃油产生气化；2）加热：燃料油由于其粘度大，流动性差，所以对燃料油的输送、净化以及柴油机的雾化喷射都带来了不少困难，按燃料油的粘温特性，燃油的粘度是随着温度的升高而降低，所以要对进机前的燃油进行适当加热，以满足柴油机的燃油进机粘度要求；3）过滤均质：重油中因含催化剂颗粒（主要为硅Si及铝Al的化合物），这些颗粒对柴油机的损害极大，而且这些颗粒还易形成软性淤渣，通过均质机均质、精密滤器进行过滤处理；4）自动控制：实现对燃油供应系统各部件运行参数的自动控制，达到全自动化，可减少船员的劳动强度。

2.燃油供应单元的设计选择

2.1一级泵系统：1）满足条件：a)柴油机使用的油品是≤180cst；b)柴油机进机压力≤0.6Mpa。由于180cst的燃油被加热到12-15cst时，温度也只达到120℃，对燃油产生气化有限，而且有些小型船舶使用的中速柴油机的燃油进机压力很低，甚至只有0.2-0.3Mpa，像这种柴油机的燃油供应系统只有设计成一级泵系统才能满足。2）组成：燃油从重油日用柜和柴油日用柜通过单元进口三通转换阀，经粗滤器到流量计，通过供应泵加压后的燃油进入加热器加热，流经粘度检测控制系统，经过精密滤器过滤杂质，然后进入柴油机燃烧。3）燃油压力波动的处理：一级泵系统的燃油压力稍有波动，通过TBG多年的实船使用经验，在单元出口与柴油机回油管路间增加一压力调整阀，在空气分离器燃油流向供油泵进口的管路上增加一节流装置，可达到较好的效果。4）由于减少了一级泵，所以燃油单元成本有所降低。

2.2二级泵系统：1）目前大多低、中速柴油机都能满足使用380cst，甚至可达700cst的燃油，其燃油进机压力一般为0.7-1.0Mpa，燃油温度可达145℃左右，此种情况下，燃油供应系统必须采用二级泵系统。2）二级泵系统的组成：燃油从重油日用柜和柴油日用柜通过单元进口三通转换阀，经粗滤器到供应泵，经过精密滤器过滤杂质，通过流量计进入空气分离器，然后经循环泵加压后的燃油进入加热器加热，流经粘度传感器及其控制系统，得到合适的进机粘度，最后进入柴油机燃烧。3）二级泵系统中，供应泵后的压力设定为0.4Mpa，由与其并联的压力调整阀所控制，再通过二级泵增压达到1.0Mpa，输出的燃油压力波动较小，也是目前普遍采用的系统设计。

3.燃油供应单元的主要部件选择

3.1燃油泵：1）泵的种类：齿轮泵和螺杆泵，齿轮泵间断输送燃油，相比螺杆泵连续输送燃油来说，易产生波动。泵的选择目前主要根据油品与柴油机的流量与压力要求选择2）流量选择：供应泵流量通常按柴油机消耗量的1.5-2.0倍选择，而循环泵流量按柴油机的消耗量的2.5-4倍选择。对于功率较小的柴油机，泵的流量按极大值选取，功率大的柴油机可按小值选取。3）在使用低硫油时，其最小粘度为1.5cst@40℃，过低的粘度会因润滑不良导致泵加快磨损，甚至咬死等事故，且低粘度油的可泵性较差，因此在选泵时应特别注意，不宜选择齿轮泵，而要选择螺杆泵，且螺杆的材质需要经特殊处理，具有很好的耐磨性和可靠。

3.2燃油加热器：加热器是用来将高粘度的劣质重油加热到柴油机所需要的粘度（10-15cst），其加热源多为蒸汽、热媒油，近年电加热器的辅助使用在船舶业非常普遍。通过粘度检测控制系统，使加热后的燃油粘度稳定。关于加热器换热量的计算，通常有两种方法：一种是根据柴油机的消耗量，单元燃油出口温度和重油日用柜的温度来计算；另一种是根据循环泵的流量和加热器进出口燃油的温差，通过热平衡方程来计算，两种计算方法结果有一定的误差，考虑到燃油系统管道等部件的温度散失，建议采用第二种方法比较好。

3.3燃油精密滤器：1）作用：滤去燃油中的杂质，避免柴油机气缸磨损和卡死。2）种类：有非自动和自动之分。3）精度：滤器精度的大小是根据柴油机的要求而定，MAN主机一般要求绝对精度小于50μ，辅机小于35μ即可，而YAMAN等机要求精度为10μ。在精度的选择上不要造成误区，并不是选择精度越细越好，过细的滤芯极易造成堵塞，导致频繁逆洗，浪费燃油。如果滤器放在热油端，由于高温易使杂质在极细的滤芯上烧结，造成供油不足，而且极难清洗。

34燃油均质机（可选）：1）作用：重油中的软性淤渣（包括油柜中产生的二次淤渣）被破碎、分散细化和溶解，不但可以使安装其后精密滤器不易堵塞，减少燃油的浪费，而且能够降低燃油表面张力，使燃油更加细微均匀，改善燃油品质，提高发动机中燃油的雾化效果，使燃油燃烧更加充分，同时降低发动机的维护成本。

4.主辅机共用一套燃油供应单元：

为了降低船舶建造成本以及节省空间，主辅机也可共用一套燃油单元。但满足前提是：主机和辅机的进机压力差不宜超过0.2Mpa,而且燃油的进机粘度要有交集。对于0.2Mpa压力差，一般只需在辅机燃油进口管路上加一节流装置即可，比起减压阀来说，可靠安全，无维修。为了避免主、辅机抢油现象，此时在选择循环泵的流量上应适当增大。

5.使用低硫油对单元的优化设计：

1）增加低硫油冷却器。一般船用柴油机设计允许进机的最小粘度为2-3.0cst。根据ISO8217燃油标准，低硫油的粘度范围是2-6cst@40℃，而船上机舱内环境温度一般为45℃，对于粘度较低的低硫油在此温度下很难保证燃油的进机粘度能满足柴油机的要求，因此为了使燃油进机粘度不致过低，在低硫油进机前需用冷却器冷却以增加燃油进机粘度。2）增加燃油电动转换阀。一个安装在单元进口低硫油日用柜与重油日用柜之间，另一个装在加热器与冷却器进口间，对低硫油转换过程中需要注意油温变化不能超过2℃/分钟，通过PLC程序控制器进行缓慢平稳转换。

6.结语

通过对燃油供应系统设计的合理性与经济性分析，可以根据不同情况进行合理选择，既能降低成本、节约能源，又能满足柴油机安全可靠运行。

参考文献：

[1]《船舶系统》郑士君江彦桥1991.7上海海运学院

[2]《燃油供应单元企业标准》[S].Q/ATBGM001-2013

[3]《船用重质燃油净化供应系统的设计与优化》张志华2013工艺设计改造及检测检修