燃油化驗的指標、意義、不良燃油的特征和危害-全在這篇文章中了

面對燃油價格和運價的雙重擠壓，日趨苛刻的國際環境法規條款，以及全球一體化的競爭，迫使航運公司加大營運成本的管控，特別是燃油監測的巨大價值正在被我國先進的航運公司所認識。燃油監測究竟和經濟價值有什么聯系？又是如何提高企業核心競爭力的？這是當下的燃油管理者應該思考的問題。

• 廣義上所有可用做燃料的油都可稱為燃料油；因此燃料油包括以下油品：

• 各種燃燒器上使用的燃料油；
• 船用餾分燃料和殘渣燃料；
• 車用汽油、柴油；
• 航空汽油、航空煤油；

• 狹義上是指原油經蒸餾而留下的黑色粘稠殘余物（殘渣燃油），或其與較 輕組分的摻合物：

• 我國國標GB/T17411采用了ISO8217的燃料分類標準，分為船用餾分燃料油和殘渣燃料油；
• 美國燃料油是指任何閃點不低于37.8℃的可燃燒液態或可液化石油產品；
• 歐洲燃料油一般是指渣油或它與較輕組分的摻合物。

船用燃料油質量標準

ISO 8217 Petroleum products --Fuels (class F)-- Specifications ofmarinefuels

• 1987年，國際標準化組織ISO制定了國際船用燃料油標準：ISO8217:1987（初版）

• 1996年，修訂頒布了ISO8217:1996（第二版），該版本標準對粘度、密度、傾點、殘炭等多項參數確立了質量要求。

• 該標準頒布后，得到世界各國的普遍認同，有效的控制了船用燃料油質量  的惡化。

• 該標準將餾分燃料油分為4類，殘渣燃料油分為15類。

• 船用餾分燃料油簡稱DM（DieselMarine），船用殘渣燃料油簡稱RM（ ResidualMarine）。市場上所稱的重質燃料油（重油）就是指殘渣燃料油。

ISO 8217 Petroleum products --Fuels (class F)-- Specifications ofmarinefuels

• 2005年，頒布了ISO8217:2005（第三版），與1996年版做了以下變化

• 殘渣燃料油的規格從15種減為10種；

• 運動粘度的溫度由100調整到50攝氏度；

• 水分降低至0.5%V/V；

• 密度規格有所降低；

• 增加了廢潤滑油控制指標等等。

• 2010年，頒布了ISO8217:2010（第四版），規定了4種船用餾分燃料油和11種船用殘渣燃料油。

• 主要新增了酸值、硫化氫、CCAI、鈉含量測試；
  

ISO 8217 Petroleum products --Fuels (class F)-- Specifications ofmarinefuels

• 規定了可以使用加速老化和熱老化來測試總沉淀物；

• 餾分燃料油還主要新增了氧化安定性和潤滑性測試。

2012年，頒布了ISO8217:2012（第五版），比較2010年版，僅僅DMX的傾點指標有更新（由-6/0℃→“—”），增加了關于硫化氫測試方法IP570的條款。

GB/T17411 船用燃料油

• 1998年頒布GB/T17411-1998，等效采用ISO8217:1996制定。

• 2012年頒布GB/T17411-2012，等效采用ISO8217:2010制定。

• 其他標準

• ASTM D2069 StandardSpecification for MarineFuels

• JISK2205，BS2869，新加坡普氏

• 俄羅斯M40，M100等

• 國內行業標準：SH/T0356-1996

• 在航運界，ISO8217是目前應用最為廣泛的標準，也是國際貿易的主要依據標準。目前普遍認同執行ISO8217:2005或ISO8217:2010標準。

測試指標介紹-密度

密度  Density

定義

• 單位體積油品的質量為密度，常用單位：g/mL，kg/m3；

• 由于體積隨溫度的變化而變化，所以密度不能脫離溫度而存在；

• 我國規定20℃的密度為石油產品的標準密度；

• 國外規定15℃的密度為石油產品的標準密度。

測試方法

• 比重計法：ISO3675、ASTMD1298、GB/T1884

• 數顯密度計法：ISO12185、ASTMD4052、SH/T0604

測試意義

• 是計算裝載量和進行貿易量交接換算的指標；

• 密度大小與燃料油的化學成分和餾分組成有關，可依據密度初步判定油品  的品種及質量，如一般而言，密度高而其熱值相對較低。

測試指標介紹-運動粘度

定義

• 液體在重力作用下流動時內摩擦力的量度，常用單位：mm2/s，cSt；

• 其大小表示燃料油的易流動性、易泵送性和易霧化性能的好壞。

測試方法

•  ISO 3104，ASTM D445，GB/T 11137，GB/T265

測試意義

• 油品分級的依據；

• 粘度直接影響輸送性能和柴油機的噴油霧化效果；

• 粘度過高，增大泵送沿程阻力，影響噴油油束的形成，造成霧化不良，不  能與空氣均勻混合，以致燃燒不完全，甚至形成積炭；

• 粘度過低，油束角度過大，同樣不能噴射到設計的位置與空氣良好混合，  也會導致燃燒不完全，功率下降；

• 粘度過低也會影響油泵潤滑，而加劇磨損。

測試指標介紹-CCAI

• 計算碳芳香烴指數CCAI
  

• 定義   用來評價殘渣燃料油的發火性能的一個計算值。

• 測試方法  ISO8217AnnexF，利用密度和粘度值，根據特定公式計算。

• 測試意義

• CCAI對滯燃期、燃燒效率、燃燒部件溫度有直接影響，CCAI在800~850，柴油機工作正常，860以上工作有困難；

• 使用點火性能差的燃料油時，發動機會碰到的典型問題有：

• 發動機啟動困難，或者完全無法啟動；

• 可能導致活塞環漏氣或斷裂的不正常峰壓；

• 運行不穩定和功率損失；

• 對輔助發動機的運行不利的變動轉速；

• 在燃燒區和廢氣系統（包括渦輪增壓機和鍋爐）內的沉積物增加；

• 氮氧化合物的排放增加。

測試指標介紹-硫含量

硫含量 Sulfur

定義

• 硫含量是燃料油中元素硫和活性硫、非活性硫化物的總和，以%m/m表示；

• 由于正常燃料油中一般不允許含有活性含硫物質，所以硫含量實際上是各種非活性含硫物質的總硫量，主要包括硫醚、二硫醚以及噻吩和其衍生物；

• 國內市場通常將含硫低于1%m/m的稱為低硫燃料油（LSFO），高于1%m/m的稱為高硫燃料油（HSFO）。

測試方法

• 能量色散X射線熒光光譜法：

• ISO 8754，ASTM D4294，GB/T 17040;

• 波長色散X射線熒光光譜法：

• ISO 14596，ASTM D2622，GB/T 11140.

測試意義

• 硫燃燒后生成SO2或SO3，是造成大氣酸雨的主要成分之一；

• 低溫腐蝕：燃燒產物SO3與水蒸氣會生成硫酸，當溫度低于露點溫度時， 就會凝聚在缸壁等金屬表面產生強烈的腐蝕；

• 高溫腐蝕：SO2或SO3與鈉、鉀等金屬元素結合，形成堿金屬硫酸鹽，而  且SO3在燃氣中能吸附微粒灰塵，膠付在金屬表面，形成沉積層，從而降  低金屬局部導熱性能，使得沉積處的表面溫度迅速增高，導致金屬腐蝕；

• SO3能加速碳氫化合物的聚集而結炭，此結炭較硬不容易清除；

• 液態的硫化物對燃油系統的設備產生腐蝕作用；

• 油品中硫含量過高會影響油品的穩定性，加速油品氧化，破壞油品質量。

測試指標介紹-閃點

閃點 FlashPoint

• 定義在規定條件下，試驗火焰引起試樣蒸氣著火，并使火焰蔓延至液體   表面的最低溫度。

• 測試方法  ISO2719，ASTMD93，GB/T261賓斯基馬丁閉口閃點杯法

• 測試意義

• 閃點是衡量油品在儲存、運輸和使用過程中的安全性指標，表示油品著火  燃燒的危險程度；

• 閃點是對易燃易爆危險品進行分級的主要依據；

• 船舶使用的燃料油閉口閃點不得低于60℃。

• 可以根據閃點來判斷餾分燃料的輕組成分；

• 根據閃點可以判斷燃料油是否被輕組分污染；產品里含有揮發性組分時閃點會迅速降低，且結果重復性變差。

測試指標介紹-硫化氫

硫化氫Hydrogensulfide

• 定義硫化氫是一種無色、劇毒氣體，低濃度時具有臭雞蛋氣味，高濃度時會使嗅覺喪失、頭暈眼花；在很高濃度 時會致人立即死亡。

測試方法

•  液相中測試方法：IP570或IP399

• 氣相中測試方法：ASTMD5705

測試意義

• 為了保護船員、碼頭操作人員以及檢驗人員，ISO8217:2010把硫化氫作為安全的重要指標，限制為液相中不超過2.0ppm。從2012年7月1日起執行。

• 含H2S燃料油可能通過下列途徑逸出H2S氣體，從而對操作人員產生安全危害：
  

• 在測量孔測量液位時

• 進入裝載過含H2S燃料油的空艙/罐時

• 打開艙/罐蓋時

• 排氣孔

• 管線滲漏或破裂

• 更換過濾網

測試指標介紹-酸值

酸值 Acidnumber

• 定義   通常被稱為總酸值TAN，滴定1g試樣到終點  時所需的堿量，以mgKOH/g表示。酸值的終點一般 在PH11附近；強酸值的終點一般在PH4附近。

測試方法

•  ASTM D664，GB/T7304

測試意義

• 高酸值的燃料油會加快設備腐蝕，但由于各種各樣的氧化產物都會影響酸  值，同時有機物在腐蝕條件下變化很大，所以此方法不能用于預測油品在  使用過程中的腐蝕性能，如酸值和油品對金屬的腐蝕程度之間沒有必然的  聯系。

• 可以確定燃料油中是否含有強酸，通常燃料油中不能含有強酸。

測試指標介紹-總沉淀物

總沉淀物Totalsedimentaged

• 定義   一定量的試樣通過規定的濾紙進行過濾，分離出不溶   解于一種洗滌溶劑（主要是烷烴）的有機物和無機物總量。

• 總潛在沉淀物TSP：采用熱老化法,樣品在100℃下老化24 小時,再過濾測試。

• 總加速沉淀物TSA：采用化學老化法,樣品用十六烷稀釋(1ml  十六烷每10g樣品),在100℃下老化1小時,再過濾測試。

• 為加快分析速度，ISO8217推薦2種方法均可適用，但采用 總潛在沉淀物TSP作為仲裁方法。

測試方法    

• ISO10370-1，ISO10370-2，ASTMD4870，IP375，IP390，SH/T 0701，SH/T 0702.

測試意義

• 油品中的沉淀物會加劇設備磨損和堵塞輸油管線、過濾器、噴油嘴等；

• 沉淀物可在存儲罐中、過濾器網上或設備積累，造成油料從油罐到燃燒器  流通不暢；

• 潛在總沉淀物及加速總沉淀物反映了燃料油在儲存或使用過程中發生沉淀  物析出的傾向，可用來預測油品的儲存或使用過程中的穩定性。

測試指標介紹-殘碳

殘炭 Carbonresidue:micromethod

• 定義   按照規定條件下，樣品經蒸發和熱解后所形成  的殘留物。

測試方法

• ISO 10370，ASTM D4530，GB/T17144

測試意義

• 評估油品形成碳質型沉積物的大致趨勢，以提供石油產品相對生焦傾向的  指標。

• 殘炭影響燃燒室的結焦結炭，但對氣缸和活塞的磨損不僅取決于殘炭的大  小，還主要取決于炭質的硬度，含硫量高的積炭堅硬，磨損較大。

測試指標介紹-傾點

傾點Pourpoint

定義

• 在規定條件下冷卻時能夠流動的最低溫度，反映了油品的低溫流動性能；

影響低溫流動性的兩個因素：

• 粘度隨溫度下降而增高；

• 油品中呈溶解狀態的石蠟分子因為溫度下降而以固體結晶析出。

測試方法  ISO 3016，ASTM D97，GB/T3535

測試意義

• 估計油品的最低使用溫度；

• 可估計油品中石蠟含量。石蠟含量越高油品越容易凝固，傾點也就越高；

• 傾點過高，低溫流動性差，從而影響油品的泵送和過濾。

測試指標-水分

水分Water

定義

• 燃料油生成、運輸、儲存和使用過程中由于種種原因會混入一定量的水；

水分在燃料油中的存在形式：

• 溶解水：水以分子狀態均勻分散在油品中；

• 懸浮水：水以細小液滴懸浮在油品中，構成渾濁的乳化液；

• 游離水：水以較大液滴從油中沉降，呈油水分離狀態。

測試方法

• 蒸餾法 ISO3733，ASTMD95，GB/T260

測試意義

• 計算容器中油品的數量：容器中的總量減去水量得到油品實際數量；

• 水會腐蝕設備零件，并將溶解在水中的鹽帶入到氣缸造成結炭，增加氣缸  磨損；

• 過量的水容易影響燃燒性能，導致爐膛熄火；

• 水的存在還會加速油品的氧化和膠化；

• 水蒸發時吸收熱量，從而降低了油品的發熱量；

• 水還會破壞油品的低溫流動性。

測試指標-灰分

灰分Ash

定義

• 在規定條件下，燃料油被炭化后經煅燒所得的無機物。

燃料油灰分的來源主要有：

• 金屬元素及鹽類，如油溶或水溶性金屬化合物；

• 外來的固體，如灰塵或鐵銹；

• 燃料油中添加劑等。

測試方法

• ISO 6245，ASTM D482，GB/T508

測試意義

• 灰分對于油泵、油嘴、泵部件、閥門及控制元件等都有磨損，過度超標的  灰分是造成氣缸壁與活塞環磨損的重要原因；

• 灰分沉積在管壁、鍋爐受熱面等設備上，使傳熱器效率降低；

• 灰分中含有各種金屬化合物可造成燃燒室部件的高溫腐蝕；

• 若主機日耗30噸油、燃油灰分為0.1%，相當于加入30kg磨料。

測試指標-金屬物

金屬Metal（鋁硅釩鈉鋅磷鈣）

測試方法

• 等離子發射光譜法 IP501

• 原子吸收光譜法 IP470

• 波長色散X射線熒光光譜法 ISO10478

鋁和硅 Al/Si

• 主要來源：原油加工過程中加入的催化劑粉末在 燃料油中的殘留。

• 危害：微粒細小，即硬又脆，進入燃油系統會對高壓油泵和套筒造成異常磨損甚至出現咬死情況；

• 會造成噴油器異常磨損，導致噴油霧化不好；
  

• 也會造成缸套、活塞環、排氣閥等異常磨損。

釩V

• 主要來源：普遍存在于原油中，且有機釩溶于原油中，釩的高低與原油產  地有關。

危害：

• 釩與鈉燃燒生成低熔點的堿金屬釩酸鹽，會對金屬產生嚴重的電化學腐蝕

，造成爐膛的嚴重溶蝕；

• 釩也可能會形成高熔點的化合物在通道表面結垢，阻塞通道和影響導熱。

鈉 Na

• 主要來源：原油中通常含有一定的鹽分，如脫鹽不完全，就會殘留在燃料  油中；另外可能來自污染，如海水，1%的海水會使鈉含量增加大約100mg/kg。

• 危害：釩與鈉燃燒生成低熔點的堿金屬釩酸鹽，會對金屬產生嚴重的電化  學腐蝕，造成爐膛的嚴重溶蝕，對設備造成損害。因此要控制燃油中的鈉  含量。

鋅、磷、鈣Zn/P/Ca

• 測試目的：鑒定燃料油中是否加入用過的潤滑油。

• 評判依據：Ca>30mg/kg和Zn>15mg/kg或Ca>30mg/kg和P>15mg/kg。

危害：

• 用過的潤滑油加入到燃料油中，其添加劑仍會發揮作用，會降低船上預處  理系統對懸浮在燃料中的水和硬質顆粒的去除效果；

• 用過的潤滑油中的金屬添加劑會使灰分增加，且使用過的潤滑油含有一定量的磨損顆粒物使設備磨損 加劇，加速污垢的沉積。

典型柴油機發動機油的金屬含量

測試指標介紹-非 ISO8217指定

 瀝青質

• 定義    不溶于正庚烷但能溶于熱甲苯的無蠟有機物質。

• 測試方法  IP 143，ASTM D6560，SH/T 0266

測試意義

• 瀝青質不易燃燒，導致滯燃期長，產生后燃，冒黑煙；

• 使用中易形成沉積膠膜和積炭，增加磨損；

• 殘渣燃料油在儲存或使用過程中，其中的瀝青質會以沉淀物的形式析出，  而其瀝青質一旦析出，就很難使其重新解膠至原來狀態。這種沉淀物會造  成很多問題，甚至使燃料油不能使用。

熱值

• 定義  在規定條件下，1kg燃油完全燃燒時放出的熱量稱為燃油的熱值或發熱值；熱值又稱：比能量、燃燒熱值；單位：MJ/kg、kCal/kg。

• 總熱值：單位重量的油品完全燃燒時所放出的熱量減去酸（主要指試樣中  硫變成硫酸和氮變成硝酸）的生成熱及其溶解熱后所得到的熱值；

• 凈熱值：總熱值減去水的氣化熱（指試樣中水形成蒸汽和氫燃燒形成的水  蒸汽在氧彈中再凝結時放出的熱）后所得到的熱值。

測試方法

• 實測法：ASTMD240，GB/T384

• 計算法：ASTMD4868，ISO8217

• 有嚴格的樣品測試范圍，只有符合方法要求的油品才能使用計算法，否則  會產生較大誤差；

• 對于個別樣品（即使是符合方法要求），按計算法得到的熱值也可能有較  大誤差。

測試意義

• 熱值是燃料油最重要的指標之一；

• 熱值是決定爐膛熱強度和燃料消耗量的主要因素。特別是船用燃料油，在  油柜容量一定的條件下，使用的燃料熱值愈高，續航里程就愈遠。這對于  遠航船舶來說具有重要的意義。

斑點試驗：清潔度與互容性

• 測試方法  ASTM D4740 Spottest

• 清潔度 Cleanliness: 50ml樣品倒入100ml玻璃瓶中， 90-95度加熱攪拌15-20min,玻璃棒和測試紙都預熱， 滴一滴到100度測試紙中，加熱1h，然后和標準比較。

• 互容性 Compatibility:按照等體積或按照客戶要求的。

• 比例來混合2個或者幾個樣，然后按照清潔度測試的 步驟進行斑點試驗。

測試意義

• 清潔度表示了燃料油樣品的穩定性；

• 互容性表示了燃料樣品與其他樣品混合時相互兼容的能力；

• 斑點試驗用于判斷燃料油本身或調配后的燃料油是否可能會遇到裝卸過程  中出現分層和沉淀,過濾網堵塞,罐中淤泥的形成等類似裝卸操作問題；

• 如燃料油不相容，會產生活塞環或活塞斷裂、汽缸套汽缸蓋裂損等機務事  故，還會使燃油倉產生大量難以清理的沉淀，導致分油機工作困難。

紅外光譜監控

測試目的

• 可以快速檢測燃料油中是否混有其他有害油品，對其潛在危險作出預警。

• 目前在燃料油市場上發現了采用煤焦油、廢機油、粗芳烴、植物油和輪胎  橡膠油等調制的劣質船用燃料油；

• 煤焦油主要成分為酚類、萘類以及稠環芳烴；

• 廢機油通常是機械磨損氧化的過量酸性氧化物、硝化產物以及硫酸鹽等；

• 粗芳烴油主要是芳烴溶劑；

• 植物油含有各類脂肪酸脂化合物，容易酸化；

• 廢輪胎提煉油為橡膠高溫裂解回收油，組分復雜，閃點偏低帶有刺激性氣味。

危害

• 泵送加熱過程中形成瀝青質或油泥，使分油機濾網堵塞，嚴重的會造成發動機腐蝕和磨損，高芳烴油品還會造成燃料油發火質量下降，并且威脅到船員的健康與海洋環境。

SGS新研發檢測項目

• 目前國內油品市場魚龍混雜，調和原料復雜多樣，調和技術發展迅速，導致船用燃料油檢測標準不能完全檢測出油品的問題。

• SGS針對目前調油的原料和船舶使用劣質油品導致的故障等方面，正研究一些相應的解決方案。

• 老化后酸值的檢測

• 加速氧化后酸值的檢測

• 加速氧化總沉淀物的檢測

 劣質燃料油特點

• 密度大，燃油凈化和噴射霧化困難，油滴初燃燒時易裂解，導致機件結炭  增多；

• 粘度高，燃油儲存、輸送、凈化和霧化困難；

• 發火性能差，滯燃期長，后燃期長，排氣溫度偏高，燃燒不完全，有效油  耗率上升，排煙濃度增加；

• 成分復雜，含有較多水分、灰分、硫、金屬、殘炭等雜質，加劇燃燒室部  件和噴油設備元件的腐蝕和磨損；

• 穩定性差，容易分層導致過多泥渣、油泥。

使用劣質燃料油，可能導致的不良后果

燃燒惡化低質燃料油霧化困難、自燃性差，后燃嚴重，因此：

• 最高爆發壓力降低，排氣溫度增高，排氣煙度增加，缸內結炭嚴重；

• 后燃嚴重，增加噴油設備的機械負荷和熱負荷，加劇噴油設備精密元件的  磨損、腐蝕，加劇噴孔結炭和變形。

• 磨損：低質燃料油中灰分、機械雜質以及煉油使用的含鋁硅等金屬的催化劑等，都會使氣缸（套）、活塞、高壓油泵和噴油器異常磨損。

• 腐蝕：低質燃料油高硫產生的低溫腐蝕，和高鈉、高釩產生的高溫腐蝕，損壞氣  缸體（套）、排氣閥及閥座、渦輪增壓機及軸承等

• 含硫氧化物的燃氣漏入曲軸箱，可能使滑油迅速變質并腐蝕有關軸承等。

• 穩定性差危害表現為離心機和過濾器過多的泥渣，使凈油機油泥過多、供油管路堵塞、噴油設備膠著、燃燒不良、排氣冒黑煙等；穩定性不好的  燃料油儲存在油艙久了，會在艙底沉積大量的油泥，在油艙存量不多時會  出現泵送困難，無法使用。

以上內容來自：通標標準技術服務有限公司廣州檢測中心石化實驗室 蔣偉