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大管輪業務討論區

[教學]由燃油化驗報告與主機性能的變化輪機員應對技能分析

cheng
2007-06-06 03:25 #
[摘要]本文主要反映由于于燃油品質的持續劣化,書本上判斷利用黏度的高低,作為燃油品質的判斷已產生質變,計算碳芳香烴指數(CCAI;Calculated Carbon Aromatic Index)的應用該對劣質燃油具有進一步實用價值。利用實船主機使用不同特性燃料,對性能的變化與油料品質化驗報告相對照,經反覆多次確認此一關係,提供輪機員參考,判斷燃油應以CCAI值的高低為依據,千萬別再被燃油黏度的高低來作為燃油品質的判斷。 關鍵詞:IF380、CCAI、Viscosity、FQS、VIT 1、船用劣質燃油發火品質的控制指標燃油發火品質是柴油機的一個最重要的燃油品質參數,英國石油公司(BP;British Petroleum)和荷蘭?牌石油公司(Shell)在作了相關研究工作後各自得出結論,認為從表面數字來看,密度和黏度對船用燃油的發火品質有重大影響,但並不是絕對的,必須再考量燃油的點火及碳芳香烴指數,該兩家公司經實驗分析分別制定了專屬的公式指數如下: (1)BP公司計算發火指數(CII;Calculated Ignition Index)方程式為: CII=(270.795+0.1038T)-0.254565D+23.708‧log10log10(V+0.7)------------(1) (2)Shell公司的計算碳芳香烴指數(CCAI)方程式為: CCAI=D-81-141‧Log10Log10(V+0.85)-483log10[(T+273)/323]-------(2) 式中:D=燃油的密度(kg/m3);V=50℃時的運動黏度mm2/s(cSt);T燃油進機溫度℃。方程式可簡化為: CCAI=D-81-141‧Log10Log10(V+0.85)--------------------------------------(3) 用計算機運算可得CII和CCAI值,也可用圖表標示出CII和CCAI值,如圖1所示。大多數船用燃油的CII值通常在25~40之間,CCAI值則在800~900之間,由於目前燃油品質化驗報告僅有CCAI值的指數的報告,因此本文討論也僅對CCAI值作分析,CII值僅供參考。化驗報告證實在船用燃油市場中,當CCAI值超過850以上時,該燃油的應用必須得到更為廣泛的注意。對計算圖表的應用相當簡便,只要在相應黏度值(50℃或100℃時測得)和密度值(15℃時測得)之間連一直線並延長與CII和CCAI垂直線相交,可以交點所在的表尺上直接得到CII和CCAI值。例如:一黏度為380mm2/s(cSt)(50℃),密度為990kg/m3(15℃)的燃油,相應的CII值為34,而CCAI值為851,見圖1中的虛線,通常估算到最接近的整數已足夠。如果提供燃油黏度不是50℃或100℃時測得的,則該計算圖表必須經過換算後應用,或使用計算機依公式(1)、(2)或(3)計算CII和CCAI的值,以減少誤差。 縮圖 圖1 CII和CCAI計算圖表 2、實船驗證某大型貨櫃船其主機規格及負荷性能特性如表1所示:表1某大型貨櫃船其主機規格及性能特性 MHI Sulzer 12RTA84C-UG 48630kW(66120PS)×102 r/min;Built 1997 shop trial 50% 75% 85% 90% 90% 100% 110% r/min 81 93 97 98.5 103 102 105 output kW(PS) 24316(33060) 36473(49590) 41335(56200) 43770(59510) 43770(59510) 48630(62120) 53493(72730) sea trial 50% 75% 90% 90% 90% 100% r/min 86.6 98.9 104 103.5 103.5 107 output kW(PS) 24588(33430) 38143(51860) 45027(61220) 44483(60480) 44520(60530) 49536(67350) 該輪於Dec/29/2006起至Feb/10/2007止,使用如表2所示劣質燃油後,依據實際主機運轉時所遭遇的實際情形如下:該主機在同一負荷指示L.I.=6.7(L.I.;load indicator),燃油品質設定FQS=0.5°(FQS;Fuel Quality Setting),VIT+FQS=1.8°~2.0°(可變噴射定時VIT;Variable Injection Timing);燃油品質化驗報告/sample no:F306022334/Dec/28/06,如表2所示:表2 F306022334燃油品質化驗報告 Density@15℃ 994.2kg/m3 viscosity 440.2 mm2/s water 0.2% Micro carbon residue 17%m/m sulphur 3.66%m/m Total sediment potential 0.01%m/m ash 0.03%m/m vanadium 82mg/kg Sodium 14mg/kg aluminium 19mg/kg silicon 19mg/kg iron 8mg/kg Nickel 30mg/kg calcium 8mg/kg flash point GT7 Deg.℃ CCAI 854 特別注意本燃油品質化驗報告其CCAI值為854,是該船所加IF 480以來CCAI值最高的一次,因此將此數據定位為劣質燃油CCAI 854或以上為參考依據。使用表2燃油時,其主機性能變化明顯如下: (1)部分氣缸套的溫度均大於往昔,由紅色指示燈顯示超過220℃,因此減?至92.5rpm,主機出力約34 000~36 300 kW; (2)燃油淨油機使用3台並聯運轉:每航次42天,平常每航次每1台只清洗1次,但是自從使用CCAI 854後燃油淨油機使用3台並聯運轉,由於運轉時發生異常振動現象,結果在1航次內,每台均清洗2次並確認分離缽(bowl)很髒。 (3)航行中突然機艙二層甲板右側煙火偵測器(2nd deck 「S-stbd」 fire alarm)作動6次,經檢查在廢氣節熱器(E.G.E.;Exhaust Gas Economizer)疏水主管內有一個排水接罐(water pot),排氣自接罐衝出,導致附近煙火偵測警報作動,如圖2所示: 縮圖 圖2排氣自接罐衝出,使煙火偵測警報作動 可以判斷劣質燃油燃燒性比較差,燃燒火焰延長(後燃期較長),使氣缸內燃燒的高溫帶延伸,使活塞冠及氣缸套內壁溫度異常升高,又因燃燒時間延長,部分未完全燃燒的燃油在廢氣節熱器內部因受高溫而再次發生二次的燃燒,才會有氣體自接罐衝出 (4)燃油淨油機污泥櫃殘泥位(F.O. sludge tank level)增加釵h; (5)主機因氣缸套溫度升高,而將主機轉速降低; (6)航行中在氣缸附近偶而會出現爆震(knocking)的聲音,有如某備件重物掉落或斷裂; (7)主機第五缸第三道活塞環(3rd ring)及主機第九缸第四道活塞環(4th ring)斷裂。 3、使用劣質燃油因應對策一但使用劣質燃油(CCAI超過854)後,在運轉中之柴油主機,為了達到完全燃燒及避免事故的發生,應立刻採取之對策如下: (1)燃油淨油機:全部開啟並聯運用,以降低淨油量,如發現淨油機震動應立刻分解清潔; (2)增加廢氣節熱器吹灰次數; (3)增加主機燃油品質設定的設定值,由提前0.5°增加到0.7°,注意排氣溫度及最高爆發壓力(pmax)儘量不要超過390℃及12MPa,掃氣壓力(scav. air press.)1.75bar; (4)縮短廢氣節熱器排氣側的清洗時間。 (4)避免主機低於50%負載運轉。 (5)注重掃氣總管溫度正常應49~54℃。 4、輪機員對燃油添加及化驗報告的注意高速大型貨櫃船每次加油量高達數千噸的IF 480燃油,現場加油單據顯示資料並不一定完全正確,有賴於輪機員自行量測包括簡易的黏度及比重,經過溫度修正後,可查表及自行計算出CCAI值,參考本資料做先期防範,通常燃油正式化驗報告最快也需二週後才會送船,對現場預先防範處理則顯得更為重要;至於送船化驗其結果必須比對顯著特殊參數值,不同的燃油其性質數據互相比較。當另港口加油同樣IF 480燃油,如表3所示其CCAI 848,經使用後機器性能完全改變不同,以上惡劣性能情況幾乎立即消失,其操作參數如下:在同一Load indicator L.I.=6.7之下,FQS=0.5°;VIT=1.6°~1.7°;以上缺陷幾乎全部消失,此一變化更加證實CCAI值對燃油品質的確認。表3燃油品質化驗報告(9108178)/sample no:F307002897/13-Feb-07 Density@15℃ 986.9kg/m3 viscosity 382.5 mm2/s water 0.2% Micro carbon residue 16%m/m sulphur 3.72%m/m Total sediment potential 0.02%m/m ash 0.02%m/m vanadium 60mg/kg Sodium 8mg/kg aluminium 14mg/kg silicon 17mg/kg iron 7mg/kg Nickel 19mg/kg calcium 2mg/kg flash point GT7 Deg.℃ CCAI 848 5、結論燃油發火品質是柴油機的一個最重要的燃油品質參數,從表面數字來看,密度和黏度對船用燃油的發火品質有重大影響,但並不是絕對的,必須再考量燃油的點火及碳芳香烴指數,因此嚴密監控船用燃油的發火品質控制指標,對避免因發火品質不良而帶來的危險和可能發生的柴油機損壞顯得更為重要。 ======================================================================== 本論文由不具名教授提供,希望提供有需要人士參考
鄧哥
2007-06-03 04:49 #
先給CHENG大,來個掌聲鼓勵,感謝他將此部份分享給大家並整理出來,辛苦了。對於一個輪機人員而言,要是完全懂得這個部份,猶如練就了上乘武央A在船舶重柴油機的領域,將令人刮目相看。 二十年前,在幼獅版輪機員晉陞訓練叢書,柴油機,郭錦榮編著,讀到『第七章 柴油機使用劣質燃油之因應措施』時,幾乎是滿頭霧水,只知其然而不知其所以然。結論是:反正,劣質燃油就是不好的油,柴油機使用劣質燃油時,多加注意就對了。若是河海特考出這類的題目時,儘量瞎掰也野i以拿分(那時候的考試仍採申論題方式)。 船上加油,劣質燃油是船公司的首選,面臨各種劣質燃油所衍生的問題,也得一一去克服,(例如:不同地區、不同國家,加油時就必須注意相容性的問題等等)燃油淨油機的操作、清潔、與保養等工作自不在話下。結論是:反正,乖乖聽候上級指示,認真工作就對了。即使曾經在技術手冊上有看到 CII、CCAI等字眼,也沒有適當的人可以解釋這是什麼意義。 反到下船後,在一份國外的文獻中,從「原油」介紹到「劣質燃油」,從「燃油發火品質」介紹到柴油機「P-A圖、P-V圖」的變化。該文獻之其中一部份,就類似CHENG大所提供的上文。
鄧哥
2007-06-03 05:52 #
基本上,CII或CCAI值,除了可得知燃油發火品質,也作為燃油燃燒品質的參考。 簡單來講,柴油機的活塞趨近上死點時,開始噴油,接著著火,迅速燃燒...... 若使用未處理的劣質燃油的話,會產生下列情況:噴油霧化不佳、著火緩慢、燃燒不完全..... (若有P-A圖進行對照比較,則可明確說明表示) 因此,對柴油機的影響自不在話下。 有趣的是:基本上,密度和黏度對船用燃油的發火品質有重大影響,但是加油時所取樣的燃油,其燃油品質化驗報告基本上是正常的,但是,燃油從油艙--沉澱櫃--淨油機--日用櫃--等過程,乃經加熱後所逸散之芳香烴後,其密度與黏度均產生變化,更何況經常抽取來自油艙底部含有油泥之燃油時,即使油品取樣來自日用櫃,CCAI值亦有高於900以上之情況。遇此情況,該如何補救?
鄧哥
2007-06-05 20:01 #
幾年前曾到過對岸的台商工廠進行業務洽談。由於當時對岸缺電,因此台商買了幾部大型的重油引擎自行發電,作為供給工廠生產所需電力。 負責機組管理的主管,約五十幾歲,據說是大連海事學院畢業,曾擔任過遠洋商船的輪機長,實務經驗豐富,台商幹部對他很器重。 節錄一段下列談話:發電機主管:我們這裡的油品很好,從沒什麼問題!鄧哥:所謂的「油品很好」,好在哪裡?「好與壞」總該有個標準吧!或是給個定義或規範吧! 發電機主管:標準?定義?規範?........ 鄧哥:....比如說:比重、黏度、含水量、含流量、殘碳量.....CIMAC規範、CCAI值...... 發電機主管:什麼CCAI值?單位買什麼油,機器就用什麼油;只要機器正常運轉,不要出問題就好了......我們做得臭要死,....反正上級也不懂..... 鄧哥:..............(無言以對,畢竟懂油的人真的不多) 鄧哥:油好不好燒?會不會冒黑煙?發電機主管:有時候不太好燒,偶而會冒黑煙.....可是我們都有檢查油頭,空氣冷卻器也拆下來清洗... 鄧哥:有沒有測過P-A圖及P-V圖?發電機主管:沒有,不過我們有測最大爆發壓力! 依上述的談話,大概就可以推斷該台商所屬之數部重柴油引擎的現況。 整個引擎運轉性能現況並不是很理想,理由何在?大家來動動腦!
田文國
2007-06-05 22:04 #
鄧哥:本文是OOCL大型貨櫃船資深老軌多年工作心得,由於船舶燃油將持續劣化的事實,對照前書本上及輪機員習慣好像只重視黏度與比重這二重點,相對於柴油機製造廠對CCAI值的重視,因而多次查詢化驗報告對照機器參數變化後整理出來的心得,值得輪機員注意並參考,至於p-φ及p-V圖可能說來話長可能無法在本站說清楚了。
鄧哥
2007-06-06 02:33 #
1. 既然是OOCL老前輩多年的工作心得,那就趕快把握住機會,好好向其請益,弄懂劣質燃油這個部份(包括儲存、管理、操作、計算等等)以及相關設備的應對(包括主機、副機、淨油機、燃油泵浦、加熱器等等的操作、設定、調整、維護、應變),保證所有船公司爭相聘用。 2. 油價節節高漲,船舶使用超級劣質燃油的趨勢已越來越明顯,勢必給輪機人員極大的挑戰。(最起碼,例如拆洗淨油機、過濾器的頻率將會增加) 3. 在幼獅版「柴油機」郭錦榮老師編著之第七章(我的是75年版),算是對劣質燃油的入門探討,那時尚未提及CCAI值。但在「樓無畏」先生的「最新輪機實務」中(我的是86年版),第146頁起,就有CCAI值的介紹(其實,在83年就看到CCAI這個字眼,只不過不完全瞭解其意義為何),看來,樓先生在86年以前就已接觸有關CCAI值等相關數據。事實上,那時候網路並不發達,資訊並不流暢。 4. 剛剛在基維百科(英文版)這個網頁上找到http://en.wikipedia.org/wiki/Calculated_Carbon_Aromaticity_Index這個公式加入了燃油黏度溫度的修正。 5. 礙於網路上發文,因此無法有效解說關聯P-A圖、P-V圖對燃油著火特性的分析。 6. 討論這個有何意義?........幫船公司節省燃油!讓每一滴油都能發揮最大的價值。 7. 想想看,一個真正能夠幫船公司節省燃油的輪機員,哪個船公司不爭相聘用? 8. 對岸的四、五年級生,大概受到文革的影響......,反倒是他們的六、七年級生,與我們的草莓族相較.......唉.....。記得當我在介紹有關劣質燃油的相關議題時,幾位較年輕的同胞都會認真作筆記、錄音、發問等等,表現相當熱烈。 9. 當我們抱怨船公司大量採用對岸人員時,有沒有想過我們自己的價值何在?
鄧哥
2007-06-06 03:25 #
阿哈,C0055,原來是田教授,失敬、失敬!學弟在此向您請安! 想不到這裡真是臥虎藏龍,行家一出手,便知有沒有! 誠心建議田教授:考試出題時,多出點有關劣質燃油的部份,相信在實務工作中會有更佳的表現!