冼灿镝 梁乐才 徐晓霞 谭智毅

中国是低硫燃料油的生产和消费大国，由于IMO船舶燃油低硫政策从2020年开始执行，高硫燃料油需求快速萎缩，低硫燃料油消费量快速提升。2020年，作为全球最大船用燃料油供应市场的新加坡，低硫燃料油供应量为4983.3万 t，而中国境内保税低硫船用燃料油供应量则为1686.8万 t，还有巨大的发展潜力。2020年6月22日，低硫燃料油期货合约正式在上海国际能源交易中心挂牌交易^[1]，可见低硫燃料油具有重要的战略能源地位。

含蜡原油降温过程中蜡晶开始析出的温度称为析蜡点。含蜡燃料油同样存在蜡晶析出问题，也可通过差示扫描量热法测定燃料油的析蜡点^[2]。在日常管道输送过程中，若管内壁温度低于燃料油析蜡点且比油流温度低，靠近管内壁的蜡分子随结晶中心结晶析出，该处蜡分子浓度比油流浓度低，根据浓度关系向内壁迁移，从而形成结蜡^[3]。而且燃料油中的砂和其他机械杂质易为石蜡结晶过程提供结晶核心，加剧结晶过程^[4]。

但是，随着低硫船用燃料油的广泛使用，其含蜡的影响也日益严重，但目前《船用燃料油》（GB 17411-2015）^[5]没有相关项目指标要求。低硫燃料油的储存和运输过程中的蜡晶析出问题亟须解决^[6]。采用加大泵送压力的方法，使之流速过快，与管壁产生剪切力，蜡晶则不容易集结堵塞。然而，燃料油流速过快会产生热量，导致管内外温差变大，热交换增加，蜡晶更容易析出^[7]，可见仅通过提高泵压来加快输油流速，不是最佳解决办法。

我们考虑采用合适的温度加热油品，使蜡晶溶解，提高低温流动性，减少蜡在储存罐中的沉淀堆积，避免在燃油输送系统中出现过滤器堵塞等问题。燃料油在储运过程中存在轻组分蒸发损失现象，主要由收发油品时产生的大呼吸现象以及油品静置时产生的小呼吸现象引起的^[8]。轻组分损失会导致燃烧前质量变差，闪点降低则导致自燃点升高、着火性能下降，影响燃料油质量和储存运输安全，且加热油品带来的能量消耗随之增加。

因此，本研究通过模拟实验，以燃料油的析蜡点为参照，分析燃料油输送温度与滤网堵塞程度的关系，找到一个合适温度，使管网堵塞程度更小，同时温度也不至于过高，以节约能源、防止轻组分损失，为燃料油储存和输送选择合适的温度提供指导依据。

1 实验部分

1.1 仪器和材料

RS-1真空泵：极限真空10～30 Pa，抽气速率2 m³/h，进气管直径φ8 mm；布氏漏斗：90 φ。

不锈钢滤网：300目304钢，400目304钢，600目316钢；DSC差示扫描量热仪：美国TA公司Q200，热流精度为0.1 μW，控温精度为±0.05℃，具有高效、结果重现性高、降温快速的优点；恒温箱：YAMATO DKN412C，恒温20～60℃，精度0.01℃；电子天平：SARTORIUS仪器，型号 BT 224S，精确至 0.0001g；燃料油A：180 #，低黏度，低硫；燃料油B：380 #，高黏度，低硫。

1.2 原理

用空压机在恒定压力下抽吸，令含蜡低硫燃料油在同样目数的不锈钢滤网上穿过，模拟燃料油在管道储运中的流动状况。根据燃料油析蜡点控制不同的油品温度，在固定抽滤时间下，计算燃料油在滤网上的残留率，探究燃料油的最佳输送温度。

1.3 步骤

（1）将真空泵与抽滤瓶用硅胶管连接，布氏漏斗安装在抽滤瓶上，确保各连接部位密封；（2）剪取一块600目圆形滤网，直径略大于布氏漏斗内径，称取滤网质量M1。将滤网放入布氏漏斗，尽量与漏斗底部接触，以保证吸力；（3）用烧杯称取约25 g油样（烧杯加油样质量为M2）。在高于析蜡点的每5℃设置一个温度点，将烧杯及杯中油样、滤网及布氏漏斗置于恒温箱中，此温度下恒温30 min，保证受热均匀；（4）30 min后停止加热，将油样缓缓倒入漏斗，同时开启抽滤系统，尽量将油样全部倒入漏斗，整个过程控制在2 min内完成；（5）当布氏漏斗下口不再有油滴下后，关闭抽滤系统，取出滤网，在室温下冷却风干30 min；（6）称取风干后滤网质量M3，冷却后烧杯加残油质量M4；（7）计算滤网残留率（质量分数，%）

2 实验结果与分析

依据GB 17411-2015船用燃料油中残渣燃料油的指标，按50℃运动黏度的结果，选用两种不同黏度的燃料油A、B进行测试，各项指标见表1。

表1 燃料油A与燃料油B指标

Table 1 Fuel oil A and fuel oil B index

2.1 低黏度油实验

选取低黏度低硫燃料油A，选用600目滤网过滤。在析蜡点附近每隔5℃选取一个温度点，观察油温对燃料油滤网残留率的影响。从表2中可以看出，当油温低于或等于析蜡点时，滤网残留率较高，滤网对油料阻隔较大，燃料油析出蜡晶较多，使其流动性能下降，有较多晶体阻塞滤网，此时不利于燃料油的输送；而随着温度升高，滤网残留率呈下降趋势，而温度升至40℃以上时，滤网残留率不再显著下降。由此得出，析蜡点（T）＋10℃为燃料油的最佳储运加热温度，见表2和图1 。

2.2 低黏度油低目数滤网实验

用同一个低黏度油品，取同样的试样量，按同一实验步骤，分别选用300目、400目滤网过滤网残留率测试，绘制燃料油温度-残留率曲线，见表3和图2、表4和图3。

由表3、表4可见，使用300目和400目滤网对同样的低黏度燃料油进行测试，试验结果也遵循油温越高、滤网残留率呈下降趋势的规律。同样，当燃料油温度升高至40℃时，再提高油温，滤网残留率下降不显著。实验表明，上述规律在其他目数的滤网下依然成立，因此认为残留率和温度具有关联性。析蜡点（T）＋10℃为燃料油的最佳运输加热温度这一规律具有普遍性，不受滤网目数大小影响。

2.3 高黏度油实验

选取高黏度低硫燃料油B，选用600目滤网过滤。在析蜡点附近每隔5℃选取一个温度点，观察油温对燃料油滤网残留率的影响。从表中可以看出，当油温低于或等于析蜡点时，滤网残留率较高，滤网对油料阻隔较大，此时不利于燃料油的输送；而随着温度升高，滤网残留率呈下降趋势，而温度升至50℃以上时，滤网残留率下降不再显著。因此，析蜡点（T）＋10℃为最佳加热温度，见表5和图4。

表5 高黏度燃料油的温度-残留率结果（600目）

Table 5 High viscosity fuel oil temperature-residual rate data (mesh number 600)

图4 高黏度燃料油的温度-残留率曲线（600目）

Fig.4 High viscosity fuel oil temperature- residual rate curve（mesh number 600）

3 讨论

蜡是直链烷烃，化学式为C₁₅-C₂₀，常温状态下为固体^[9]。而当油温低于析蜡点时，低硫燃料油中的蜡饱和度较低，蜡以结晶形式析出。较多的蜡结晶，增加了油品流动时的内摩擦和阻力，运动黏度升高，流动性降低，不利于油料输送。另外，部分蜡晶在输送过程沉降在管道底部，并随着使用时长不断堆积，导致油料与输油管壁之间的摩擦力增大，同时减少了油管的实际管径，造成过滤器或分油机堵塞，影响运行安全。而随着油温升高，燃料油中的蜡晶呈现下降趋势。升至比析蜡点高10℃时，燃料油中蜡晶被大量熔解，滤网堵塞率接近最低值。继续提高输送温度，此时的蜡晶基本被熔解，没有出现更多的蜡结晶熔解现象，滤网堵塞率不再明显下降，输油效率提升不明显，但用于提升燃料油温度的电能等能量消耗提升。

采用比析蜡点高10℃作为储运温度，在储存罐中，燃料油蜡晶析出量不多，沉淀堆积倾向趋缓，同时使燃料油获得较好的流动性。在同样的泵油输出压力下，管道实际压力升高，站间摩阻减少，输油流速加快，输油效率提升，起到节电节能效果，可带来长期显著的经济效益；管道堵塞的可能性降低，降低清洗管道、油罐的资金和人力成本，一定程度上避免了仪器设备的折损，同时保障管道输送安全。

燃料油石蜡量多而黏度大，在油罐储存时需要加热保温，使用和管道输送时需要预热，以保证其流动性。现行船用燃料油标准GB 17411-2015中使用运动黏度作为控制油品的流动性能指标，但其中引用的SH 0164-1992^[10]标准亦未对残渣燃料油储运温度给出建议和要求，而析蜡温度对流动性、堵塞管道滤网等情况有高度的相关关系。

4 结论

本次实验中采用控制变量法，选用两种不同黏度的低硫燃料油，在300目、400目、600目的滤网下，以析蜡点为基准，每5℃为一个温度点控制加热温度，以恒定的功率抽吸，测定燃料油在滤网上的残留量，计算残留率。实验发现：低黏度燃料油，在300目、400目、600目数的滤网下，加热温度控制在比析蜡点高10℃得到的残留率最低，且随着温度再升高，残留率变化不大。高黏度燃料油在600目的滤网下，得出同样的试验结果。此外，本实验发现燃料油的流动性能与其析蜡点具有相关关系。因此，笔者认为比析蜡点高10℃是低硫燃料油输送的最佳温度。同时建议残渣型船用燃料油除了按照GB 17411-2015规定指标控制外，应增加“析蜡点”检测项目，参照SY/T 0545-2012^[11]中差示扫描量热法测定，为确定储存、输送控制温度提供依据。

参考文献

[1]陈洁. 低硫燃料油期货的中国模式[J]. 中国石油和化工产业观察, 2021(7): 42-43.

[2]冼灿镝、徐晓霞、梁乐才.差示扫描量热法测定船用燃料油的析蜡点[J].质量安全与检验检测，2020, 30(5): 19-21.

[3]于宏庆, 马云. 高原原油集输管道结蜡规律及防护技术[J]. 油气田地面工程, 2014, 33(10): 94-95.

[4]孙雪姣, 吕涛, 肖荣鸽. 含蜡原油管道结蜡机理及清蜡技术研究[J].清洗世界, 2014, 30(4): 31-34.

[5]船用燃料油: GB 17411-2015[S].北京: 中国标准出版社, 2016.

[6]朱晓亮，陈伟翔.劣质VLSFO引发设备故障风险与防范探讨[J]. 航海, 2020(3): 38-42.

[7]刘恩博. 管道结蜡堵塞预测研究[J]. 无线互联科技, 2019, 16(13): 109-110.

[8]魏青章. 浅析重质燃料油储运过程中的蒸发损耗[J].化工管理, 2018(17): 75.

[9]杨辉, 王一然, 许丹. 长输管道输油工艺节能技术探讨[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2016 , 36(7): 112-113.

[10]石油产品包装、贮运及交货验收规则: SH 0164-1992[S]. 北京: 中国石化出版社, 1992.

[11]原油析蜡热特性参数的测定 差示扫描量热法: SY/T 0545-2012[S].北京: 石油工业出版社, 2012.

表2 低黏度燃料油的温度-残留率结果（600目）

Table 2 Low viscosity fuel oil temperature-residual rate data (mesh number 600)

表3 低黏度燃料油的温度-残留率结果（300目）

Table 3 Low viscosity fuel oil temperature-residual rate data (mesh number 300)

表4 低黏度燃料油的温度-残留率结果（400目）

Table 4 Low viscosity fuel oil temperature-residual rate data (mesh number 400)

图1 低黏度燃料油的温度-残留率曲线（600目）

Fig.1 Low viscosity fuel oil temperature-residual rate curve (mesh number 600)

图2 低黏度燃料油的温度-残留率曲线（300目）

Fig.2 Low viscosity fuel oil temperature-residual rate curve (mesh number 300)

图3 低黏度燃料油的温度-残留率曲线（400目）

Fig.3 Low viscosity fuel oil temperature-residual rate curve (mesh number 400)