一項將于 2020 年初生效的新監管制度將給全球船用燃料的種類和可用性帶來全面的變化。 對于船舶操作員來說，可靠和安全運行發動機不可避免地需要比現在更深入的理解和更高級的燃料處理策略。 即便是現在，也無法準確預測未來挑戰的規模。 不過，船舶運營商在避免問題方面取得的成功在很大程度上將取決于他們在未來幾個月采取的行動。

燃料流量

2020 年 1 月 1 日，全球航運業將進入低硫時代，這將是自《MARPOL 73/78 公約》頒布以來航運業面臨的最大監管變革，也是航運業有史以來面臨的最大經營變革之一。 從那一天起，所有船舶都必須遵守國際海事組織 (IMO) 對燃料中硫含量的嚴格限制，即 0.50%（質量/質量）。

0.50% 的上限比 2012 年頒布的 3.50% 的上限要低得多，而且是對排放控制區 (ECA) 的 0.10% 的排放上限的補充。 雖然 IMO 正確地將新限制描述為環境和人類健康的勝利，但對于航運業來說，它正逐漸成為一個令人頭痛的問題。 因為，不幸的是，消除環境危害意味著引入一種機械危害，即殘留催化顆粒 - 如果沒有捕捉到這種微小顆粒，就會對發動機造成嚴重破壞。

船用燃料油從來就不是人們所說的一種迷人的物質。 從原油開始，煉油廠從餾分塔頂部餾出并提取高價值的產品。 從天然氣和汽油，到航空燃料和柴油，再到潤滑油，直到剩下的東西 - 一種厚厚的黑色殘渣 - 用于為船舶提供動力和制造瀝青。 它并不漂亮，但它確實幫助創造了現代世界。

硫磺的問題

當發動機燃燒化石燃料時，它們釋放出硫氧化物 (SOx)，而硫氧化物在大氣中會導致一系列健康和環境問題，例如人和動物的呼吸道疾病以及土壤和水的酸化。

硫自然存在于所有原油中，在蒸餾過程中最高沸點的殘余餾分中，硫的濃度更高。 這意味著從 2020 年開始，燃料生產將需要改變以更好地處理硫，船舶運營商將面臨比以往更復雜的燃料選擇。

運行液化天然氣 (LNG) 的船舶將不會遇到任何問題，但 LNG 船舶只占全球船隊的一小部分，而且由于投資成本高和缺乏供應基礎設施，預計這種狀況將持續數十年。 許多其他船舶將繼續燃燒高硫燃料油 (HSFO)，依靠洗滌器技術將廢氣凈化到符合規定的水平。 但對于大多數船隊而言，2020 年及以后將意味著從越來越多的低硫餾出物、混合燃料，以及（在較小程度上）由植物油制成的新燃料中做出選擇。

2020 年改變了一切

每種新型燃料都會引入一系列操作和經濟變量來考慮。 探索所有這些變量是一篇單獨文章的主題，但值得廣泛注意的是粘度、潤滑性和溫度的變化對發動機、泵和其他設備的安全可靠運行具有深遠的影響。

聚焦殘留催化顆粒

但在低硫時代存在的所有變量中，可能最具潛在破壞性的是殘留催化顆粒的存在。 盡管殘留催化顆粒長期以來一直是航運業的一個眾所周知但可控的事實，但即將到來的低硫時代將成為船舶發動機和運營商預算日益增長的風險因素。

那么，它們是什么呢？

殘留催化顆粒是如何形成的

現代煉油廠首先使用常壓蒸餾和真空蒸餾從蒸餾塔頂分離出揮發性最強、價值較高的產品。 然后，他們用熱法和催化法將剩余的原油“裂化”成各種餾分。 在催化裂化過程中，煉油廠會加入物理催化劑來破壞油分子。

所使用的催化劑是各種形式的合成晶體沸石 - 鋁和硅的礦物化合物，具有很高的多孔性和極高的硬度。

催化劑價格昂貴，煉油廠可以恢復并重復使用。但超過一定程度后，煉油廠再加大努力就不現實了，也沒有經濟激勵。 殘留催化顆粒是留下來的顆粒。 它們留在船用燃料中。 并通過泵輸送到船只中。

制定燃料標準

船用燃料規格由國際標準 ISO 8217 規定，該標準限制了船用燃料中的殘留催化顆粒濃度。 根據現行標準生產的燃料被限制在百萬分之六十 (ppm)。 這個限制基本上是一種妥協 - 如果再降低一點，全球燃料油供應將無法得到保障。 但即使在 60 ppm 的濃度下，殘留催化顆粒仍然是發動機的一個主要問題，而 MAN 和 W?rtsil? 等制造商建議，進入發動機的燃料中的殘留催化顆粒濃度應為 15 ppm 或更低。

殘留催化顆粒的特性

在物理上，殘留催化顆粒的形狀是不規則的，并且在船用燃料中，具有不同的亞微米大?。ㄗ畲蠹s 100 μm）- 大致說來，從一粒灰塵的大小到人類頭發的寬度。 它們的密度也各不相同，但通常略高于重質燃料油 (HFO)。 較大的殘留催化顆粒將沉淀在油中，但密度較低的小顆粒不會。

然而，在所有殘留催化顆粒的物理特性中，對船舶來說最大的問題是硬度。 殘留催化顆粒極其堅硬 - 在莫氏硬度計上可達 8.2，而鉆石的硬度為 10 - 很容易劃傷鋼鐵表面并嵌入其中。

殘留催化顆粒造成的損壞

當殘留催化顆粒通過注射器時，它們會被困在氣缸套和活塞環之間，間隙約為 3-5 μm。 任何大于這個值的顆粒都會導致磨損。 隨著活塞的每次行程，殘留催化顆粒將通過光滑的表面被磨碎，并隨著時間的推移雕刻出軌道。 燃油泵、噴油器、閥門和其他部件也面臨風險。 甚至更小的顆粒也能造成嚴重的損害。

人們很容易將這種磨料損傷看作是正常的長期機械磨損。 在許多情況下，這可能就是全部。 但高濃度的殘留催化顆粒也能在極短的時間內造成嚴重的災難性損害。

一份在線報告描述了一場殘留催化顆粒攻擊，僅在 100 小時的使用中，就導致發動機癱瘓。 當發動機被拆卸下來時，工程師們發現“所有的活塞和襯套都被完全毀壞且必須更換”。

毫無疑問，這種性質的損害是非常昂貴的，有報告指明索賠金額從 30 萬美元到 150 萬美元。 這反過來使得殘留催化顆粒不僅是運營商的問題，也是保險市場的主要問題。

一個沉睡中的問題正在蘇醒

殘留催化顆粒不是一個新問題。 催化裂化在 20 世紀 70 年代變得普遍，因為油價上漲迫使煉油廠從原油中提取更多有價值的產品。 因此，關于殘留催化顆粒損害的第一次報道始于 20 世紀 80 年代。 雖然在海上清除殘留催化顆粒一直是一個挑戰，但用于降低污染水平的船載設備（我們將在本文第 2 部分進行討論）采用了成熟的、廣為人知的技術。

不幸的是，這種熟悉程度導致了該行業中產生了一定程度的自滿情緒。 如果像預期的那樣，殘留催化顆粒污染在 2020 年后變得更加普遍，那么這種自滿情緒可能會讓不更新知識和實踐的運營商付出極其高昂的代價。

最近一篇有關船舶推進的文章應足以讓許多運營商感到震驚并重新予以關注。 文章引用了?？松梨诠緦?40 多萬份油樣的分析，結果顯示 43％的船只存在與殘留催化顆粒有關的潛在災難性問題。 即使這些潛在問題中只有一小部分得到了解決，仍然需要大量的資金、時間和中斷。

據報道，在三年的時間里，MAN 的 PrimeServ 團隊發現，在 226 起汽缸套損壞案例中，有 190 起 (84%) 涉及殘留催化顆粒。

如上所述，殘留催化顆粒是裂化和除硫的副產物。 油的裂化和硫的去除越多，殘留催化顆粒水平就越高。 正如 Braemar 的 Paul Hill 簡潔地表達的那樣，“這是發動機和環境之間的根本權衡。 你不能有低硫和低殘留催化顆粒?！?/p>

OPEC 2040年世界石油展望 (World Oil Outlook 2040) 預測，2017 年至 2022 年期間，每年將新增 1.38 億噸的裂化產能，我們可以肯定，進入世界各地的燃料艙的殘留催化顆粒量將大幅增加。

除了殘留催化顆粒水平更高這一問題外，軼事觀察顯示，投產的新催化劑正在產生更硬的殘留催化顆粒，并將其轉化為燃料。 如果這還不夠糟糕的話，低硫燃料的潤滑性也往往低于重油，這意味著磨損會加劇。

當前硫上限的副作用是殘留催化顆粒水平以及相關的損害顯著增加了。 提高到 2020 年的合規性可能會將這個問題提升到一個全新的水平。 Lloyd’s Register 的 Fuel Oil Bunkering Analysis and Advisory Service (FOBAS) 監測世界各地港口的燃料艙質量，并在出現問題時發出警報。 當然，運營商應密切關注這些報告和其他報告。 但重要的是要注意，即使燃料完全符合 ISO 8217 標準，也會發生殘留催化顆粒損害。

所有這些加起來就是一個老問題呈現出新的維度。 在我們的殘留催化顆粒討論的第 2 部分中，我們將研究解決方案并討論運營商如何提高自身的水平或應對高昂的成本。