本发明涉及燃料油领域，具体涉及一种船用燃料油。
背景技术：
疏浚工程船一般在港口城市周边的港航水域施工作业，船舶动力装置的运行可靠性直接影响作业水域的港口和航道通航安全。并且船舶排放对城市大气和水域环境造成压力。由于疏浚工程船的特殊性，其配置都采用中高速柴油机。基于上述原因，疏浚工程船船用柴油机对燃料油品质要求很高，除常规理化性能需达到标准要求外，对油品中铝、硅、钒的含量比较敏感，对油品硫份控制要求较高。
近年来，燃料油质量已经严重影响设备的安全运转和船舶的安全航行。因疏浚工程船大多在航运繁忙的大型港口、航道施工作业，尤其是耙吸挖泥船，其作业区域就在各个港口、航道运营区域，一旦出现船机故障，将直接影响该港口和航道的正常安全运营，严重时将导致港口、航道的局部关闭。并且由于船舶柴油机的检修周期大大缩短，船舶维修、备件成本大幅增加，有效生产时间下降，工程进度无法保证。
燃料油的油品质量是以其理化性能指标来衡量的，它们直接或间接的反映出燃油的燃烧性能、燃烧产物的构成和燃油的管理等方面特点，对柴油机的工作会产生较大影响。
如表1所示，影响燃料油燃烧性能的指标主要包括：十六烷值、计算碳芳香指数(CCAI)、馏分和馏程、发热值、粘度；影响燃烧产物构成的指标主要包括：硫分、灰分、残炭值、机械杂质、沥青质、胶质、铝、硅、钒和钠的含量；影响燃油管理工作的指标主要包括：闪点、密度、倾点、酸值、水分。
表1.燃料油技术指标对柴油机的影响分析表
工程船主、副机都采用中高速柴油机，施工时柴油机运行特点是启动频繁、负荷变化大，对燃油要求高。目前，在国内燃料油市场难以找到符合疏浚工程船工作特性的高标准燃料油，致使疏浚工程船只能使用高价、高硫的进口180cst燃料油。为此，生产出符合疏浚工程船特性的高标准180cst燃料油，以降低船舶排放废气造成的环境污染及避免疏浚工程船在使用燃料油中出现的一系列问题，成为亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种船用燃料油，以降低船舶排放废气造成的环境污染及避免疏浚工程船在使用燃料油中出现的一系列问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种船用燃料油，按重量百分比计，所述燃料油包括：45-68.0％的常减压渣油，15-30％的蜡油，10-13％的柴油及7-12％的油浆。
可选地，按重量百分比计，所述燃料油包括：68.0％的常减压渣油，15％的蜡油，10％的柴油及7％的油浆。
可选地，按重量百分比计，所述燃料油包括：45％的常减压渣油，30％的蜡油，13％的柴油及12％的油浆。
所述常减压渣油20℃时的密度≤1013.4kg/m3，硫含量的质量百分比≤1.00％，总沉淀物的质量百分比≤0.10％，残炭的质量百分比≤17.0％，灰分的质量百分比≤0.10％，沥青质的质量百分比≤5.0％，钒含量≤150mg/kg，钠含量≤100mg/kg，铝和硅总含量≤200mg/kg。
所述蜡油20℃时的密度≤950.0kg/m3，初馏点≥214℃，10％馏出温度≤229℃，90％馏出温度≤360℃，95％馏出温度≤395℃，硫含量的质量百分比≤1.0％，水分的体积百分比≤0.5％，凝点≤30℃。
所述柴油50℃时的运动粘度为3.0-8.0mm2/s，十六烷值≥45，50％馏出温度≤300℃，90％馏出温度≤355℃，95％馏出温度≤365℃，硫含量的质量百分比≤0.10％，闪点≥55℃，铜片腐蚀≤1级，酸度≤7mgKOH/100ml，10％蒸余物残炭的质量百分比≤0.3％，灰分的质量百分比≤0.01％，氧化安定性沉渣≤2.5mg/100ml，凝点≤0℃，冷滤点≤4℃，色号≤3.5。
所述油浆50℃时的运动粘度≤500.0mm2/s，20℃时的密度≤1033.3kg/m3，硫含量的质量百分比≤1.0％，总沉淀物的质量百分比≤0.3％，残炭的质量百分比≤15.0％，水分的体积百分比≤0.50％，灰分的质量百分比≤0.3％，沥青质的质量百分比≤6.00％，总热值>41.00MJ/kg，钒含量≤150mg/kg，钠含量≤150mg/kg，铝和硅总含量≤2300mg/kg。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所提供的船用燃料油，符合疏浚工程船工作特性，各项技术指标均满足国家标准和国际标准的相关要求，降低了船舶排放废气造成的环境污染及避免了疏浚工程船在使用燃料油中出现的一系列问题。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
本发明提供了一种船用燃料油，按重量百分比计，所述燃料油包括：45-68.0％的常减压渣油，15-30％的蜡油，10-13％的柴油及7-12％的油浆。
如表2所示，为本发明船用燃料油的基本原料的成分及作用。
表2.本发明船用燃料油的基本原料的成分、作用
为严格控制燃料油各原料组分的质量，表3～6所示分别为本发明船用燃料油基础原料(常减压渣油，蜡油，柴油及油浆)的油品控制标准，检验过程均按照GB/T17411-2015指定试验方法进行。
如表3所示，所述常减压渣油20℃时的密度≤1013.4kg/m3，硫含量的质量百分比≤1.00％，总沉淀物的质量百分比≤0.10％，残炭的质量百分比≤17.0％，灰分的质量百分比≤0.10％，沥青质的质量百分比≤5.0％，钒含量≤150mg/kg，钠含量≤100mg/kg，铝和硅总含量≤200mg/kg。
表3.常减压渣油油品控制标准
如表4所示，所述蜡油20℃时的密度≤950.0kg/m3，初馏点≥214℃，10％馏出温度≤229℃，90％馏出温度≤360℃，95％馏出温度≤395℃，硫含量的质量百分比≤1.0％，水分的体积百分比≤0.5％，凝点≤30℃。
表4.蜡油油品控制标准
如表5所示，所述柴油50℃时的运动粘度为3.0-8.0mm2/s，十六烷值≥45，50％馏出温度≤300℃，90％馏出温度≤355℃，95％馏出温度≤365℃，硫含量的质量百分比≤0.10％，闪点≥55℃，铜片腐蚀≤1级，酸度≤7mgKOH/100ml，10％蒸余物残炭的质量百分比≤0.3％，灰分的质量百分比≤0.01％，氧化安定性沉渣≤2.5mg/100ml，凝点≤0℃，冷滤点≤4℃，色号≤3.5。
表5.柴油油品控制标准
如表6所示，所述油浆50℃时的运动粘度≤500.0mm2/s，20℃时的密度≤1033.3kg/m3，硫含量的质量百分比≤1.0％，总沉淀物的质量百分比≤0.3％，残炭的质量百分比≤15.0％，水分的体积百分比≤0.50％，灰分的质量百分比≤0.3％，沥青质的质量百分比≤6.00％，总热值>41.00MJ/kg，钒含量≤150mg/kg，钠含量≤150mg/kg，铝和硅总含量≤2300mg/kg。
表6.油浆油品控制标准
本发明所提供的船用燃料油加工工艺流程具体如下：
1.沉降：本发明船用燃料油各基础原料需在原料罐中进行沉降处理，静态沉淀时间大于24小时。沉降过程结束后，技术指标检验合格后方可进入下一级混合生产工艺。
2.混合:在基础原料混合前，需要进一步确认其主要调和质量指标，包括密度(15℃)、运动粘度(50℃)、CCAI值、相溶性，各指标满足要求方可进入混合工艺。机械搅拌混合时，温度控制在70～75℃，调合罐整体温度保持均匀，罐内温差控制在±5℃；旋转搅拌速度450r/min，持续搅拌时间10小时。混合过程结束后，需对混和原料主要技术指标进行检验，合格后进入下一道加工工序。
3.离心分离：利用燃料油密度与水分、固体杂质颗粒的密度差产生的离心力差实现燃料油脱除水分和杂质。
4.均质：均质过程在高速均质机中完成，均质机转速6000r/min，温度70～75℃，均质频率大于10000次/min。通过高速旋转的转子与定子之间所产生的强力剪断、分散、冲击、乱流等过程使物料在均质缝中被切割，迅速破碎成200nm～2μm的微粒，将尚存的胶质、沥青质等长链结构切断，将混和原料中的大颗粒物质进一步粉碎。同时，由于此时燃料油具有较高的流速和一定的压力，使得混和原料内部不同分子链中的分子之间产生剧烈碰撞并强制结合在一起，物料微粒化、乳化、混合、调匀、分散等在短时间内完成，充分实现液—液均质混合，可以得到细腻且延展性良好的优质混合制品。
5.过滤：采用三级过滤工序完成对金属含量和颗粒杂质的有效去除，每级滤网孔径不同。一级初滤工作温度92～96℃，压力0.4～0.45MPa，流量800～850L/min，进料量51～61L/(min·m2过滤面积)，去除胶质、沥青质和大于80μm铝、硅、矾等杂质；脱硫。二级过滤工作温度92～95℃，压力0.4～0.45MPa，流量800～850L/min，进料量51～61L/(min·m2过滤面积)，去除大于40μm铝、硅、矾等杂质；脱硫。三级过滤工作温度95℃，压力0.4～0.45MPa，流量650～700L/min，进料量40～45L/(min·m2过滤面积)，主要脱除胶质、沥青质和直径大于10μm铝、硅、矾等颗粒物杂质。
6.检验及储存：成品油通过检验后，输入清洁的成品罐存放。为防止本本发明船用燃料油在储存过程中发生氧化变质，不可重复加温，存放期在七天以上的进行常温储存，密封、避光、与流通空气隔绝。条件允许时，充入氮气形成油品表面保护层，防止燃料油与氧气接触。
为进一步研究、分析和评价本发明船用燃料油油品质量，对其原料、产品的油样进行了取样及油品检测实验。根据疏浚工程船的燃料油要求和燃料油使用经验，将优化配比并深度净化后的船用燃料油产品(实施例1：按重量百分比计，基础原料为68.0％的常减压渣油，15％的蜡油，10％的柴油及7％的油浆；实施例2：按重量百分比计，基础原料为45％的常减压渣油，30％的蜡油，13％的柴油及12％的油浆)的检测结果、检测方法及船用燃料油相关国家标准、国际标准列于表7中。
《船用燃料油国家标准(GB/T 17411-2015)》是参照《International Standard–Specification of Marine Fuels[ISO 8217:2012(E)]》制定的，除在RME 180cst燃料油针对硫含量提出的要求中，国际标准推荐按照排放法规要求执行，而国家标准根据排放法规给出了具体要求之外，对其它性能指标的要求二者均保持一致。
表7本发明船用燃料油产品检测结果
由表7检测结果可知，各项技术指标均处于国家标准中船用RME 180cst燃料油的推荐值范围内，可见其燃烧性能、燃烧产物的构成和燃油管理指标均达到国家标准对180cst燃料油的要求，能够满足船用柴油机的正常工作和运转。现结合国家标准相关要求对船用高标准180cst燃料油产品的技术指标检测结果做以说明。
(1)运动粘度
实施例1和实施例2所得到的船用燃料油产品在50℃时的运动粘度分别为169.1mm2/s、172.2mm2/s，满足RME 180cst燃料油对其运动粘度指标的要求。
(2)密度
参照国际标准要求，对15℃时的密度进行检测。实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的密度均为986.4kg/m3，标准要求的最大密度为991.0kg/m3，实施例1和实施例2所得到的船用燃料油密度均满足要求。
(3)计算碳芳香指数CCAI
作为混调燃料的高标准180cst燃料油产品，目前主要采用CCAI值来测定其发火性能。测试结果显示，实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的CCAI值分别为856.2、856.0，满足标准不大于860的要求。
(4)硫含量
国家标准根据MARPOL公约附则VI的要求，推荐RME 180cst燃料油的硫含量不大于3.50％(m/m)。实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的硫含量值分别为0.764％(m/m)和0.57％(m/m)，满足国家标准要求。
(5)闪点(闭口)
实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的闭口闪点分别为127.5℃、102.0℃，远远高于标准中规定的最低值，安全性能良好，不易发生火灾。
(6)总酸值
实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的总酸值分别为0.55mgKOH/g、0.29mgKOH/g，与标准中要求的最大值2.5mgKOH/g存在较大偏差，即虽然在加工、生产和储存过程中可能造成酸性物质增多，但不会引起不必要的腐蚀。
(7)总加速沉积物
当改变燃料油基本原料的混兑比例或对燃料油进行加热时，燃料油可能会析出沉淀物，即其热稳定性会受到影响。总加速沉淀物就是用于表征燃料油热稳定性的技术指标。实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的总加速沉积物分别为<0.01％(m/m)、0.02％(m/m)的值，满足标准中不大于0.10％(m/m)的要求。
(8)残炭
实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的残炭值分别为7.40％(m/m)、6.81％(m/m)，均低于标准中15.00％(m/m)的要求，说明燃料油中胶质和不稳定化合物的含量控制的比较好。
(9)水分
实施例1所得到的船用燃料油中仅能检测到水分痕迹，远低于标准限制的0.50％(V/V)；实施例2所得到的船用燃料油中的水分含量达到标准上限值0.50％(V/V)。燃料油在进机使用前还需经过净化系统脱除水分，即便产品中水分含量相对较高，通过净化环节的加热、沉淀、过滤、分离作用可有效除去水分，保证进机燃料油的水分含量满足要求。所以实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的水分体积含量均处于标准要求范围，认为产品的水分指标达标。
(10)灰分
实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的灰分质量百分含量分别为0.024％、0.050％，满足标准中不大于0.070％的要求，可有效降低对柴油机机件造成的磨损。
(11)沥青质
RME 180cst燃料油的相关标准中提出了残炭、总沉积物的限定要求，通过这两个指标即可判定燃料油中的沥青、胶质等重质成分，因而未对沥青质做出要求，但是习惯上用沥青质这一指标进行评价。按照中燃供系统要求，应将沥青质质量百分含量控制在6％以下。由检测结果可知，实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的沥青质质量百分含量分别为2.90％、1.39％，数值较小，满足要求。
(12)倾点
实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的倾点均为9℃，处于标准规定的最大值30℃范围内，说明其低温流动性和泵送性满足标准要求，可以正常输送。
(13)钒、钠含量
实施例1中钒含量4mg/kg，钠含量4mg/kg，实施例2的钒含量3mg/kg、钠含量7mg/kg，远小于标准要求的极限值150mg/kg、50mg/kg，均满足标准要求。
(14)铝+硅含量
按照常规调油的工艺过程，铝和硅是在催化裂化过程中混入中间产物油浆中的催化剂粉末，它们呈坚硬的细小颗粒，若其含量较多必然会加剧柴油机机件的磨损，所以应该在油品质量检测中给与特别关注。
检测结果显示，在经过深度净化工艺处理后，实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的铝+硅含量分别降低至6mg/kg、8mg/kg，大大降低了燃料油对机件的磨损概率。这一指标的达标同时也进一步验证了深度净化工艺的有效性和可靠性。
(15)热值
《船用燃料油国家标准》附录E说明：除了其它性能规范需要外，在燃料的生产中不控制热值；残渣燃料油的总热值和净热值可用以下两个方程计算：
QRgv＝(52.190-8.802ρ15210-6)×[1-0.01(wW+wa+ws)]+0.0942ws (1)
QRnp＝(46.704-8.802ρ15210-6+3.167ρ1510-3)×[1-0.01(wW+wa+ws)]+0.0942ws-0.02449wW (2)
式中：QRgv为总热值，单位MJ/kg；QRnp为净热值，单位MJ/kg；ρ15为15℃时密度，单位kg/m3；Ww为水分，以质量分数表示；Wa为灰分，以质量分数表示；Ws为硫含量，以质量分数表示。
将表7中实施例1的相应检测数据代入公式(1)和(2)，计算总热值和净热值分别为43.60MJ/kg、41.24MJ/kg，二者的差值即为水分对热值的影响，数值上约为2.36MJ/kg。
表7中实施例2的检测结果显示，实施例2的总热值、净热值分别为42.88MJ/kg、40.46MJ/kg，二者差值为2.42MJ/kg。
比较热值的计算值和测量值，计算结果虽然比测量结果略大，但两组结果数值上比较接近，且水分对热值影响的计算差值和测量差值基本相等，说明是计算方法与测量方法存在一定偏差，两组结果均具有一定的准确性。鉴于热值计算值是根据实测数据计算得到的，而且根据经验，180cst调和油的净热值和总热值只要分别大于38MJ/kg、40MJ/kg就认为其放热量满足要求，因而判定高标准180cst的热值满足要求。
(16)清洁度
实施例1和实施例2所得到的船用燃料油的清洁度等级均为1级，说明其清洁性比较高。
(17)钙、锌、磷含量
标准中要求燃料油应不含使用过的润滑油，符合钙>30mg/kg且锌>15mg/kg或钙>30mg/kg且磷>15mg/kg时，认为燃料油含有使用过的润滑油。高标准180cst产品1的钙、锌、磷含量分别为2mg/kg、2mg/kg、0mg/kg，产品2的钙、锌、磷含量分别为4mg/kg、1mg/kg、3mg/kg，说明高标准180cst中不含使用过的润滑油。
综合上述分析，本发明所提供的船用燃料油的各项技术指标均满足GB/T17411-2015和ISO 8217:2012的相关要求。
为充分分析本发明船用燃料油对机器设备的影响，在一工程船舶上进行了应用试验。在主机(主机为中速四冲程涡轮增压柴油机，型号12V38B，名义缸径380mm，标定功率8700kW，标定转速600r/min)使用本发明船用燃料油运行6000小时后，进行吊缸检修。对使用燃料油影响较大且能够直接反映柴油机运转状态的缸套、活塞组件、气阀机构、喷油泵等相关数据进行研究和分析。
1.气缸套
对主机进行吊缸拆检，测量其气缸套内径的磨损情况。为全面考察气缸套在实际使用过程中的整体磨损情况，沿轴线方向从上到下分别选取5个不同位置，在前后、左右2个垂直方向进行测量。具体的缸套内径测量数据列于表8中，其中A、B分别表示两列气缸，I、II、III、IV、V表示5个轴向测量位置，X、Y分别表示前后、左右2个测量方向。
通常用圆度和圆柱度来表示气缸套内径磨损后的几何形状误差。所谓圆度误差是指被测零件上指定横截面的两个相互垂直直径差的一半，即
式中：t′为指定横截面的圆度误差，mm；Dx、Dy分别为指定横截面上两个互相垂直的直径，mm。
圆柱度误差用被测零件上指定纵截面上数个测量直径中最大与最小直径差的一半表示，即
式中：u′为指定纵截面的圆柱度误差，mm；Dmax、Dmin分别为指定纵截面上的最大和最小直径，mm。
将表8中的数据按公式(3)、(4)进行处理后，得到气缸套内圆表面的圆度误差和圆柱度误差，列于表9、10中。
表8.气缸套直径测量结果(mm)
表9.气缸套内圆表面圆度误差(mm)
表10.气缸套内圆表面圆柱度误差(mm)
主机气缸套名义直径为380.00mm，轴向5个测量位置的缸套直径磨损极限值分别为DI＝380.90mm，DII＝380.60mm，DIII，DIV，DV＝380.30mm，缸套圆度误差允许值为0.20mm。从表9、表10中所列数据可以看出，主机各缸套在使用中虽然有所磨损，但磨损程度均较轻，远低于规定的缸套直径磨损极限值，而且缸套磨损后的圆度误差也处于允许范围内。柴油机说明书中未给出圆柱度误差允许标准，但根据船舶工业行业标准CB/T3503-92要求，缸径在300mm～400mm之间的缸套，圆柱度极限值为0.23mm，表10所列圆柱度误差计算值远小于极限值。综合以上分析，气缸套工作状态正常。
2.活塞环与环槽
燃料油的油品质量直接影响燃烧效果，也决定了作用在活塞组件上的作用力的大小，导致活塞环与环槽产生撞击磨损。因而在吊缸检修时对活塞环槽的高度值进行了测量，以判断活塞环与环槽的磨损情况。主机的活塞头部共有三道活塞环，测量时取以活塞外圆面为基准沿径向向内3mm处为测量点，在每道环槽周向取前、后、左、右4个方向分别测量环槽磨损后的高度值，具体数据见表11。
该主机活塞头部各道活塞环槽的正常高度分别为：第一道环槽10.20～10.23mm，第二道环槽10.15～10.18mm，第三道环槽10.06～10.09mm；各道活塞环槽的磨损极限分别为：第一道环槽10.50mm，第二道环槽10.50mm，第三道环槽10.20mm。
表11.活塞环槽高度测量结果(mm)
从表11的数据可见，三道活塞环槽的高度值基本处于正常范围，仅个别环槽略超出正常高度范围，但与磨损极限相距甚远，说明活塞环与环槽磨损正常。
另外，该主机活塞为组合式结构，活塞头与活塞裙之间的正常高度为0.14～0.18mm，磨损极限>0.5mm。经测量，其间隙在周向4个位置均满足正常要求。
3.气阀机构
燃料油品质变化时，可燃气体和废气的成分都随之变化，不仅会加剧气阀阀杆与导管之间的磨损，而且气体倒灌进入气道会直接造成气阀阀盘的烧蚀。所以在吊缸检修时对进、排气阀的阀杆直径和气阀导管内径分别进行了测量和比对，同时对气阀厚度和烧蚀面积进行了检测。气阀机构的具体测量数据为：气阀阀杆直径d1(沿轴向选取3个测量点)、阀盘厚度y、烧蚀面积z及气阀导管内径D(沿轴向选取2个测量点)。由于气阀数量较多，仅选取A列1#缸的进、排气阀进行相应测量，具体测量结果列于表12，其中A、B指进气阀，C、D指排气阀。
该主机进、排气阀阀杆直径d1的磨损极限值为27.9mm，导管内径D的磨损极限值为28.3mm，阀盘厚度y的磨损极限值要求介于11.00mm～12.00mm之间，阀盘烧蚀面积z的磨损极限值为1.0mm，气阀阀杆与导管之间的最大间隙允许值为0.350mm。从表12中的测量数据可以看出，各气阀阀杆和导管直径、阀盘厚度和烧蚀面积均符合要求，且与极限值尚存在较大裕度，说明使用自产高标准180cst燃料油并没有对柴油机气阀机构造成明显影响。
表12.气阀机构测量结果(mm)
4.高压油泵
高压油泵作为燃料油输送的动力源，直接与燃料油相接触，受其影响也最大。该主机使用本发明船用燃料油运行6000小时后对高压油泵进行拆检，具体数据见表13、表14。
表13.高压油泵拆检数据
表14.喷油泵喷射定时测量数据
滑动性试验和压力试验表明柱塞套筒偶件、出油阀偶件密封良好，齿条及齿套磨损正常，零位准确。表14中的数据表明，各缸高压油泵的喷射定时均匀、一致，符合说明书规定。
综合分析上述船舶主机各项吊缸检测数据可知，本发明船用燃料油在使用中并未造成主机任何部件的异常损坏，主机相关部件的数据均处于允许范围内，说明主机工作状态正常，使用安全。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。