臺灣博碩士論文加值系統

本研究對最新的防止船舶污染國際公約及排放管制區與港口規定作一綜合性的整理與簡介，以及船舶於排放管制區內受限制的港口時，在短期使用低硫輕油後使船上柴油機燃油噴射泵之精密偶件柱塞與導筒失效，造成發電柴油機失去動力的案例，也使船企造成營運上的困擾進行實體的研究。
參考各家不同柴油機廠商及美國動力研究公司所發佈的技術情報及國外有關文獻對低硫輕油缺乏潤滑的主要元素做客觀性的測試與建議來探討使用低硫輕油時讓柴油機引擎因為燃油噴射泵的柱塞過度磨損而無法啟動，因此危及船舶操作上的安全問題。
本技術核心為針對柴油機燃油噴射泵的作動、燃油品質，特別是混合燃油所含液態催化裂解 (F.C.C.) 粒子以及低硫輕油的低潤滑特性的主要元素，造成噴射偶件過度磨耗及潤滑不足而磨損進行對照性(燃油化驗報告)比對。本研究以實船實例做對象，彙整該船發電柴油機燃油噴射泵使用的時數、保養技術資料，發生事故及實測數據與船隊運轉時間作實質的比對研究，本研究結果證實柴油機之燃油噴射泵在使用低硫輕油時因缺乏潤滑元素使潤滑性降低而造成加速磨耗而故障的主因，與未來發生故障時的應對措施來降低船舶操作上的風險。

This research report is made for a brief introduction in the updated MARPOL Regulations and Port Regulations of the Emission Control Areas (ECA) and focusing on the plunger and barrel’s failure of fuel injection pumps of diesel engine after short operation by using low sulphur marine gas oil when ship berthed in the restricted ports of ECA, which also increasing hard operation for the shipping company.
Based on technical issues from different diesel engine manufacturers and the U.S. Power Research Inc. and concerned technical papers from other countries with their conclusions and suggestions regarding the low lubricity character of low sulphur marine gas oil. The main purpose of this research report is to investigate the auxiliary engine power failure due to wear to the plungers of fuel injection pumps, thus jeopardizing the safety of the vessels' operations.
The core of this research is focusing to the action of the fuel injection pump, fuel injection and fuel quality, especially contents of the FCC particles of blending heavy fuel and the character of low lubricity of low sulphur marine gas oil, the result of this research report is a compilation of studies utilizing individual cases through investigation, trial and interview, as well as comparison and analysis of information gleaned through the fleet of the shipping company involved in the study.
This research concluded that low lubricity of low sulphur MGO which will be caused the failure or premature of plunger & barrel of fuel injection pump, and the countermeasures against the trouble of fuel injection pump so as to minimize the risk during ship’s operation in future.

摘 要 …………………………………………………………………..I
Abstract II
目 錄 …………………………………………………………………III
圖目錄 ……………………………...………………………………..VIII
表目錄 ………………..………………………………………………...X
第一章 緒 論 1
第一節 研究背景、限制範圍與動機 1
第二節 研究目的 3
第三節 研究方法與架構 3
一、研究的方法 3
二、研究流程 5
第二章 文獻回顧 7
第一節 防止船舶污染國際公約與港口國限硫排放的規定 7
一、防止船舶污染國際公約附件VI 8
二、歐盟議會指令(Directive) 9
三、加州空氣資源局規定(California Air Resources Board, CARB) 9
第二節 船上使用低硫燃油時的風險通告 13
一、美國排放管制區的警告 14
二、驗船協會的通告 15
三、柴油機廠商的通告 15
第三節 燃油生產種類規格與輪機管理人需瞭解的問題 16
ㄧ、燃油生產過程與產品種類 17
二、燃油取樣與油品不符合產生的問題 19
三、限硫含量法規修改後仍有不符合的油樣問題 23
四、船上輪機員應對與處置 26
五、柴油機燃油特性與規格範圍 28
第四節 市場船用輕油規格與港口油價 29
一、燃油規格的修改 29
二、低迷的海運市場 31
三、燃油的價格 32
四、加油時輪機員最大的困擾 33
五、低硫輕油化驗報告統計 35
第五節 船上柴油主機燃油噴射泵 37
一、柴油機燃油噴射泵的發展 38
二、燃油噴射泵的功用 39
三、柴油機燃油噴射泵結構與工作原理 39
四、常用布許式(Bosch type) 燃油噴射泵內部偶件的檢查 44
五、船上燃油噴射泵定期保養與未來面對的問題 44
第三章 柴油機使用低硫輕油的風險與國外研究報告 48
第一節 柴油機使用低硫輕油時常見的問題 48
第二節 柴油機廠商的對應與技術通報 49
一、Makita MAN B&W主機Jul 16, 2009通告 49
二、Yanmar柴油機技術通告 50
三、Daihatsu柴油發的技術情報摘錄 51
第三節 國外研究的技術通報 53
一、美國動力研究公司(Power Research Inc.)發表文獻 53
二、船用柴油機二行程與四行程引擎製造商的解決方案 53
三、低硫輕油有關報導 54
第四節 廠商的技術通告以及對機件潤滑技術 58
一、INNOSPEC公司技術通報 58
二、日本兵神泵(Heishin Pump)廠商使用低硫油技術通告 59
三、國際標準組織對燃油有關報導 59
第四章 柴油發電機燃油噴射泵故障個案的研究 61
第一節 船上燃油系統與使用規格及引擎規格 61
一、燃油系統 61
二、燃油使用規格 63
三、柴油發電機引擎規格 65
第二節 柴油發電機故障案例 66
ㄧ、事故發生概述 67
二、船上使用燃油種類 67
三、柴油發電機確定使用低硫油無法啟動 68
四、系統柱塞偶件及油泵軸封漏油 69
五、測試另二台電機情況正常 70
六、依廠商建議操作檢查情況不樂觀 70
七、檢修並送廠測確定原因所在 71
八、初步確定故障原因 72
九、添加潤滑劑混入低硫輕油使用 73
十、初步事故檢討 74
第三節 燃油噴射泵偶件之研究 75
ㄧ、影響噴射偶件正常使用壽命 75
二、柴油發電機故障的燃油噴射泵測量數據比較驗證結果 75
三、柴油發電機故障的燃油噴射泵的研究結果 89
第五章 結論與建議 91
第一節 結論 91
第二節 建議 92
一、低硫輕油凸顯的問題 93
二、低硫輕油使用建議解決辦法 93
參考文獻 .................................................95
附 錄 ..................................................................................................100
[附錄一] 美國海岸警衛隊海上安全警告03-09 100
[附錄二] 美國海岸警衛隊海上安全警告11-01 101
[附錄三] 船舶進入ECA時輪機長的準備作業流程 102
[附錄四] 改換燃油與輕油時操作時的挑戰 103
[附錄五] 對低硫重油更進一步的瞭解 104
[附錄六] DNVPS潤滑值測試的建議 105
[附錄七] 掌握燃油的潤滑性 106
[附錄八] 加州空氣資源局海事通告2011-2 108
[附錄九] 加州空氣資源局海事通告2011-3 109
[附錄十] 加州空氣資源局海事通告2011-4換油記錄表 110
[附錄十一] 加州空氣資源局海事通告2011-5，安全豁免 111
[附錄十二] 航行於土耳其水域使用低硫油的新規定 113
[附錄十三] 潤滑度測試方法與使用添加劑後磨損率比較 114
[附錄十四] 燃油的潤滑性及一般對潤滑性的的誤解 115
[附錄十五] INNOSPEC說明低硫輕油的改善措施 116
[附錄十六] 潤滑添加劑說明與添加比例 118
[附錄十七] Makita主機使用低硫燃油導則 119
[附錄十八] Yanmar引擎6EY18AL燃油使用品質標準 121
[附錄十九] 輪機長的測試報告 122
[附錄二十] 三菱服務通報-使用FCC燃油不適當的預防 123

圖目錄
圖1-1 研究流程圖 6
圖2-1北海與波羅地海的硫氧化物排放管制區 7
圖2-2 加州沿岸規劃水域排放管制區範圍 12
圖2-3 原油提煉過程 18
圖2-4 原油分類產品 19
圖2-5 2012年3~4月收集各港油樣含硫量超標的統計圖 24
圖2-6 船隊於加油港所加燃油中含矽鋁粒子總量 28
圖2-7 電℃機布許式噴射泵分解圖 41
圖2-8 主機布許式噴射泵結構圖 41
圖2-9 布許式與溢油型燃油噴射泵比較圖 42
圖2-10 Spill valve燃油噴射泵內部構造圖 44
圖2-11 船上主機上部排氣閥與燃油噴射泵實際之排列圖 46
圖2-12 船上主機燃油噴射泵定期拆檢保養清潔 46
圖3-1 流體動力潤滑 57
圖3-2 界面潤滑 57
圖4-1 船用發電柴油機引擎燃油系統圖 62
圖4-2 故障柴油發電機引擎外觀圖 66
圖4-3 第1號柴油電機引擎高壓油泵柱塞 69
圖4-4 使用低硫輕油時拆檢油泵以及黏度太低軸封漏油情況 70
圖4-5 第3號柴油電機引擎燃油噴射泵柱塞 71
圖4-6 第1號電機燃油噴射泵柱塞檢測 72
圖4-7 燃油噴射泵新偶件測量 76
圖4-8 原裝燃油噴射泵新偶件 76
圖4-9 新舊燃油噴射泵測量比較 76
圖4-10內部偶件測量記錄 76
圖4-11 第1組燃油噴射泵原裝新品柱塞與導筒測量尺寸 79
圖4-12 第2組燃油噴射泵原裝新品柱塞與導筒測量尺寸 79
圖4-13 第3組燃油噴射泵原裝新品柱塞與導筒測量尺寸 80
圖4-14 第1號電機燃油噴射泵舊品尺寸圖 83
圖4-15 第3號電機第1、2、3缸燃油噴射泵偶件尺寸圖 87
圖4-16 第3號電機第4、5、6缸燃油噴射泵偶件尺寸圖 88

表目錄
表2-1 北海與波羅地海與美加的限硫管制區使用燃油之含硫量限制 8
表2-2 歐盟排放管制區規定 9
表2-3 加州空氣資源局海事通告文號2011-2 (1/Dec/2011生效實施) 11
表2-4 船舶進入加州不符合規定的罰款 13
表2-5 船隊所加燃油中較高矽鋁粒子含量船隻的統計表 27
表2-6 市場船用輕油規格(含硫量＜0.1%) 30
表2-7 船用蒸餾油規格摘要 31
表2-8 散裝船舶SPOT T/C租金 32
表2-9 船用燃油種類與油價關係表 33
表2-10 世界主要港口油價表 (2012年4月20日市價) 33
表2-11 船上低硫輕油化驗報告摘要 36
表4-1 各加油港口所添加至船上的燃油與輕油成份單據與化驗統計 64
表4-2 A輪柴油發電機引擎規格 65
表4-3 立陶宛港口燃油加油單 68
表4-4 聖彼得堡加油單 68
表4-5 潤滑添加劑使用後同型船的運轉時數統計 74
表4-6 原裝燃油燃油噴射泵新品測量記錄 77
表4-7 三組原裝新品燃油噴射泵偶件測量表 78
表4-8 第1號電機拆下4組故障燃油噴射泵內部偶件測量數據 82
表4-9 第1號電機4組故障燃油噴射泵偶件測量表 83
表4-10 第3號電機燃油噴射泵測量報告 85
表4-11 第3號電機1、2、3缸燃油噴射泵測量記錄 86
表4-12 第3號電機4、5、6缸燃油噴射泵測量記錄 87
表4-13 故障的2組燃油噴射泵原廠測量報告 88
表4-14標準間隙、磨耗範圍 90

[1]US Cost Guard Marine Safety Notice, Fuel System & Fuel Switching Between Residual Fuel Oil & Marine Distillates, May 2009.
[2]USCG Marine Safety Alert, Alert 03-09, Jun 2009.
[3]Class NK Technical Information No.TEC-0797,Use of low sulfur fuel under the EC Directive 2005/33/EC, and Design & Operational Issues and for Use of Low Sulphur Fuels in Diesel Engine & Boilers (attachment) 1(1/3).Dec. 2009.
[4]CARB, Marine Notice 2011-2, Advisory to owners and operators of ocean going vessels visting California ports, Nov.2011.
[5]IMO MEPC.1/Circ.778, List of special areas under MARPOL and particulary sensitive sea area, Jan 2012.
[6]IMO MEPC.1/Circ.723,Information on North American emission control area(ECA) under MARPOL Annex VI,13 May 2010.
[7]DNV Managing risk, MARPOL 73/78 Annex VI, Regulations for the prevention of air pollution from ships. 2009.
[8]Directive 2005/33/EC of the European Parliament and of the Council (amending Directive 1999/32/EC) of 6 July 2005.
[9]California Air Resources Board, Marine Notice 2009-4, June 2009.
[10]California Air Resource Board, Marine Notice 2011-2, Advisory to Owners or Operators of Ocean-Going Vessels Visiting, November 2011.
[11]California Air Resource Board, Marine Notice 2011-3, Non compliance fee provision information and submittal forms, November 2011.
[12]California Air Resource Board, Marine Notice 2011-4, Information on record keeping requirements, November 2011.
[13]California Air Resource Board, Marine Notice 2011-5, Safety exemption and notification form, November 2011.
[14]USCG Marine Safety Alert, Alert 11-01, July 2011.
[15]Lloyd Register FOBAS, Practical Guideline for Handling MARPOL 73/78.AnnexVI Regulations 14 & 18. 2009.
[16]ABS Seminar, Environmental Updates for the Maritime Industrial, 18 Nov 2011,Taipei.
[17]Mitsui/MAN B&W, Guidelines for Using Low Sulfur Fuel Oil (Distillate Fuel) on Mitsui-Man B&W Engine, August 2009.
[18]UE Technical Information-Notice for Using Low Surfur Fuel Oil, No.0245, May 2005.
[19]Yanmar Service News, Use of Low Sulphur Fuel Oil (1.5%~0%), No.06-G-07-009-Rev.4 on July 2010.
[20]Daihatsu-A Guide About Using Low Sulphur Fuel Oil, Circular GS06-035A，March 2009.
[21]Daihatsu Letter-Fuel Changing Over Procedure from/to MGO to / from HFO, June 2009.
[22]Daihatsu Technical Information-Guidelines for using Low Sulphur Fuel Oil, 22 Dec. 2009.
[23]Innospecs Technical Introduction, Marine fuel process and product, 2010.
[24]International Organization for Standardization, ISO 8217 Fuel Standard for marine distillat fuels and for marine residual fuels, Forth edition 2010.
[25]FIS Supramax & Handy Size FFA Report 2012.
[26]經濟部能源局，國際燃油牌價價格2012.
[27]賈錫印、李曉波，柴油機燃油噴射及調節－柴油機的發展與概況1.1. & 1.2.，哈爾濱大學出版社2002年3月出版。
[28] 田文國，Sulzer spill型高壓泵之研究及實務2010。
[29]Makita MAN B&W, Guideline for using low surphur fuel oil, 16 Jul. 2009.
[30]Yanamr Service News, No.06-2-G-07-009-S-Rev.4,(Items on FO change over, FO cooler, etc. added) Use of Low Sulphur Fuel Oil, Oct 2009.
[31]Ralph E. Lewis, Technical Director. Safety & Integrity of Marine Fuel Pumps Operating on 0.1% Sulfur Marine Gas Oil. Dec. 2009.
[32]Innospecs Technical Bulletin.Understanding Lubricity & other Benefits to Marine Distillate Fuel, Issue No.1-02/2010.
[33]Ronald Oyer. DNV Petroleum Services-Fuel Management Sulphur solutions can creat problems, Feb. 2007.
[34]Ton Visser. DNV Petroleum Services-Fuel Management ,Why IMO sulphur tests will affect shipping, Jul. 2008.
[35] Class NK, The tenth meeting of Taiwan Technical Committee May 2010.
[36]Class NK Technical Seminar, Taipei, 16 Sep. 2010.
[37]Technology of Daihatsu DE series Engine 19 Nov. 2010.
[38]Daihatsu Technical Information. For Introduction of Carbon Coating Plunger. Jun. 2010.
[39]Innospecs Ltd, Technical Bulletin, Understanding Lubricity & other benefits to marine distillate fuel, Issue No.1, Feb. 2010.
[40] Innospes Technical Bulletin, Potential Reduction in Response of Combustion Improver Fuel Additives during Low Load Operation, Issue Aug. 2010.
[41]PRI Tech Bulletin-Fuel Lubricity. PRI-D Improves ULSD Fuel Lubricity, HFRR Lubricity Test Method.
[42]DNV Petroleum Service-Circular 29 Sep. 2009, Update on Marine Fuel Sulphur Requirement in European Community Waters from 1 Jan. 2010.
[43]Yanmar Technical Information. Use of Low Sulphur Fuel Oil, October 2009.
[44]Markus Matzke and Ulrike Litzow (Robert Bosch GmbH), Andreas Jess (University of Bayreuth), Rinaldo Caprotti and Graham Balfour (Infineum UK). Diesel lubricity requirements of future fuel injection equipment. 2009-01-0848.
[45] Ralph Lewis, Low sulphur MGO myth and reality, Bunker Spot Technical Issue, Aug/Sep. 2009.
[46] R.H. Barbour, D.J. Rickeard & N.G. Elliott, Understanding Diesel Lubricity, ESSO Research Centre, SAE Technical Paper Series. 2000-01-1918. 19~22 June 2000.
[47]The relationship between fuel lubricity & diesel injection system wear. By P.I. Lacey. March 1992.
[48]SAE Technical paper series 982569, Harm Free Use of Diesel Additives, By R.Caprotti, Exxon Chemical Ltd. 19~22 Oct. 1998.
[49]GL Customer Information. New Sulphur limit in marine fuel-guideline for maintaining engine and boiler safety and availability. Revision 1, 3 Nov. 2009
[50]哈子銘、田文國，評析船舶柴油機換用燃油時可能發生的風險船舶科技第38期 2010。
[51]田文國、葉榮華、哈子銘編著，輪機當值與管理。台灣海洋大學海運研究中心，2010。
[52]郭建強，美國加州沿岸航線的探討。中國航海學會航海技術. March 2011。
[53]田文國，航運技術研習會－船舶柴油機低速運行在性能的影響技術分析。 March 2010。
[54]UEC、B&W、Sulzer船用油機操作寶典，三菱重工，三井造船內燃機部，石川島播磨重工內燃機部，正和航業技術部編譯1986
[55]宋海清、閻邱祁鳴、張建榮，柴油組成對柴油潤滑性的影響，中國內燃機協會學術年會論文 2007。
[56]UK P&I CLUB 645號公告，與燃油更換有關的風險，2009年7月。
[57]UK P&I CLUB 669號公告，歐盟低硫燃油規定，2009年12月。
[58]安台生，周和平，海洋油汙染應變處理的研究，Jul. 2003.
[59]Shell網站-Ultra low sulphur diesel
[60] Bunker World Price, http://www.bunkerworld.com/prices/