벙커씨유(중질유분, B-C, B-B, B-A) 품질 문제

 

안녕하세요. EnerTravel입니다. 

오늘의 EnergyTok 주제는 '중유(Bunker Oil) 품질문제'입니다.

벙커c유 등 중유 계열 제품들의 종류와 특성에 대해서 궁금하신 분들은 아래 이전 발행글 링크를 참조 부탁드립니다.

 

2023.04.22 - [EnergyTok/정유·화학] - 벙커c유, 중유, Bunker Oil, 선박유, 해상유

벙커c유, 중유, Bunker Oil, 선박유, 해상유

 

석유제품의 품질기준과 검사방법 및 검사수수료에 관한 산자부 고시

 

중유는 내연기관/보일러용 및 각종 노(furnace)용 등의 연료로서 아래 기준에 충족하여야합니다.

항목/등급	A 중유(B-A유)	B 중유(B-B유)	C 중유(B-C유)
인화점 (℃, Flash Point)	60 이상	65 이상	70 이상
동점도 (50℃, ㎟/s)	20 이하	50 이하	540 이하
유동점 (℃, Pour Point)	5.0 이하	10.0 이하	-
잔류탄소분 (부게%)	8 이하	12 이하	-
물과 침전물 (부피%)	0.5 이하	0.5 이하	1.0 이하
회분 (무게%)	0.05 이하	0.10 이하	-
황분 (무게%)	2.0 이하	3.0 이하	4.0 이하

저유황중유의 공급지역 및 사용시설의 범위는 <대기환경보전법> 시행령 제40조 및 별표 10의 2에 따른다

* 비중/ 유동점/ 질소함량 등을 추가한 별도 생산/판매규격 운영하는 경우가 많다

 

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중유(Bunker Oil) 품질 평가

 

 

비중(15/4℃ or 60F/ 60F)

 

- 연료의 전체적인 성상을 대표하는 지표로서 중량 및 중유 물량 계산에 필요

- 통상 B-C유의 경우 0.93 내외(경유 0.85, 물 = 1.0) 

- 15℃(60F) 연료질량을 동 부피의 순수 4℃(60F)에서 갖는 질량으로 나눈 수치

- 15/4℃는 국내 및 일본, 60 F/ 60F는 서양에서 사용 

- 비중에 따른 성상 변화 예측

: 처리 원유 및 제조방법이 동일한 경우 비중이 크면 다음과 같은 경향추정 가능

→ 단위 부피 용량당 발열량이 커진다

→ 점도가 높아진다

→ 수분 및 침전물의 분리가 용이하지 않게 된다

→ 유황 함량이 높아진다

→ 회분 및 금속함량이 높아진다

→ 잔류 탄소분이 많아진다

 

발열량

 

발열량은 일반적으로 비중과 정비례 관계를 보이며 석탄 대비 발열량 우수

(동일한 열량을 얻기위한 연료양 → 석유 : 석탄 = 1 : 1.75)

연소에 필요한 공기량이 적어 과잉공기에 의한 열손실이 적으며, 연소의 조절이 용이하여 점화 및 소화가 간편

- 총 발열량 : 수분의 증발 잠열을 포합 한 값

- 순 발열량 : 수분의 증발을 뺀 순수한 연소열량

* 일반적으로 비중과 정비례 관계

 

인화점 (Flash Point)

 

연료가 인화할 수 있는 최저 온도, 연료유가 인화점 이하의 온도에서는 인화 또는 발화의 위험성이 없다는 안전 지표

- 인화점, 연소점, 발화점 차이 

: 인화점 : 연료를 가열하여 생성된 연료증기에 외부 불꽃/스파크가 접근하였을 때 순간적으로 인화할 수 있는 최저온도

: 연소점 : 연료의 온도가 인화점보다 높게 되면 착화 후 연소가 계속되는데, 이때의 온도를 연소점이라 하며 인화점보다 7~10℃ 높음

: 발화점 : 연료를 고온으로 가열할 때, 외부의 불꽃이나 열원 없이도 자발적으로 착화가 가능한 최저온도

 

*석유제품의 인화점과 발화점

제품	인화점 (℃)	발화점 (℃)
휘발유	-40 이하	250~300
등유	30~60	255
경유	50~90	350
중유	60~170	250~380

 

 

수분 및 침전물 (Water & Sediment)

 

- 연료유 중에는 통상 0.05~0.1 Vol% 정도가 포함되어 있으며 대부분 외부 오염에 의한 것임

- 수분 및 침전물과 슬러지의 구분

→ 수분 및 침전물 : 물과 먼지, 흙, 탱크부식물 등과 같은 무기물을 말함

→ 슬러지 : 혼유나 산화에 의해서 생성된 아스팔텐, 검(Gum), 수지성분과 같은 유기물을 말함

- 생성 원인

→ 탱크의 누수, 부적절한 밀폐로 인한 수분 및 외부물질의 탱크 내 유입

→ 수분의 응축, 예열장치의 누수에 의한 녹 또는 부식물의 생성

- 수분 및 침전물에 대한 문제점/대책

→ 발열량을 저하시킨다

→ 착화가 불확실하게 되어 불착화를 일으키기 쉽다

→ 슬러지 생성의 원인이 될 수 있다

→ 버너의 노즐, 여과기나 배관을 막히게 한다

→ 펌프나 유량계 등을 마모 또는 손상시키는 원인이 된다

→ 화염의 맥동등과 같은 연소상태의 불안정을 가져오며 연소상태가 정지될 수 있다

→ 장치 부식을 일으킨다

▷ 주기적인 여과기 청소 및 수분배수 (저장탱크 1회/월, 공급 탱크는 1회/주) 실시

* TSP(Total Sediment Potential) :

저장안정성(1년 저장조건 모사) 측정항목으로 100℃ 14hr Aging후 이물질 함량 측정

TSP가 높으면 저장안정성 악화로 이물질이 생성되고 필터 막힘 및 Purifier효율 저하

 

잔류 탄소분

 

- 중질유 연소 시 고온에서 코크스상으로 남은 미 연소 탄소분을 말함 (열분해 시킨 후 남은 잔류분)

(비중이 증가할수록 탄소/수소비가 증가하게 되어 잔류 탄소분이 많이 존재함)

- 용어 정의

→ 고정탄소 : 화합물 중의 탄소를 의미함

→ 유리탄소 : 열분해과정에 의해 고온/고압에서 탄화수소로부터 유리된 탄소로 연료 내에 부유, 확산됨

→ 고착탄소 : 연료의 불완전연소에 의해 생성된 탄소로 연소상태가 호전되면 대부분 연소함 

→ 잔류탄소 : 공기가 없는 상태에서 휘발하지 않고 잔류하는 탄소로 고착탄소와 구별됨 

- 측정 방법

→ CCR (Conradson Carbon Residue - ASTM D 189)

→ RCR (Ramsbottom  Carbon Residue - ASTM D 524)

- 연소 시에 고착탄소 발생 원인

→ 잔류 탄소분에 의하기보다는 연료의 예열 부족 및 부적절한 공연 비에 연소 불량

→ 연소실이 너무 작으면 분사된 연료가 연소실 벽에 부딪혀 탄소분이 고착됨

 

점도(Viscosity, cst)

 

동점도 : Kinematic Viscosity : 제품의 온도에 따라 유동적으로  변함 (온도 ↑, 동점도 ↓/ 온도 ↓,  동점도↑)

- 유체의 흐름에 대한 저항을 나타내며 연소상태 및 연료공급계통에 영향을 줌. 점도가 낮을수록 묽은 성상을 가짐

(일반적으로 비중이 크면 점도도 크나 항상 비례하지는 않고 정제방법, 원유종류 및 배합 성분에 따라 다양하게 변하며 사용자가 일정범위 내 온도 조정하여 사용)

-점도에 따른 문제점(연료의 분무상태에 영향을 미치는 요소)

: 점도가 높고 예열온도 낮을 경우

→ 연료 이송이 어려움

→ 버너에 도달하는 연료량이 불충분하여 점화가 어렵고 조작상 오류 가능성 높음

→ 무화가 잘되지 않아 불완전연소가 발생하고 노즐 끝에서 뚝뚝 떨어지는 현상 발생,

→ 버너팁에 Carbon 축적으로 연소불량

: 점도가 낮고 예열온도 높을 경우

→ 많은 양의 연료가 버너에 유입되어 불완전연소가 발생함. (매연발생, 연소실 오염, 연료 손실)

→ 버너노즐에 카본이 발생 및 연소실벽면의 오손 등을 일으킴

-연료의 저장 이송 시 적정온도 및 예열온도

	저장탱크	서비스 탱크	버너전단
적정점도, cst	500~1000	250~500	20~45
예열온도, ℃	40~50	70~50	90

 

유동점

 

- 연료가 액체로서의 유동성을 갖고 있는 최고의 온도를 말하며 연료의 예열온도 결정 등 기계장치에 연료를 공급하는데 중요한 품질항목으로 너무 높으면 이송계통 (펌프 필터) 막힘 발생

- 통상적으로 동절기 유동점 30℃ 이하로 관리하며, 유통과정 온도하락 고려하여 출하온도는 50℃ 이상으로 유지 필요

- 중질유에는 아스팔텐이 많이 함유되어 있는데, 아스팔텐은 고분자량의 물질로 점도를 크게 하고 유동성은 하락

시료	점도, 50℃ cst		유동점 ℃
	아스팔텐 제거전	아스팔텐 제거후	아스팔텐 제거전	아스팔텐 제거후
A	525	125	7	21
B	498	345	13	21
C	568	183	18	29

- 유동점에 따르는 문제점

: 여과기를 막거나 펌핑을 불가능하게 한다

: 연료공급 계통을 막는다

: 연료유입량의 불충분으로 인해 불완전연소 및 불꽃이 튀기는 현상 발생

- 적정무화가 되지 않음으로써 매연, 검댕이가 발생한다

 

황분 (Sulfur) / 회분(Ash) /질소(N)

 

황분(Sulfur)

 

: 유황성분의 연소에 의해 발생하는 SOx는 대기오염 원인물질 (지역별 법적 규제치 충족 필요)

: 수분과 반응하여 생성되는 H2SO4는 부식물질

SOx를 줄이기 위해서는?

: 저유황 연료 사용

: Alkaline Cylinder Oil 사용 (중화)

: 연소가스 온도 조절

 

회분(Ash)

 

: 연료 외부/원유 자체에서 유입된 오염물질(금속성분/ 유기/ 무기화합물)중 연소되지 않은 성분들은 연소된 후 회분으로 잔류

: 연마제로 작용하여 버너팁, 펌프, 밸브 등 장비마모, 표면균열 보일러튜브라 전열면표면에 쌓여 열전달을 감소시킴

 

질소(N)

: 법적 규제치는 없으나, 대기오염 규제치인 질소산화물(NOx) 영향인자

 

오늘은 '벙커씨유(중질유분, B-C, B-B, B-A) 품질 문제'편이었습니다.
다음 글에서는 'IMO 2020'과  'Bunkering Biz'에 대해 알아보도록 하겠습니다~