导
读
随着船舶工业的不断发展,各种类型的船用柴油机经过几十年的不断发展,各种性能都有很大提高,科学技术的高速发展,各种新材料、新技术也越来越多地运用在船舶柴油机上,趋向于高温、高压、大功率、低排放(NO…)、低油耗(低燃油消耗和低润滑油消耗)、高的可靠性等。笔者从事船用润滑油研究、使用、管理多年,根据实际工作中的一些体会和案例,写成此文与同行交流。
1、船用润滑油市场简述
2008年,在金融危机爆发前,全球船用润滑油市场达到300万千升,从扇形船用润滑油分布图中可以看出:其中散货船、油轮和集装箱船占57%,其他主要是化学品船、杂货船、渔船、游轮、轮渡等等。
2008年全球加油量为300万千升,亚太地区供应量占全球供应量的40%左右,大约有120万千升,欧洲地区供应量占全球供应量的35%左右,大约有105万左右,美洲占15%,非洲、中东和印度约占10%。
由于船舶流动性大、技术服务水平高、供应要求及时、便捷等特点,需要国际上各石油公司在产品、网络和服务各方面全面发展。随着全球生产一体化的进展,生产产业链的全球配置已经形成新的分工协作体系,国际石油公司重组合兼并,大的跨国石油联盟纷纷成立,目前仅EXXON/MOBIL、SHELL、BP/CASTROL、TOTAL、CHEVRON等5家石油公司在国际船用油市场达到90%以上的占有率。
作为世界500强企业之一的中国石油,生产、供应的“昆仑”船用系统油和船用气缸油是通过国际两大柴油机制造商(MAN BW和WARTSILA)生产的缸径大于80以上的二冲程柴油机认证的国产船用润滑油,“昆仑”船用中速筒状活塞柴油机油也已通过国内各大知名柴油机厂的认证,产品质量达到当今国际同类产品的质量水平。在世界经济一体化进程不断加快的形势下,依靠积累产品认证、物流保障、技术支持等方面的国际经营与服务经验,已实现全球化供应服务网络,努力将“昆仑”品牌打造为国际化知名品牌。
2、船用柴油机油性能及选用
2.1船用柴油机的分类
船用柴油机按其运转速度分为三种:(1)高速柴油机,转速高于1500rpm;(2)中速柴油机,转速在1500到1000m之间;(3)低速柴油机,转速低于1000rpm。
2.2船用柴油机油的性能
船舶柴油机要求润滑油具备以下性能:
清洁性:清除部件表面形成漆皮和沉淀物的能力;
分散性:把不溶物悬浮在油中而不会沉积下来的能力;
热稳定性和抗氧化性:抵抗高温和空气氧化的能力;
中和性:中和燃烧期间所产生的酸的能力,即抗腐蚀磨损的能力;
抗拉缸性能:在高温条件下保持润滑油油膜的能力;
抗乳化性:受污染时能与水分离的能力;
抗水解的能力:抵抗水对添加剂的影响的能力;
离心分离性和过滤性能:有分离出不溶物的能力;
抗泡沫性能:滑油受激烈搅动时,抵抗气泡形成的能力。
2.3船用柴油机油的选用
船舶润滑油是船用柴油机必须使用的专用润滑油。它具有良好的耐水性和高碱值(减低高硫劣质燃料带来的酸性腐蚀)等独有特性,是陆用柴油机油无法替代的。船用润滑油的选择主要考虑以下两方面。
粘度等级:船用润滑油的粘度比较单一,航行环境气温偏高、发动机工况较差者应选用粘度等级高为宜,反之,可选择粘度较低油品。
质量等级:船用油的质量等级是以油品总碱值(TBN)的大小来区分的。油品碱值的选择十分重要:碱值过小,油品的酸中和能力不足会造成腐蚀磨损;碱值过大,添加剂量增大,也将增大油品的成本。
(1)船用系统油
系统油主要用于十字头发动机曲轴箱的润滑,曲轴箱和气缸之间由填料箱密封,燃烧产物和杂质不会进入曲轴箱中,使用环境相对(气缸油和中速机油)缓和,一般选择碱值稍低油即可。
(2)船用气缸油的选择
首先应考虑燃料的硫含量。船用气缸油的碱值与所用燃料中硫含量的对应关系如所示。
此外,在根据燃料硫含量选择气缸油碱值的同时,还应考虑柴油机的增压度。对低增压二冲程柴油机,燃料油硫含量不超过3%时,可选择TBN40的气缸油,对中、高增压的柴油机,燃料油硫含量大于2%时,就得选用TBN为5070的气缸油,目前用量较大的气缸油主要有5040、5070等。
(3)船用中速筒状活塞柴油机油
船用中速筒状机油兼有气缸油和系统油二者的全部特性,曲轴箱和气缸之间没有分开,燃烧产物和杂质会随未燃烧的中速机油沿着缸套流入进入曲轴箱中,润滑工况苛刻,对润滑油的使用要求更高,其选择也要根据发动机工况及燃料油含硫量选用。
目前经常使用的中速机油有4015、4030、4040等。
3、船用润滑油使用常见案例分析
案例1:系统油粘度、水分增长过快原因分析
某船发动机使用二冲程十字头系统油,累计运行时间50000h后,船上反映近期油品很脏、有水,经对油样化验分析,发现系统油粘度增长幅度达到85%,水分达到1%以上,不溶物含量较高,立即更换大部分新油,运转1000h后,对分油机前油样进行化验分析,油品粘度仍有较快增长,水分达到1%左右,不溶物含量偏高,对分油机后油样进行化验分析,发现粘度和不溶物含量变化不大,但水分含量却有增长,对油样进行金属含量分析,显示油中铁、钒含量均超出正常值,可能油品受来自燃料油及盘根箱废油的污染。
上船了解实际工况,发现该发动机活塞环在正常的更换周期内未进行更滑,磨损严重、变形,间隙过大,造成燃烧不好,燃料油及燃烧产物漏入盘根箱,盘根箱使用时间长,维护不好,密封效果差,致使燃料油及燃烧产物和盘根箱中废油一起漏入曲轴箱中,使得曲轴箱中系统油变质速度加快,油泥增多,油品粘度和不溶物含量增长速度较快。
从分油机前后油样分析数据对比来看,分油机分离效果不明显,且水分有增大现象,船上检查分油机系统后发现,分油机内蒸汽线有内漏现象,造成油品经分油机后水分增大。该船分油机开动后加热温度低于55℃,油品分离时粘度较大,分离效果较差。
案例2:主机活塞环异常磨损、断环原因分析
某船进厂大修,主机为二冲程十字头发动机,航行300h后,船上反映气缸油过滤器出现频繁阻塞,经检查滤网上有丝状纤维物覆盖在表面,多次清洗依然如此,主机各缸活塞环出现异常磨损,特别是3、4缸各有一道环断裂,为查找阻塞原因,立即对气缸油供应渠道、时间进行调查,并取油样和滤网上的丝状纤维物分析。
通过对供应渠道调查发现,该船出厂前,船上私自接受了国内某地方小厂家生产的气缸油,该油品虽然理化指标与原用的“昆仑”牌船用气缸油接近,但产品没有经过柴油机制造商认证,生产工艺未通过国家质量认证,不能确保满足发动机使用要求,导致短期使用后,就发生活塞环异常磨损、断环现象。
对油样和滤网上的丝状纤维物分析,并与“昆仑”牌船用气缸油新油进行比对,该油品与“昆仑”牌船用气缸油添加剂品种、含量完全不同,确认不是“昆仑”牌船用气缸油,滤网上的丝状纤维物为该油中的添加剂组分,这种添加剂不能在润滑油中使用,但该厂为降低生产成本,自行加入,在使用中析出,导致滤网堵塞。
案例3:曲轴箱脏污原因分析
某船主机为中速机,燃烧重质燃料油,长期使用“昆仑”牌DCB4030 (TBN 30)中速筒状活塞柴油机油,近期突然反应曲轴箱内油泥很多、很脏,有粘环现象。立即取在用润滑油样和燃料油进行分析,本次润滑油样分析结果与前次分析结果对比来看,该油粘度、不溶物有明显上升和增加,特别是碱值有明显下降,与长期以来在用润滑油定期分析变化趋势不符。燃料油分析结果来看,除硫含量低于0.5%以外,其他各项指标均符合180CST的标准,且残渣过多。
经与船上沟通润滑油和燃料油采购和使用情况,船上表示,由于近期燃料油中硫含量较低,为降低润滑油成本,就私自更换使用CD40 (TBN 4)左右,导致在用油碱值明显下降。
由于国际上对排放要求越来越严,因此,燃料油均降低硫含量,但沥青质等杂质含量未降,燃油及其不完全燃烧产物对润滑油的污染依然很高,如果润滑油的溶解及分散性能不足,沥青质就容易在曲轴箱表面、燃油泵、活塞等部分形成沉积物,俗称“黑漆”。润滑油中的高碱值清净剂除具有酸中和作用外(润滑油中清净剂含量越高,碱值TBN也越高),还有清净效果,有助于分散燃油污染的沥青质而提高润滑油的清净分散性能,保持发动机活塞、曲轴箱干净,某些清净剂还具有抗氧化效果。选择油品不能仅根据硫含量选择润滑油的碱值,还要看其高温情境性和抗氧化能力。因此,使用CD40后,不足以满足使用要求,导致对在用机油使用性能和寿命影响较大,粘度和不溶物上升较快,曲轴箱脏污、活塞环粘结,严重影响航行安全。
现代大型船舶柴油机使用燃料越来越恶劣,对船用润滑油的要求也越来越高,在选用时,需要结合燃料油的综合性能,确定适当的润滑油。
每一种润滑油都必须根据柴油机技术的发展不断更新,在最新机型上实船试验后,获得柴油机厂商的认可和推荐,在选用时,尽量选用通过柴油机厂商认证的油品。
船用发动机油要求及使用维护与陆用发动机油明显不同,需要定期对在用油进行监测,通过分析,掌握设备当前润滑与磨损状态,对综合试验结果,从设备运行工况、成本、安全等方面全面考虑,及时采取有效措施,减缓油品劣化,减少不必要的损失和浪费,确保设备长周期可靠运行。
注:本文源于两年前的前辈所著,仅供分享参考。
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