張潤(rùn)香，劉功德，徐廣業(yè)，王莉，曹聰蕊，丁元慶，于濱

(中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心，遼寧 大連 116032)

近海漁船專用潤(rùn)滑油行船試驗(yàn)研究

張潤(rùn)香，劉功德，徐廣業(yè)，王莉，曹聰蕊，丁元慶，于濱

(中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心，遼寧 大連 116032)

文章介紹了在功率分別為540 kW(734 hp)、527 kW(717 hp)和115 kW(156 hp)船舶上完成900 h、1000 h和1100 h行船試驗(yàn)及過程油樣的采集、分析檢測(cè)及吊缸檢查等工作。根據(jù)油品監(jiān)測(cè)及吊缸檢查結(jié)果，在1000 h使用范圍內(nèi)，近海漁船專用潤(rùn)滑油性能穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)正常，未出現(xiàn)任何因發(fā)動(dòng)機(jī)油引起的行船故障，表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫清凈性、酸中和能力及抗氧化抗磨性能，能夠滿足近海船舶使用要求。

近海漁船，潤(rùn)滑油；行船試驗(yàn)

0 引言

為滿足近海船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑要求，充分考慮近海船舶用燃料現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心已完成“近海漁船專用潤(rùn)滑油”的開發(fā)并通過驗(yàn)收。在此基礎(chǔ)上，以大連金海順安船務(wù)有限公司油船、交通艇為基礎(chǔ)，進(jìn)行近海漁船專用潤(rùn)滑油適用性研究工作。經(jīng)過雙方的共同努力，已在功率分別為734 hp、717 hp和156 hp船舶上完成900 h、1000 h和1100 h的行船試驗(yàn)。行船試驗(yàn)表明，近海漁船專用潤(rùn)滑油滿足近海船舶發(fā)動(dòng)機(jī)1000 h換油期的使用要求。

1 實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)規(guī)范

1.1 試驗(yàn)船舶及油樣

試驗(yàn)船只為2艘大于700 hp油船，1艘小于200 hp交通艇。3艘船舶發(fā)動(dòng)機(jī)工況相似，船舶發(fā)動(dòng)機(jī)均為2012年前后生產(chǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)工況、零部件密封良好，無滲油漏油現(xiàn)象。大于700 hp油船主要為遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船提供油品運(yùn)輸及加注工作，交通艇主要任務(wù)為近海人員及物料運(yùn)輸，使用燃油為非標(biāo)柴油，硫含量高，運(yùn)行環(huán)境較差。船舶信息如表1所示。

表1 試驗(yàn)船舶信息

表1(續(xù))

試驗(yàn)油具體理化數(shù)據(jù)見表2。

表2 行船試驗(yàn)油品理化數(shù)據(jù)

1.2 試驗(yàn)規(guī)范

1.2.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

(1)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行吊缸，并更換2個(gè)缸的活塞、活塞環(huán)、軸瓦(小于200 hp發(fā)動(dòng)機(jī)不需要)；

(2)放掉原發(fā)動(dòng)機(jī)油，取油樣500 mL作為原油樣；

(3)加注中國(guó)石油潤(rùn)滑油公司近海漁船專用潤(rùn)滑油；

(4)熱機(jī)10 min以上；

(5)放掉發(fā)動(dòng)機(jī)油；

(6)加注新的近海漁船專用潤(rùn)滑油；

(7)熱機(jī)10 min以上，取油樣250 mL作為0 h油樣；

(8)視發(fā)動(dòng)機(jī)油液位，補(bǔ)加油品；記錄試驗(yàn)時(shí)間，開始行船試驗(yàn)。

1.2.2 試驗(yàn)取樣、記錄

行船試驗(yàn)開始后，分別在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的100 h、200 h、300 h、400 h、500 h、600 h、700 h、800 h、900 h、1000 h取發(fā)動(dòng)機(jī)油樣250 mL，在記錄表內(nèi)填寫試驗(yàn)船舶、油品、取樣時(shí)間等信息，并填寫標(biāo)簽黏貼到取樣瓶上。

1.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)

船東負(fù)責(zé)對(duì)試驗(yàn)船只發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)，包括更換三濾，發(fā)動(dòng)機(jī)油的補(bǔ)加，詳細(xì)記錄補(bǔ)加機(jī)油的信息。

1.2.4 試驗(yàn)結(jié)束或繼續(xù)

當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間到達(dá)1000 h時(shí)，應(yīng)由中國(guó)石油、船東公司等相關(guān)人員參與對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油品以及船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，考慮是否繼續(xù)進(jìn)行行船試驗(yàn)：如果油品不能滿足使用要求，或船舶發(fā)動(dòng)機(jī)存在異常則終止行船試驗(yàn)；如果油品性能尚佳，船舶發(fā)動(dòng)機(jī)良好則繼續(xù)進(jìn)行行船試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間待定。

1.2.5 油品分析檢測(cè)與更換參考值

油樣分析檢測(cè)項(xiàng)目及更換參考值分別如表3、表4所示。

表3 油品分析檢測(cè)項(xiàng)目

表4 機(jī)油更換指標(biāo)參考值

2 結(jié)果與分析

2014年12月27日完成金舟188主機(jī)1#、2#缸吊缸并更換了活塞、活塞環(huán)和軸瓦；2015年2月4日完成金海油9主機(jī)1#、2#缸吊缸并更換了活塞、活塞環(huán)、軸瓦。吊缸后均對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了清洗，并按試驗(yàn)規(guī)范要求進(jìn)行行車過程中的取/補(bǔ)油樣、檢測(cè)及記錄等工作。金舟188船試驗(yàn)到900 h出現(xiàn)燃油泄漏，為防止造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞，決定終止試驗(yàn)；金海油9船完成1000 h試驗(yàn)；金海17船完成1000 h后各項(xiàng)指標(biāo)均正常，所以延長(zhǎng)了100 h的試驗(yàn)，實(shí)際試驗(yàn)時(shí)間為1100 h。

2.1 柴油機(jī)油取樣記錄

如表5所示 ，各船均嚴(yán)格按照規(guī)范要求及時(shí)取樣，確保了試驗(yàn)過程的可靠性。其中2015年4月所采油樣出現(xiàn)灑漏(金舟188船200 h樣、金海17船300 h樣)，導(dǎo)致樣品數(shù)據(jù)較少，部分?jǐn)?shù)據(jù)無法做全。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)油補(bǔ)油量

各船取/補(bǔ)油量無固定時(shí)間。在行船試驗(yàn)過程中定期觀察機(jī)油液面高度，液面高度下降時(shí)補(bǔ)加適量機(jī)油至原液面高度。行船試驗(yàn)過程中，未出現(xiàn)機(jī)油滴漏情況，未異常補(bǔ)加機(jī)油。

2.3 行船試驗(yàn)柴油的典型數(shù)據(jù)

從表5燃油分析結(jié)果表明，行船試驗(yàn)船只所用柴油硫含量超標(biāo)嚴(yán)重，超過標(biāo)準(zhǔn)限值的15倍，密度也較大，油品外觀呈現(xiàn)深黑色，與國(guó)內(nèi)近海船舶柴油質(zhì)量差、硫含量高的實(shí)際現(xiàn)象相符。由于燃油硫含量高，發(fā)動(dòng)機(jī)油堿值易消耗過快并造成腐蝕，要求油品具有較高的堿值、優(yōu)良的堿保持性能及防腐蝕性能。

表5 行船用柴油實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

2.4 試驗(yàn)油的黏度變化

黏度是潤(rùn)滑油一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，黏度過小，油膜強(qiáng)度差或根本無法形成完整的潤(rùn)滑油膜，導(dǎo)致磨損急劇增加。黏度過高，油品的運(yùn)動(dòng)阻力大，難以迅速到達(dá)摩擦表面，磨損加劇、能耗增加。影響潤(rùn)滑油使用過程中黏度特性的因素很多，如高剪切速率引起黏度指數(shù)改進(jìn)劑斷鏈而導(dǎo)致黏度降低；而油品氧化變質(zhì)、煙炱等都會(huì)導(dǎo)致油品黏度增大。圖1表示試驗(yàn)油黏度隨行船時(shí)間變化情況。

圖1 油品黏度隨行船時(shí)間變化趨勢(shì)

如圖1所示，金海油9船、金海17船試驗(yàn)油品在整個(gè)試驗(yàn)過程中波動(dòng)較小，未出現(xiàn)黏度的明顯增長(zhǎng)或降低，表明油品氧化增稠的現(xiàn)象少，油品熱穩(wěn)定性較好。金舟188船前800 h黏度波動(dòng)較小，但900 h點(diǎn)黏度異常偏低。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)噴油嘴故障，存在燃油泄漏，油樣分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)柴油含量為15.7%， 所以900 h點(diǎn)黏度異常降低為柴油稀釋導(dǎo)致的。

2.5 試驗(yàn)油堿保持性能及酸值變化情況

潤(rùn)滑油的氧化衰變是導(dǎo)致潤(rùn)滑油失效最重要的原因之一。潤(rùn)滑油在使用過程中會(huì)產(chǎn)生一些有機(jī)酸，這些酸性物質(zhì)可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)部件的腐蝕磨損，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。漁船使用的燃料為非標(biāo)柴油，硫含量大，所以需要油品具有較高的堿值及良好的堿保持能力，以適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間的使用要求。一般認(rèn)為堿值越高，中和酸性物質(zhì)的能力越強(qiáng)，清凈性越好；但堿值高低與堿保持性能無對(duì)應(yīng)關(guān)系，堿保持能力越好，說明油品的使用壽命越長(zhǎng)。

在堿值方面，三艘試驗(yàn)船只分析結(jié)果表明，試驗(yàn)油品均表現(xiàn)出優(yōu)異的堿保持性，如圖2所示。金舟188,、金海17和金海油9試驗(yàn)結(jié)束后堿值分別為6.5 mgKOH/g、6.02 mgKOH/g和6.8 mgKOH/g，對(duì)應(yīng)的堿保持率分別為83%、77%和90%。

試驗(yàn)油的酸值變化是一個(gè)反映油品抗氧化性能的重要指標(biāo)，反映了基礎(chǔ)油的氧化衰變和相關(guān)添加劑消耗降解狀態(tài)。如圖3所示，研制油在使用過程中油品酸值增加緩慢，說明油品并未發(fā)生明顯的氧化衰變。

圖2 各試驗(yàn)船油品堿值隨試驗(yàn)時(shí)間變化趨勢(shì)

圖3 各試驗(yàn)船油品酸值隨試驗(yàn)時(shí)間變化趨勢(shì)

2.6 正戊烷不溶物情況分析

正戊烷不溶物包括油品氧化及添加劑分解產(chǎn)物、發(fā)動(dòng)機(jī)磨損的金屬磨粒等。戊烷不溶物的主要來源有：(1)燃燒的不完全產(chǎn)物通過活塞環(huán)與氣缸套之間的縫隙進(jìn)入曲軸箱；(2)吸入粉塵、零部件磨損產(chǎn)生的金屬磨粒；(3)潤(rùn)滑油氧化變質(zhì)。如圖4所示，在整個(gè)1000 h的行船試驗(yàn)內(nèi)，正戊烷不溶物雖然均遠(yuǎn)低于換油指標(biāo)中2%的限值，但較以往監(jiān)測(cè)的使用國(guó)標(biāo)柴油的重負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)大，而從油品酸值變化可得出油品本身氧化衰變速度慢，戊烷不溶物偏高很可能是由于非標(biāo)柴油中大量重組分難以完全燃燒，通過活塞環(huán)與缸套之間的間隙進(jìn)入曲軸箱而引起的。

圖4 戊烷不溶物隨試驗(yàn)時(shí)間變化趨勢(shì)

2.7 試驗(yàn)油的抗磨性

發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件在使用過程出現(xiàn)磨損是不可避免的。潤(rùn)滑油的氧化變質(zhì)、油品中含煙炱等不溶物也會(huì)加快發(fā)動(dòng)機(jī)零部件磨損。通過監(jiān)測(cè)、分析油中金屬元素含量可用于評(píng)價(jià)油品抗磨性能。其中Fe、Cr、Al元素主要來源于缸套、活塞、閥系，Cu、Pb則主要來源于連桿軸瓦和主軸瓦。如圖5、圖6和圖7所示，各船Al、Cr、Cu、Pb、Sn元素均小于20 μg/g，而Fe元素金舟188最大值為110 μg/g，金海17最大值為110 μg/g，金海油9最大值也為110 μg/g。試驗(yàn)結(jié)果表明油品良好的抗磨損性能。

圖5 金舟188船磨損金屬元素隨試驗(yàn)時(shí)間變化趨勢(shì)

圖6 金海17船磨損金屬元素隨試驗(yàn)時(shí)間變化趨勢(shì)

圖7 金海油9船磨損金屬元素隨試驗(yàn)時(shí)間變化趨勢(shì)

2.8 煙炱含量

各船煙炱含量隨試驗(yàn)時(shí)間變化趨勢(shì)如圖8所示。試驗(yàn)結(jié)束后，各船煙炱含量最大的為金海17船，1100 h時(shí)煙炱含量為1.0%，金舟188船最大煙炱含量為0.6%，金海油9船最大煙炱含量為0.6%。

圖8 船煙炱含量隨試驗(yàn)時(shí)間變化趨勢(shì)

3 吊缸檢查

行船試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)兩艘馬力較大船只進(jìn)行吊缸檢查，基于海上條件較差，吊缸檢查重點(diǎn)對(duì)軸瓦失重、活塞環(huán)失重、連桿小頭磨損、活塞銷孔磨損、環(huán)開口間隙進(jìn)行考察，并對(duì)活塞、軸瓦拍照，同時(shí)由專業(yè)人員對(duì)活塞清凈性進(jìn)行評(píng)分。

3.1 金舟188船發(fā)動(dòng)機(jī)吊缸檢查結(jié)果

3.1.1 金舟188船發(fā)動(dòng)機(jī)活塞評(píng)分及磨損

金舟188船活塞評(píng)分及磨損情況見表6。從表6可得，軸瓦、活塞環(huán)、連桿小頭、活塞銷孔、環(huán)開口間隙只有微量磨損，油品表現(xiàn)出良好的抗磨損性能。

表6 金舟188船活塞評(píng)分及磨損情況

3.1.2 金舟188船行船試驗(yàn)后活塞、軸瓦照片(見圖9～圖16)

圖9 金舟188船1#缸活塞承壓面照片

圖10 金舟188船1#缸活塞非承壓面照片

圖11 金舟188船1#缸活塞內(nèi)頂部照片

圖12 金舟188船1#缸連桿軸瓦照片

圖13 金舟188船2#缸活塞承壓面照片

圖14 金舟188船2#缸活塞非承壓面照片

圖15 金舟188船2#缸活塞內(nèi)頂部照片

圖16 金舟188船2#缸連桿軸瓦照片

3.2 金海油9船發(fā)動(dòng)機(jī)吊缸檢查結(jié)果

3.2.1 金海油9船活塞評(píng)分及磨損

金海油9船活塞評(píng)分及磨損情況見表7。從表7可得，軸瓦、活塞環(huán)、連桿小頭、活塞銷孔、環(huán)開口間隙只有微量磨損，油品表現(xiàn)出良好的抗磨損性能。

表7 金海油9船活塞評(píng)分及磨損情況

3.2.2 金海油9船試驗(yàn)后活塞、軸瓦照片(見圖17～圖24)

圖17 金海油9船1#活塞承壓面照片

圖18 金海油9船1#活塞非承壓面照片

圖19 金海油9船1#活塞內(nèi)頂部照片

圖20 金海油9船1#缸連桿軸瓦照片

圖21 金海油9船2#活塞承壓面照片

圖22 金海油9船2#活塞非承壓面照片

圖23 金海油9船2#活塞內(nèi)頂部照片

圖24 金海油9船2#缸連桿軸瓦照片

兩艘試驗(yàn)船吊缸結(jié)果表明，油品的清凈性能良好，其中金舟188船活塞平均評(píng)分為69.1分，金海油9船活塞平均評(píng)分為74.51分。從兩船活塞承壓面、非承壓面、內(nèi)頂部照片同樣可以看出油品清凈性良好，無明顯嚴(yán)重積炭。軸瓦圖片可以看出，兩船的上下軸瓦表面光滑，未發(fā)現(xiàn)明顯嚴(yán)重劃痕或腐蝕磨損，從軸瓦的失重也得到印證，說明油品抗磨、抗腐蝕性能良好。

4 結(jié)論

(1)試驗(yàn)油品均具有良好的抑制油品變稠能力，試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)黏度明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。

(2)試驗(yàn)油品均表現(xiàn)出良好的高溫清凈性，試驗(yàn)結(jié)束吊缸發(fā)現(xiàn)活塞、活塞環(huán)干凈，評(píng)分為70分左右。

(3)試驗(yàn)油品均表現(xiàn)出良好的堿保持性和酸中和能力，吊缸檢查各零部件未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕磨損，能滿足使用劣質(zhì)高硫燃料的近海船舶使用要求。

(4)試驗(yàn)油品均具有較好的抗磨性能，試驗(yàn)結(jié)束后各磨損元素含量較低。吊缸檢查發(fā)現(xiàn)連桿軸瓦、活塞環(huán)失重較小，連桿小頭、活塞銷孔和環(huán)開口間隙只有微量磨損。

根據(jù)油品監(jiān)測(cè)及吊缸檢查結(jié)果，在1000 h使用范圍內(nèi)，近海漁船專用潤(rùn)滑油性能穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)正常，未出現(xiàn)任何因發(fā)動(dòng)機(jī)油引起的行船故障，表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫清凈性、酸中和能力及抗氧抗磨性能，能夠滿足近海船舶使用要求。

Study on the Field Test of Offshore-fishing Boat Lubricating Oil

ZHANG Run-xiang, LIU Gong-de, XU Guang-ye, WANG Li, CAO Cong-rui, DING Yuan-qing, YU Bin

(PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute, Dalian 116032, China)

900 h, 1000 h and 1100 h field test, sampling, analysis detection, overhaul inspection on 540 kW(734 hp), 527 kW(717 hp) and 115 kW(156 hp) ships were introduced in this paper. The results of the oil monitoring and overhaul inspection show that the performance of offshore-fishing special lubricating oil is stable and every specification is normal within the testing period of 1000 h. No problem that caused by engine oil was observed, showing excellent high temperature detergency, acid neutralizing capacity and anti-oxidation and anti-wear properties. Our research demonstrates that the engine oil can satisfy the requirements for offshore ships

offshore-fishing boat; lubricating oil; field test

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.01.003

1002-3119(2017)01-0012-08

TE626.3

A

2016-08-02。

張潤(rùn)香，高級(jí)工程師, 2007 年畢業(yè)于廈門大學(xué)化學(xué)系應(yīng)用化學(xué)專業(yè), 獲碩士學(xué)位, 現(xiàn)從事內(nèi)燃機(jī)油與添加劑研究工作。E-mail：zhangrunxiang_rhy@petrochina.com.cn