隨著船舶工業(yè)的不斷發(fā)展,各種類型的船用柴油機經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展,各種性能都有很大提高,科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,各種新材料、新技術(shù)也越來越多的運用在船舶柴油機上,趨向于高溫、高壓、大功率、低排放(NO…)、低油耗(低燃油消耗和低潤滑油消耗)、高的可靠性等。
1、船用潤滑油市場簡述
2008年,在金融危機爆發(fā)前,全球船用潤滑油市場達到300萬千升,從扇形船用潤滑油分布圖中可以看出:其中散貨船、油輪和集裝箱船占57%,其他主要是化學(xué)品船、雜貨船、漁船、游輪、輪渡等等。
2008年全球加油量為300萬千升,亞太地區(qū)供應(yīng)量占全球供應(yīng)量的40%左右,大約有120萬千升,歐洲地區(qū)供應(yīng)量占全球供應(yīng)量的35%左右,大約有105萬左右,美洲占15%,非洲、中東和印度約占10%。
由于船舶流動性大、技術(shù)服務(wù)水平高、供應(yīng)要求及時、便捷等特點,需要國際上各石油公司在產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)各方面全面發(fā)展。隨著全球生產(chǎn)一體化的進展,生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈的全球配置已經(jīng)形成新的分工協(xié)作體系,國際石油公司重組合兼并,大的跨國石油聯(lián)盟紛紛成立,目前僅EXXON/MOBIL、SHELL、BP/CASTROL、TOTAL、CHEVRON等5家石油公司在國際船用油市場達到90%以上的占有率。
2、船用柴油機油性能及選用
2.1船用柴油機的分類
船用柴油機按其運轉(zhuǎn)速度分為三種:
(1)高速柴油機,轉(zhuǎn)速高于1500rpm;
(2)中速柴油機,轉(zhuǎn)速在1500到1000m之間;
(3)低速柴油機,轉(zhuǎn)速低于1000rpm。
2.2船用柴油機油的性能
船舶柴油機要求潤滑油具備以下性能:
清潔性:清除部件表面形成漆皮和沉淀物的能力;
分散性:把不溶物懸浮在油中而不會沉積下來的能力;
熱穩(wěn)定性和抗氧化性:抵抗高溫和空氣氧化的能力;
中和性:中和燃燒期間所產(chǎn)生的酸的能力,即抗腐蝕磨損的能力;
抗拉缸性能:在高溫條件下保持潤滑油油膜的能力;
抗乳化性:受污染時能與水分離的能力;
抗水解的能力:抵抗水對添加劑的影響的能力;
離心分離性和過濾性能:有分離出不溶物的能力;
抗泡沫性能:滑油受激烈攪動時,抵抗氣泡形成的能力。
2.3船用柴油機油的選用
船舶潤滑油是船用柴油機必須使用的專用潤滑油。它具有良好的耐水性和高堿值(減低高硫劣質(zhì)燃料帶來的酸性腐蝕)等獨有特性,是陸用柴油機油無法替代的。船用潤滑油的選擇主要考慮以下兩方面。
粘度等級:船用潤滑油的粘度比較單一,航行環(huán)境氣溫偏高、發(fā)動機工況較差者應(yīng)選用粘度等級高為宜,反之,可選擇粘度較低油品。
質(zhì)量等級:船用油的質(zhì)量等級是以油品總堿值(TBN)的大小來區(qū)分的。油品堿值的選擇十分重要:堿值過小,油品的酸中和能力不足會造成腐蝕磨損;堿值過大,添加劑量增大,也將增大油品的成本。
(1)船用系統(tǒng)油
系統(tǒng)油主要用于十字頭發(fā)動機曲軸箱的潤滑,曲軸箱和氣缸之間由填料箱密封,燃燒產(chǎn)物和雜質(zhì)不會進入曲軸箱中,使用環(huán)境相對(氣缸油和中速機油)緩和,一般選擇堿值稍低油即可。
(2)船用氣缸油的選擇
首先應(yīng)考慮燃料的硫含量。此外,在根據(jù)燃料硫含量選擇氣缸油堿值的同時,還應(yīng)考慮柴油機的增壓度。對低增壓二沖程柴油機,燃料油硫含量不超過3%時,可選擇TBN40的氣缸油,對中、高增壓的柴油機,燃料油硫含量大于2%時,就得選用TBN為5070的氣缸油,目前用量較大的氣缸油主要有5040、5070等。
(3)船用中速筒狀活塞柴油機油
船用中速筒狀機油兼有氣缸油和系統(tǒng)油二者的全部特性,曲軸箱和氣缸之間沒有分開,燃燒產(chǎn)物和雜質(zhì)會隨未燃燒的中速機油沿著缸套流入進入曲軸箱中,潤滑工況苛刻,對潤滑油的使用要求更高,其選擇也要根據(jù)發(fā)動機工況及燃料油含硫量選用。
目前經(jīng)常使用的中速機油有4015、4030、4040等。
3、船用潤滑油使用常見案例分析
案例1:系統(tǒng)油粘度、水分增長過快原因分析
某船發(fā)動機使用二沖程十字頭系統(tǒng)油,累計運行時間50000h后,船上反映近期油品很臟、有水,經(jīng)對油樣化驗分析,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)油粘度增長幅度達到85%,水分達到1%以上,不溶物含量較高,立即更換大部分新油,運轉(zhuǎn)1000h后,對分油機前油樣進行化驗分析,油品粘度仍有較快增長,水分達到1%左右,不溶物含量偏高,對分油機后油樣進行化驗分析,發(fā)現(xiàn)粘度和不溶物含量變化不大,但水分含量卻有增長,對油樣進行金屬含量分析,顯示油中鐵、釩含量均超出正常值,可能油品受來自燃料油及盤根箱廢油的污染。
上船了解實際工況,發(fā)現(xiàn)該發(fā)動機活塞環(huán)在正常的更換周期內(nèi)未進行更滑,磨損嚴重、變形,間隙過大,造成燃燒不好,燃料油及燃燒產(chǎn)物漏入盤根箱,盤根箱使用時間長,維護不好,密封效果差,致使燃料油及燃燒產(chǎn)物和盤根箱中廢油一起漏入曲軸箱中,使得曲軸箱中系統(tǒng)油變質(zhì)速度加快,油泥增多,油品粘度和不溶物含量增長速度較快。
從分油機前后油樣分析數(shù)據(jù)對比來看,分油機分離效果不明顯,且水分有增大現(xiàn)象,船上檢查分油機系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn),分油機內(nèi)蒸汽線有內(nèi)漏現(xiàn)象,造成油品經(jīng)分油機后水分增大。該船分油機開動后加熱溫度低于55℃,油品分離時粘度較大,分離效果較差。
案例2:曲軸箱臟污原因分析
某船主機為中速機,燃燒重質(zhì)燃料油,長期使用某牌DCB4030(TBN30)中速筒狀活塞柴油機油,近期突然反應(yīng)曲軸箱內(nèi)油泥很多、很臟,有粘環(huán)現(xiàn)象。立即取在用潤滑油樣和燃料油進行分析,本次潤滑油樣分析結(jié)果與前次分析結(jié)果對比來看,該油粘度、不溶物有明顯上升和增加,特別是堿值有明顯下降,與長期以來在用潤滑油定期分析變化趨勢不符。燃料油分析結(jié)果來看,除硫含量低于0.5%以外,其他各項指標均符合180CST的標準,且殘渣過多。
經(jīng)與船上溝通潤滑油和燃料油采購和使用情況,船上表示,由于近期燃料油中硫含量較低,為降低潤滑油成本,就私自更換使用CD40(TBN4)左右,導(dǎo)致在用油堿值明顯下降。
由于國際上對排放要求越來越嚴,因此,燃料油均降低硫含量,但瀝青質(zhì)等雜質(zhì)含量未降,燃油及其不完全燃燒產(chǎn)物對潤滑油的污染依然很高,如果潤滑油的溶解及分散性能不足,瀝青質(zhì)就容易在曲軸箱表面、燃油泵、活塞等部分形成沉積物,俗稱“黑漆”。潤滑油中的高堿值清凈劑除具有酸中和作用外(潤滑油中清凈劑含量越高,堿值TBN也越高),還有清凈效果,有助于分散燃油污染的瀝青質(zhì)而提高潤滑油的清凈分散性能,保持發(fā)動機活塞、曲軸箱干凈,某些清凈劑還具有抗氧化效果。選擇油品不能僅根據(jù)硫含量選擇潤滑油的堿值,還要看其高溫情境性和抗氧化能力。因此,使用CD40后,不足以滿足使用要求,導(dǎo)致對在用機油使用性能和壽命影響較大,粘度和不溶物上升較快,曲軸箱臟污、活塞環(huán)粘結(jié),嚴重影響航行安全。
現(xiàn)代大型船舶柴油機使用燃料越來越惡劣,對船用潤滑油的要求也越來越高,在選用時,需要結(jié)合燃料油的綜合性能,確定適當?shù)臐櫥汀?br />
每一種潤滑油都必須根據(jù)柴油機技術(shù)的發(fā)展不斷更新,在最新機型上實船試驗后,獲得柴油機廠商的認可和推薦,在選用時,盡量選用通過柴油機廠商認證的油品。
船用發(fā)動機油要求及使用維護與陸用發(fā)動機油明顯不同,需要定期對在用油進行監(jiān)測,通過分析,掌握設(shè)備當前潤滑與磨損狀態(tài),對綜合試驗結(jié)果,從設(shè)備運行工況、成本、安全等方面全面考慮,及時采取有效措施,減緩油品劣化,減少不必要的損失和浪費,確保設(shè)備長周期可靠運行。
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