主機長期低轉(zhuǎn)速運行和硫排放控制對船用汽缸油的影響及對策

閆明勝

主機長期低轉(zhuǎn)速運行和硫排放控制對船用汽缸油的影響及對策

閆明勝

介紹船用汽缸油的主要性能，針對主機長期低轉(zhuǎn)速運行工況對汽缸油的影響以及國際、國內(nèi)排放法規(guī)實施對船用汽缸油性能要求進行分析，考慮現(xiàn)用船用汽缸油抗氧防腐性及其在硫排放控制區(qū)低硫燃料船舶上使用時的性能不足，提出更換油品的解決方案。

船用汽缸油；低硫燃料；硫含量；低堿值；排放法規(guī)

一、引言

在航運市場不景氣的大環(huán)境下，控制船舶燃料成本對提升航運企業(yè)競爭力和落實節(jié)能減排工作尤顯重要。在船舶管理實踐中，為降低成本，船舶主機降速運行已成為新的常態(tài)。船舶柴油機長期處于低轉(zhuǎn)速、低負荷運轉(zhuǎn)，對船用汽缸油的性能提出了新的要求。國際知名船舶發(fā)動機制造商經(jīng)與船東共同試驗發(fā)現(xiàn)，在這種情況下，可通過提高汽缸油堿值，增強汽缸油的抗氧抗腐性能，有效控制低溫腐蝕。

近年來，隨著IMO和國內(nèi)相繼頒布新的船舶排放法規(guī)，對船用柴油機的排放要求日趨嚴格，對船用汽缸油的性能與質(zhì)量要求也越來越高。船用汽缸油不僅要保證發(fā)動機運動部件的可靠潤滑和密封，還要防止對燃燒室部件的腐蝕，并減少船舶因使用劣質(zhì)燃油產(chǎn)生的有害氣體排放。因此，在保證柴油機安全運轉(zhuǎn)的前提下，應(yīng)選擇和使用與硫排放控制匹配的環(huán)保型低堿值船用汽缸油產(chǎn)品，以滿足硫排放控制區(qū)低硫燃料船舶的使用要求。

二、船用汽缸油主要性能

眾所周知，船用發(fā)動機的汽缸工作條件非常惡劣，其潤滑要求也十分苛刻。在燃燒室內(nèi)高溫高壓周期性變化的作用下，汽缸壁不易形成完整的油膜。同時活塞運動部件的往復運動速度和負荷不均勻，在上下止點附近形成極薄的邊界油膜，處于邊界潤滑狀態(tài)，若布油不均，嚴重時會導致黏著磨損，甚至產(chǎn)生拉缸和咬缸現(xiàn)象。汽缸油在高溫燃氣及金屬催化下易被氧化，因此要求汽缸油具有良好的抗氧化性能，以增強高溫下保持油膜的能力。

為了滿足上述工況下對汽缸油性能和理化指標的要求，船用汽缸油一般由基礎(chǔ)油和各種添加劑根據(jù)不同的比例調(diào)和而成。

基礎(chǔ)油對于產(chǎn)品的性能起著決定性的作用，是汽缸油的主要成分。添加劑可彌補和改善基礎(chǔ)油性能方面的不足，并賦予其新的性能，是汽缸油的重要組成部分。比如添加抗氧化防腐劑，可提高汽缸油的抗氧化性，以控制汽缸油本身對金屬部件的腐蝕磨損，從而延長發(fā)動機部件和汽缸油的使用壽命。其他添加劑包括：具有酸中和性能的添加劑，可以中和劣質(zhì)燃油燃燒產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，避免發(fā)動機部件產(chǎn)生酸性低溫腐蝕；改善黏溫特性的添加劑，可滿足高壓高溫條件下的潤滑和承受負荷要求；增強抗磨損性能的添加劑，可減少金屬部件的摩擦磨損；清凈分散性添加劑，可有效防止活塞環(huán)槽和汽缸套氣口處積炭，確保發(fā)動機燃燒室內(nèi)清潔；優(yōu)化擴散性能的添加劑，可使汽缸油更易擴散到汽缸表面形成油膜，有效降低摩擦磨損。

三、主機長期低轉(zhuǎn)速運行工況對船用汽缸油性能的影響及解決方案

某散貨船航行于國內(nèi)沿海南北航線，主機為MAN B&W 6S50MC-C型發(fā)動機，額定功率為8 510千瓦，正常航行持續(xù)服務(wù)功率為7 659千瓦，轉(zhuǎn)速為110轉(zhuǎn)/分鐘，使用1.5%左右硫含量低硫燃料。由于航運市場不景氣，該船舶主機降速和降功率使用，降速節(jié)油功率為4 187.38千瓦（相當于49.2%額定功率），轉(zhuǎn)速為90轉(zhuǎn)/分鐘，長時間處于低負荷運行狀態(tài)。使用堿值為BN70的長城5070 船用汽缸油。為了確認這種降速運行的工況是否對汽缸油原有的性能產(chǎn)生影響，防止出現(xiàn)低溫腐蝕，我們請專業(yè)人士上船，利用船舶進廠修船時機與船上輪機人員對發(fā)動機第三缸進行了常規(guī)吊缸檢測。將活塞移出汽缸，可以直接觀察到活塞頭、活塞環(huán)、活塞槽及裙部等部位，并對現(xiàn)用汽缸油進行化驗分析。拆檢及油樣檢測情況分析如下：

（一）發(fā)動機吊缸拆檢

1.活塞部位

（1）活塞頭有較輕積炭（見圖1（a）），未發(fā)現(xiàn)明顯白色燒結(jié)物質(zhì)，說明汽缸油的堿性適中，未產(chǎn)生過度潤滑。即使是在主機降速運行的情況下，也能保持很好的酸中和性能。

（2）第一道活塞環(huán)表面（見圖1（b））有明顯縱向劃痕，但環(huán)槽內(nèi)清潔，未發(fā)現(xiàn)明顯積炭。該活塞環(huán)使用超過20 000小時，出現(xiàn)機械磨損應(yīng)屬正常現(xiàn)象。

（3）第二道和第三道活塞環(huán)環(huán)槽（見圖1（c））部位有較多明顯的積炭，推斷可能由兩種情況造成：一種情況是第一道活塞環(huán)與汽缸套的間隙較大，出現(xiàn)竄氣，進入第二、三道環(huán)槽，導致積炭；另一種情況是油品抗氧化性能較差，油品容易氧化結(jié)焦，產(chǎn)生積炭。

圖1 活塞部位圖片

2.汽缸套部位

（1）汽缸套頂部（活塞上止點第一道活塞環(huán)位置）內(nèi)壁狀態(tài)如圖2（a）所示。在汽缸壁內(nèi)表面有明顯縱向劃痕，結(jié)合圖1（b）中活塞第一道環(huán)處的明顯劃痕，可以判斷發(fā)動機缸套的上止點附件存在機械磨損現(xiàn)象。可能是由于接近柴油機燃燒室，高溫高壓狀態(tài)下，汽缸油潤滑油膜不容易建立，潤滑效果不理想，導致機械磨損。

（2）缸套注油孔上、下部10厘米處內(nèi)壁狀態(tài)如圖2（b）（c）所示，缸套表面紋理較為清晰，缸套處于正常的工作狀態(tài)。

圖2 汽缸套部位圖片

3.分析結(jié)論

從發(fā)動機拆檢現(xiàn)場的汽缸和活塞等部位的情況來看，可得出以下結(jié)論：

表2 中國排放法規(guī)要求

表3 排放法規(guī)對船用汽缸油的影響

25BN。經(jīng)實船使用驗證，長城5025汽缸油在持續(xù)使用低硫燃料油時性能優(yōu)異，與40BN汽缸油相比，使用25BN汽缸油的柴油機其活塞環(huán)背面和活塞環(huán)槽處更干凈。

五、結(jié)語

柴油機使用劣質(zhì)燃料油要求汽缸油必須具有足夠的堿值，及時中和燃燒產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，特別是主機長期降速運轉(zhuǎn)的情況下，可通過提高汽缸油的堿值、抗氧化和抗腐性能來防止低溫腐蝕磨損。在船舶持續(xù)使用低硫燃料特別是含硫量≤0.1%m/m的燃油時，繼續(xù)使用現(xiàn)用船用汽缸油會由于低硫高堿值導致磨料磨損，這種情況下需要及時更換合適的低堿值汽缸油。

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.01.009