近海漁船專用潤滑油行船試驗研究

張潤香，劉功德，徐廣業，王莉，曹聰蕊，丁元慶，于濱

(中國石油大連潤滑油研究開發中心，遼寧 大連 116032)

近海漁船專用潤滑油行船試驗研究

張潤香，劉功德，徐廣業，王莉，曹聰蕊，丁元慶，于濱

(中國石油大連潤滑油研究開發中心，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行船試驗及過程油樣的采集、分析檢測及吊缸檢查等工作。根據油品監測及吊缸檢查結果，在1000 h使用范圍內，近海漁船專用潤滑油性能穩定，各項指標正常，未出現任何因發動機油引起的行船故障，表現出優異的高溫清凈性、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，潤滑油；行船試驗

0 引言

為滿足近海船舶發動機的潤滑要求，充分考慮近海船舶用燃料現狀及發展趨勢，中國石油大連潤滑油研究開發中心已完成“近海漁船專用潤滑油”的開發并通過驗收。在此基礎上，以大連金海順安船務有限公司油船、交通艇為基礎，進行近海漁船專用潤滑油適用性研究工作。經過雙方的共同努力，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。行船試驗表明，近海漁船專用潤滑油滿足近海船舶發動機1000 h換油期的使用要求。

1 實驗條件與實驗規范

1.1 試驗船舶及油樣

試驗船只為2艘大于700 hp油船，1艘小于200 hp交通艇。3艘船舶發動機工況相似，船舶發動機均為2012年前后生產，發動機工況、零部件密封良好，無滲油漏油現象。大于700 hp油船主要為遠洋運輸船提供油品運輸及加注工作，交通艇主要任務為近海人員及物料運輸，使用燃油為非標柴油，硫含量高，運行環境較差。船舶信息如表1所示。

表1 試驗船舶信息

表1(續)

試驗油具體理化數據見表2。

表2 行船試驗油品理化數據

1.2 試驗規范

1.2.1 試驗前準備

(1)對發動機進行吊缸，并更換2個缸的活塞、活塞環、軸瓦(小于200 hp發動機不需要)；

(2)放掉原發動機油，取油樣500 mL作為原油樣；

(3)加注中國石油潤滑油公司近海漁船專用潤滑油；

(4)熱機10 min以上；

(5)放掉發動機油；

(6)加注新的近海漁船專用潤滑油；

(7)熱機10 min以上，取油樣250 mL作為0 h油樣；

(8)視發動機油液位，補加油品；記錄試驗時間，開始行船試驗。

1.2.2 試驗取樣、記錄

行船試驗開始后，分別在發動機運行的100 h、200 h、300 h、400 h、500 h、600 h、700 h、800 h、900 h、1000 h取發動機油樣250 mL，在記錄表內填寫試驗船舶、油品、取樣時間等信息，并填寫標簽黏貼到取樣瓶上。

1.2.3 發動機保養

船東負責對試驗船只發動機進行保養，包括更換三濾，發動機油的補加，詳細記錄補加機油的信息。

1.2.4 試驗結束或繼續

當試驗時間到達1000 h時，應由中國石油、船東公司等相關人員參與對發動機油品以及船舶發動機的實際情況進行評價，考慮是否繼續進行行船試驗：如果油品不能滿足使用要求，或船舶發動機存在異常則終止行船試驗；如果油品性能尚佳，船舶發動機良好則繼續進行行船試驗，試驗時間待定。

1.2.5 油品分析檢測與更換參考值

油樣分析檢測項目及更換參考值分別如表3、表4所示。

表3 油品分析檢測項目

表4 機油更換指標參考值

2 結果與分析

2014年12月27日完成金舟188主機1#、2#缸吊缸并更換了活塞、活塞環和軸瓦；2015年2月4日完成金海油9主機1#、2#缸吊缸并更換了活塞、活塞環、軸瓦。吊缸后均對發動機進行了清洗，并按試驗規范要求進行行車過程中的取/補油樣、檢測及記錄等工作。金舟188船試驗到900 h出現燃油泄漏，為防止造成發動機損壞，決定終止試驗；金海油9船完成1000 h試驗；金海17船完成1000 h后各項指標均正常，所以延長了100 h的試驗，實際試驗時間為1100 h。

2.1 柴油機油取樣記錄

如表5所示 ，各船均嚴格按照規范要求及時取樣，確保了試驗過程的可靠性。其中2015年4月所采油樣出現灑漏(金舟188船200 h樣、金海17船300 h樣)，導致樣品數據較少，部分數據無法做全。

2.2 發動機油補油量

各船取/補油量無固定時間。在行船試驗過程中定期觀察機油液面高度，液面高度下降時補加適量機油至原液面高度。行船試驗過程中，未出現機油滴漏情況，未異常補加機油。

2.3 行船試驗柴油的典型數據

從表5燃油分析結果表明，行船試驗船只所用柴油硫含量超標嚴重，超過標準限值的15倍，密度也較大，油品外觀呈現深黑色，與國內近海船舶柴油質量差、硫含量高的實際現象相符。由于燃油硫含量高，發動機油堿值易消耗過快并造成腐蝕，要求油品具有較高的堿值、優良的堿保持性能及防腐蝕性能。

表5 行船用柴油實測數據

2.4 試驗油的黏度變化

黏度是潤滑油一項非常重要的指標，黏度過小，油膜強度差或根本無法形成完整的潤滑油膜，導致磨損急劇增加。黏度過高，油品的運動阻力大，難以迅速到達摩擦表面，磨損加劇、能耗增加。影響潤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改進劑斷鏈而導致黏度降低；而油品氧化變質、煙炱等都會導致油品黏度增大。圖1表示試驗油黏度隨行船時間變化情況。

圖1 油品黏度隨行船時間變化趨勢

如圖1所示，金海油9船、金海17船試驗油品在整個試驗過程中波動較小，未出現黏度的明顯增長或降低，表明油品氧化增稠的現象少，油品熱穩定性較好。金舟188船前800 h黏度波動較小，但900 h點黏度異常偏低。經檢查，發現噴油嘴故障，存在燃油泄漏，油樣分析結果發現柴油含量為15.7%， 所以900 h點黏度異常降低為柴油稀釋導致的。

2.5 試驗油堿保持性能及酸值變化情況

潤滑油的氧化衰變是導致潤滑油失效最重要的原因之一。潤滑油在使用過程中會產生一些有機酸，這些酸性物質可能導致發動機部件的腐蝕磨損，從而降低發動機的使用壽命。漁船使用的燃料為非標柴油，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，以適應長時間的使用要求。一般認為堿值越高，中和酸性物質的能力越強，清凈性越好；但堿值高低與堿保持性能無對應關系，堿保持能力越好，說明油品的使用壽命越長。

在堿值方面，三艘試驗船只分析結果表明，試驗油品均表現出優異的堿保持性，如圖2所示。金舟188,、金海17和金海油9試驗結束后堿值分別為6.5 mgKOH/g、6.02 mgKOH/g和6.8 mgKOH/g，對應的堿保持率分別為83%、77%和90%。

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

圖2 各試驗船油品堿值隨試驗時間變化趨勢

圖3 各試驗船油品酸值隨試驗時間變化趨勢

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物、發動機磨損的金屬磨粒等。戊烷不溶物的主要來源有：(1)燃燒的不完全產物通過活塞環與氣缸套之間的縫隙進入曲軸箱；(2)吸入粉塵、零部件磨損產生的金屬磨粒；(3)潤滑油氧化變質。如圖4所示，在整個1000 h的行船試驗內，正戊烷不溶物雖然均遠低于換油指標中2%的限值，但較以往監測的使用國標柴油的重負荷柴油發動機大，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柴油中大量重組分難以完全燃燒，通過活塞環與缸套之間的間隙進入曲軸箱而引起的。

圖4 戊烷不溶物隨試驗時間變化趨勢

2.7 試驗油的抗磨性

發動機各零部件在使用過程出現磨損是不可避免的。潤滑油的氧化變質、油品中含煙炱等不溶物也會加快發動機零部件磨損。通過監測、分析油中金屬元素含量可用于評價油品抗磨性能。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。試驗結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時間變化趨勢

圖6 金海17船磨損金屬元素隨試驗時間變化趨勢

圖7 金海油9船磨損金屬元素隨試驗時間變化趨勢

2.8 煙炱含量

各船煙炱含量隨試驗時間變化趨勢如圖8所示。試驗結束后，各船煙炱含量最大的為金海17船，1100 h時煙炱含量為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 船煙炱含量隨試驗時間變化趨勢

3 吊缸檢查

行船試驗結束后，對兩艘馬力較大船只進行吊缸檢查，基于海上條件較差，吊缸檢查重點對軸瓦失重、活塞環失重、連桿小頭磨損、活塞銷孔磨損、環開口間隙進行考察，并對活塞、軸瓦拍照，同時由專業人員對活塞清凈性進行評分。

3.1 金舟188船發動機吊缸檢查結果

3.1.1 金舟188船發動機活塞評分及磨損

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

表6 金舟188船活塞評分及磨損情況

3.1.2 金舟188船行船試驗后活塞、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船發動機吊缸檢查結果

3.2.1 金海油9船活塞評分及磨損

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

表7 金海油9船活塞評分及磨損情況

3.2.2 金海油9船試驗后活塞、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#活塞內頂部照片

圖24 金海油9船2#缸連桿軸瓦照片

兩艘試驗船吊缸結果表明，油品的清凈性能良好，其中金舟188船活塞平均評分為69.1分，金海油9船活塞平均評分為74.51分。從兩船活塞承壓面、非承壓面、內頂部照片同樣可以看出油品清凈性良好，無明顯嚴重積炭。軸瓦圖片可以看出，兩船的上下軸瓦表面光滑，未發現明顯嚴重劃痕或腐蝕磨損，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 結論

(1)試驗油品均具有良好的抑制油品變稠能力，試驗過程中未出現黏度明顯增長趨勢。

(2)試驗油品均表現出良好的高溫清凈性，試驗結束吊缸發現活塞、活塞環干凈，評分為70分左右。

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

(4)試驗油品均具有較好的抗磨性能，試驗結束后各磨損元素含量較低。吊缸檢查發現連桿軸瓦、活塞環失重較小，連桿小頭、活塞銷孔和環開口間隙只有微量磨損。

根據油品監測及吊缸檢查結果，在1000 h使用范圍內，近海漁船專用潤滑油性能穩定，各項指標正常，未出現任何因發動機油引起的行船故障，表現出優異的高溫清凈性、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。

張潤香，高級工程師, 2007 年畢業于廈門大學化學系應用化學專業, 獲碩士學位, 現從事內燃機油與添加劑研究工作。E-mail：zhangrunxiang_rhy@petrochina.com.cn