中速機油性能試驗對比及在海洋鉆井平臺的應用研究

閆洪振,韓旭,高潔,孫曉婷,李想,趙偉成,付代良

(1.中國石油潤滑油公司特種油事業部,上海 200122;2.中國石油大連潤滑油研究開發中心,遼寧 大連 116032)

0 引言

海洋油氣開采所需的海洋工程裝備主要指海洋油氣資源勘探、開采、加工、儲運、管理、后勤服務等方面的大型工程裝備和輔助裝備,主要包括鉆井裝備、生產裝備、輔助船舶及配套設備等。四沖程筒狀活塞柴油發動機是海洋工程裝備中最主要的動力和電力輸出單元,包括90%的動力輸出及85%的電力輸出[1]。

中速機油為海洋鉆井平臺發動機提供潤滑保護,由于鉆井平臺發動機燃料的特殊性,要求中速機油具有良好的堿值中和性能、清凈分散性、分水性能等。本文對試驗中速機油及參比油的理化性能和模擬性能進行了分析,并且對使用試驗中速機油的鉆井平臺發動機進行了吊缸檢查。

1 海洋鉆井平臺發動機

海洋自升式鉆井平臺通常采用卡特彼勒生產的四沖程高速柴油機作為平臺的生產動力源,功率為900～1600 kW;半潛式鉆井平臺常采用瓦錫蘭生產的四沖程柴油機作為平臺的生產動力源,功率范圍為2000～6000 kW[2]。最典型的四沖程發動機如圖1所示。

圖1 四沖程發動機

2 中速機油性能試驗對比

海洋鉆井平臺所屬的發動機主要為曼恩、瓦錫蘭、洋馬等國外品牌,另有少量發動機為河南柴油機重工有限責任公司和寧波中策動力機電集團有限公司制造,根據發動機燃料油中硫含量的不同使用不同堿值的中速機油。

2.1 中速機油理化性能

研究篩選了三種鉆井平臺使用的中速機油作為參比油,分別是參比油A/B/C,試驗油及各參比油理化分析結果如表1所示。

表1 中速機油理化分析值

通過對比表1中數據,試驗油及參比油A/B/C均滿足國標要求。其中,試驗油的分水性能優于參比油,鉆井平臺及船舶主機不可避免會與水接觸,良好的分水性[3]可以及時將水分出從而保持油品具有良好的潤滑性能和液體狀態穩定性[4-5]。

2.2 油品模擬性能研究

試驗室通過加壓差示掃描量熱法(PDSC)對油品的氧化性能[6]進行分析,成焦板試驗對油品的高溫清凈性能進行分析,蒸發損失試驗對油品的安全性能進行分析。

中速機油加壓差示掃描量熱法(PDSC)模擬分析數據如表2所示。

表2 PDSC 模擬分析數據

氧化誘導期數據的大小代表油品抗氧化性能[7]的差異,氧化誘導期越長說明油品的抗氧化性能越好。通過對比表2 中數據,可以看出試驗油的抗氧化性能最佳,參比油A與參比油C相當。

采用成焦板[8]試驗對油品的高溫清凈性能進行分析,如表3所示,結焦量越低說明油品的高溫清凈性能越好。

表3 成焦板模擬試驗

表3(續)

表3所示為三種油品的成焦板模擬數據,通過對比板上的結焦情況可以看出參比油A的結焦情況最嚴重。通過稱量試驗前后的板重,計算結焦量,參比油A的結焦量最多,與觀察結果一致。

采用NB/SH/T 0059《諾亞克蒸發損失測試法》(250 ℃,1 h)[9],對油品揮發性進行測試,油品蒸發損失數據如表4所示。油品的蒸發損失越小,油品在使用過程中的穩定性和安全性越高。

表4 油品蒸發損失數據

表4中數據表明試驗油的蒸發損失[10]與參比油A/B相當,均優于參比油C。蒸發損失越低說明油品的安全性越好,試驗油可以滿足鉆井平臺發動機對油品安全性的要求。

3 鉆井平臺發動機吊缸

通過持續關注某鉆井平臺發動機油樣的檢測情況,對某鉆井平臺發動機用油情況進行了跟蹤。定期對發動機進行維護檢查并通過吊缸對發動機內部缸套和活塞等的磨損情況進行檢測。

3.1 油樣跟蹤情況

對發動機在用的試驗油進行了不同時間間隔的檢測,其中黏度的分析結果如圖2所示,堿值的分析結果如圖3所示,鐵元素含量的分析結果如圖4所示。

圖2 黏度變化

圖4 鐵元素含量變化

從黏度變化圖中可以看出,隨著發動機運行時間的延長,油品黏度[11]在合理范圍內變化,黏度增長未超出指標規定范圍;堿值[12]變化圖中,發動機運行過程中,潤滑油需要中和燃料燃燒過程中產生的酸性物質,油品堿值隨之下降,在合理范圍內變動;鐵元素[13]含量可反映發動機的磨損情況,鐵元素變化圖顯示試驗油可以為發動機提供充足的潤滑保護,沒有發生異常磨損。

3.2 發動機吊缸檢查

在發動機維護過程中,為對發動機部件的運行情況進行檢測,對發動機進行了吊缸檢查,并對吊缸磨損情況進行了測量,如圖5～6和表5所示。

圖5 缸套及連桿瓦

圖6 主軸承及軸瓦

表5 主機缸套磨損值 mm

表5(續)

進行吊缸檢查并對缸套的磨損[14]測量,測量結果顯示發動機缸套測量數據在合理范圍內,沒有異常磨損。缸套、連桿瓦、主軸承及軸瓦[15]外觀光亮,狀態良好,表面沒有擦傷。

4 結束語

通過對試驗油及參比油的理化性能分析,油品的檢測結果均符合國標。模擬分析顯示試驗油具有良好的抗氧化性能、高溫清凈性能及較低的蒸發損失,確保了油品使用過程中的安全性。

鉆井平臺發動機油樣的持續跟蹤檢測數據顯示油品黏度增幅在合理范圍內,油品在中和燃燒產生的酸性物質后其堿值變化符合指標要求,表征磨損情況的鐵元素含量遠低于指標要求,顯示試驗油具有較好的潤滑性能保持能力。發動機吊缸檢查顯示其運行工況良好,缸套測量結果和外觀圖片顯示發動機內部未發現異常磨損,發動機可以正常使用。

試驗油具有優良的潤滑性能、分水性能、抗磨性能、清凈分散性能,完全可以滿足海洋鉆井平臺發動機的潤滑要求。