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船用柴油机油的选用及使用案例分析


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GANG HANG J IE NENG

船用柴油机油的选用及使用案例分析
王海峰,黎克芬,孙 竞
( 中石油润滑油公司船用客户服务中心 ) 摘要:润滑油作为柴油机的血液一直伴随着柴油机的进步而不断发展,并在不同程度上领先柴油机的发展。润滑油的 研制和开发,既要满足设备本身安全运转的要求,还要兼顾延长换油周期

、延长维修时间间隔、降低维修费用和清洁 费用的要求。才能使船舶设备保持最佳的运行状态,提高综合效益。 关键词:船用柴油机;润滑油;选用

随着船舶工业的不断发展,各种类型的船用柴 油机经过几十年的不断发展,各种性能都有很大提 高,科学技术的高速发展,各种新材料、新技术也 越来越多地运用在船舶柴油机上,趋向于高温、高 NO… )、低油耗 ( 低燃油消耗 压、大功率、低排放 ( 和低润滑油消耗 )、高的可靠性等。笔者从事船用润 滑油研究、使用、管理多年,根据实际工作中的一 些体会和案例,写成此文与同行交流。 1 船用润滑油市场简述 2008 年,在金融危机爆发前,全球船用润滑油 市场达到 300 万千升,从扇形船用润滑油分布图中 可以看出:其中散货船、油轮和集装箱船占 57%, 其他主要是化学品船、杂货船、渔船、游轮、轮渡 等等。 体化的进展,生产产业链的全球配置已经形成新的 分工协作体系,国际石油公司重组合兼并,大的跨 国 石 油 联 盟 纷 纷 成 立 , 目 前 仅 EXXON/MOBIL、 SHELL、BP/CASTROL、TOTAL、CHEVRON 等 5 家 石油公司在国际船用油市场达到 90%以上的占有率。 作为世界 500 强企业之一的中国石油,生产、 供应的“昆仑”船用系统油和船用气缸油是通过国 际 两 大 柴 油 机 制 造 商 (MAN B&W 和 WARTSILA ) 生产的缸径大于 80 以上的二冲程柴油机认证的国产 船用润滑油,“昆仑”船用中速筒状活塞柴油机油 也已通过国内各大知名柴油机厂的认证,产品质量 2008 年全球加油量为 300 万千升,亚太地区供 应量占全球供应量的 40%左右,大约有 120 万千升, 欧洲地区供应量占全球供应量的 35%左右,大约有 105 万左右,美洲占 15%,非洲、中东和印度约占 10%,船用润滑油主要供应区域分布情况见下图。 由于船舶流动性大、技术服务水平高、供应要 求及时、便捷等特点,需要国际上各石油公司在产 品、网络和服务各方面全面发展。随着全球生产一 达到当今国际同类产品的质量水平。在世界经济一 体化进程不断加快的形势下,依靠积累产品认证、 物流保障、技术支持等方面的国际经营与服务经验, 已实现全球化供应服务网络,努力将“昆仑”品牌 打造为国际化知名品牌。 2 船用柴油机油性能及选用 2.1 船用柴油机的分类

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船用柴油机按其运转速度分为三种: () 高速柴油机,转速高于 1000rpm; 1 2 () 中速柴油机,转速在 300 至 1000rpm 之间; () 低速柴油机,转速低于 300rpm。 3 2.2 船用柴油机油的性能 船舶柴油机要求润滑油具备以下性能: 清洁性:清除部件表面形成漆皮和沉淀物的能 力; 分散性:把不溶物悬浮在油中而不会沉积下来 的能力; 热稳定性和抗氧化性:抵抗高温和空气氧化的 能力; 中和性:中和燃烧期间所产生的酸的能力,即 抗腐蚀磨损的能力; 抗拉缸性能:在高温条件下保持润滑油油膜的 能力; 抗乳化性:受污染时能与水分离的能力; 抗水解的能力:抵抗水对添加剂的影响的能力; 离心分离性和过滤性能:有分离出不溶物的能 力; 抗泡沫性能:滑油受激烈搅动时,抵抗气泡形 成的能力。
表1

2.3 船用柴油机油的选用 船舶润滑油是船用柴油机必须使用的专用润滑 油。它具有良好的耐水性和高碱值 ( 减低高硫劣质 燃料带来的酸性腐蚀 等独有特性,是陆用柴油机 ) 油无法替代的。船用润滑油的选择主要考虑以下两 方面。 粘度等级:船用润滑油的粘度比较单一,航行 环境气温偏高、发动机工况较差者应选用粘度等级 高为宜,反之,可选择粘度较低油品。 质量等级:船用油的质量等级是以油品总碱值 ( ) 的大小来区分的。油品碱值的选择十分重要: TBN 碱值过小,油品的酸中和能力不足会造成腐蚀磨损; 碱值过大,添加剂量增大,也将增大油品的成本。 () 船用系统油 1 系统油主要用于十字头发动机曲轴箱的润滑, 曲轴箱和气缸之间由填料箱密封,燃烧产物和杂质 不会进入曲轴箱中,使用环境相对 ( 气缸油和中速 机油 缓和,一般选择碱值稍低油即可。 ) () 船用气缸油 2 气缸油的选择,首先应考虑燃料的硫含量。船 用气缸油的碱值与所用燃料中硫含量的对应关系如 表 1 所示。

此外,在根据燃料硫含量选择气缸油碱值的同 时,还应考虑柴油机的增压度。对低增压二冲程柴 油机,燃料油硫含量不超过 3%时,可选择 TBN40 的 气缸油,对中、高增压的柴油机,燃料油硫含量大 于 2%时,就得选用 TBN 为 50~70 的气缸油,目前 用量较大的气缸油主要有 5040、5070 等。 () 船用中速筒状活塞柴油机油 3
表2

船用中速筒状机油兼有气缸油和系统油二者的 全部特性,曲轴箱和气缸之间没有分开,燃烧产物 和杂质会随未燃烧的中速机油沿着缸套流入进入曲 轴箱中,润滑工况苛刻,对润滑油的使用要求更高, 其选择也要根据发动机工况及燃料油含硫量选用。 目 前 经 常 使 用 的 中 速 机 油 有 4015、 4030、 4040 等。 2.4 在用船用柴油机油推荐换油指标如表 3 所示。
表3

2010 年第 1 期

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3 船用润滑油使用常见案例分析 案例 1:系统油粘度、水分增长过快原因分析 某船发动机使用二冲程十字头系统油,累计运 行时间 50000h 后,船上反映近期油品很脏、有水, 经对油样化验分析,发现系统油粘度增长幅度达到 85%,水分达到 1%以上,不溶物含量较高,立即更 换大部分新油,运转 1000h 后,对分油机前油样进 行化验分析,油品粘度仍有较快增长,水分达到 1% 左右,不溶物含量偏高,对分油机后油样进行化验 分析,发现粘度和不溶物含量变化不大,但水分含 量却有增长,对油样进行金属含量分析,显示油中 铁、钒含量均超出正常值,可能油品受来自燃料油 及盘根箱废油的污染。 上船了解实际工况,发现该发动机活塞环在正 常的更换周期内未进行更滑,磨损严重、变形,间 隙过大,造成燃烧不好,燃料油及燃烧产物漏入盘 根箱,盘根箱使用时间长,维护不好,密封效果差, 致使燃料油及燃烧产物和盘根箱中废油一起漏入曲 轴箱中,使得曲轴箱中系统油变质速度加快,油泥 增多,油品粘度和不溶物含量增长速度较快。 从分油机前后油样分析数据对比来看,分油机 分离效果不明显,且水分有增大现象,船上检查分 油机系统后发现,分油机内蒸汽线有内漏现象,造 成油品经分油机后水分增大。该船分油机开动后加 热温度低于 55℃,油品分离时粘度较大,分离效果 较差。 案例 2:主机活塞环异常磨损、断环原因分析 某船进厂大修,主机为二冲程十字头发动机, 航行 300h 后,船上反映气缸油过滤器出现频繁阻 塞,经检查滤网上有丝状纤维物覆盖在表面,多次 清洗依然如此,主机各缸活塞环出现异常磨损,特 别是 3#、4# 缸各有一道环断裂,为查找阻塞原因, 立即对气缸油供应渠道、时间进行调查,并取油样 和滤网上的丝状纤维物分析。 通过对供应渠道调查发现,该船出厂前,船上 私自接受了国内某地方小厂家生产的气缸油,该油 品虽然理化指标与原用的“昆仑”牌船用气缸油接 近,但产品没有经过柴油机制造商认证,生产工艺 未通过国家质量认证,不能确保满足发动机使用要 求,导致短期使用后,就发生活塞环异常磨损、断 环现象。 对油样和滤网上的丝状纤维物分析,并与“昆
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仑”牌船用气缸油新油进行比对,该油品与“昆仑” 牌船用气缸油添加剂品种、含量完全不同,确认不 是“昆仑”牌船用气缸油,滤网上的丝状纤维物为 该油中的添加剂组分,这种添加剂不能在润滑油中 使用,但该厂为降低生产成本,自行加入,在使用 中析出,导致滤网堵塞。 案例 3:曲轴箱脏污原因分析 某船主机为中速机,燃烧重质燃料油,长期使 用“昆仑”牌 DCB4030 (TBN 30) 中速筒状活塞柴油 机油,近期突然反应曲轴箱内油泥很多、很脏,有 粘环现象。立即取在用润滑油样和燃料油进行分析, 本次润滑油样分析结果与前次分析结果对比来看, 该油粘度、不溶物有明显上升和增加,特别是碱值 有明显下降,与长期以来在用润滑油定期分析变化 趋势不 符。燃料油分 析结果来看 ,除 硫 含 量 低 于 0.5%以外,其他各项指标均符合 180CST 的标准,且 残渣过多。 经与船上沟通润滑油和燃料油采购和使用情况, 船上表示,由于近期燃料油中硫含量较低,为降低 润滑油成本,就私自更换使用 CD40 (TBN 4) 左右, 导致在用油碱值明显下降。 由于国际上对排放要求越来越严,因此,燃料 油均降低硫含量,但沥青质等杂质含量未降,燃油 及其不完全燃烧产物对润滑油的污染依然很高,如 果润滑油的溶解及分散性能不足,沥青质就容易在 曲轴箱表面、燃油泵、活塞等部分形成沉积物,俗 称“黑漆” 。润滑油中的高碱值清净剂除具有酸中和 作用外 ( 润滑油中清净剂含量越高,碱值 TBN 也越 高 ),还有清净效果,有助于分散燃油污染的沥青质 而提高润滑油的清净分散性能,保持发动机活塞、 曲轴箱干净,某些清净剂还具有抗氧化效果。选择 油品不能仅根据硫含量选择润滑油的碱值,还要看 其高温情境性和抗氧化能力。因此,使用 CD40 后, 不足以满足使用要求,导致对在用机油使用性能和 寿命影响较大,粘度和不溶物上升较快,曲轴箱脏 污、活塞环粘结,严重影响航行安全。 4 结论 () 现代大型船舶柴油机使用燃料越来越恶劣, 1 对船用润滑油的要求也越来越高,在选用时,需要 结合燃料油的综合性能,确定适当的润滑油。 () 船用柴油机油,时至今日仍没有统一的标 2
) 准和要求。因此,每一种润滑油都 (下转第 14 页

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螺纹孔与密封螺母连接,另一端三层阶梯可使软管 更加牢固的固定在支管上。 (5) 灯管电缆接头 电缆接头部件下端与密封螺母相配合,上端连 接电缆,中心两根金属导体,连同电路。此部件为 市场标件。 (6) 臭氧回流孔 臭氧通过软管,从处理装置的进水口管道导进 处理水箱。臭氧导管为公称外径为 18 的黄铜薄壁合 金无缝圆管。 4 辅助箱体设计 辅助箱体内主要纵向列置九个整流器及装置电 缆,每排三个灯管共用一个变压器,每个变压器长 360mm,宽 220mm,高 90mm。 5 管路及其附件 管路:选用 A 类船用无缝钢管系列;DN:150; 内径:158;外径:168。 排气支管:PVC 软管。 法兰:带颈平焊法兰;DN:150; PN:1.6MPa。 异径三通:公称通径:300×300×150。 基于 UV 技术设计出的压载水处理系统有下优 点: () 单元体尺寸小巧,适合现已运行船舶的机 1 舱结构。 () 以灵活的单元体构成。可根据不同的船舶 2 压载水水量调整单元体的并联数量。 () 易耗损部件可简单拆卸,易于后期保养检 3 修。外围腔体上下与带颈平焊法兰的突面焊接在一 起,突面与凹凸面采用螺纹连接。 () 人性化设计,27 套 UV 发生装置,18 套正 4 常使用,9 套备用。不仅免除了处理装置特殊状况的

发生,也减少了系统维修替换的工作量。 () 装置处理能力强,反应迅速,不用在船上 5 携带额外的化学药剂,大大的节约了船舶空间。羟 基的半衰期仅若干毫秒,反应后无二次残留污染。 (6 当处理箱内的羟基比值浓度达到 0.75mg/L ) 时,装置处理质量高,几乎能 100%致死水中微生 物。 不足: 1 () 强氧化性的臭氧不能完全溶于水,使得系 统必须依靠辅助物品—活性炭尽快去除多余的臭氧, 以保护船舶压载水系统。 () 本装置中所用灯管的电压与发出光谱波长 2 均可调,受条件限制,如何在最佳电压与波长匹配 下,使 UV 发生装置生成最大量的臭氧以满足设备处 理要求,未能通过实验求证。 () 多套单元体并联时,管流损失及流量分配 3 问题可能对总装置的处理能力产生一些影响。 以上是我对船舶压载水处理系统装置的研究的 一些心得,与同仁商榷。
参考文献:
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] 全球压载水管理项目中国国家项目实施小组.全球更换压载水管 2001, 专版: 1-4. 理项目[J].交通环保, 刘兴旺, 等.羟基处理 20/h 压载水试试验研究.海洋技术, 2004, 3. 沈钰琳.浅谈我国水处理中的高级氧化技术.科技文汇, 2007.9 (下 旬刊 . ) 白敏冬, 羟基对压载水中浮游植物细胞破坏的显微观察.大连 等. 海事大学学报, 2004,30 , 2. 周晓见, 等.羟基杀灭船舶压载水微小生物中试实验研究.海洋工 22 2. 程.2004, , 白敏冬, 等.羟基游离基杀死压载水中微生物研究.海洋与湖沼. 2003, 5. 34, 白敏, 等.强氧化自由基杀灭压载水微生物的模拟实验研究. 交通 环保. 2003, 2. 24,

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ( 上接第 4 页 ) 必须根据柴油机技术的发展不断更新,在最新机型 上实船试验后,获得柴油机厂商的认可和推荐,在 选用时,尽量选用通过柴油机厂商认证的油品。 () 船用发动机油要求及使用维护与陆用发动 3 机油明显不同,需要定期对在用油进行监测,通过 分析,掌握设备当前润滑与磨损状态,对综合试验 结果,从设备运行工况、成本、安全等方面全面考 虑,及时采取有效措施,减缓油品劣化,减少不必 要的损失和浪费,确保设备长周期可靠运行。

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