近海渔船专用润滑油行船试验研究

张润香，刘功德，徐广业，王莉，曹聪蕊，丁元庆，于滨

(中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁 大连 116032)

近海渔船专用润滑油行船试验研究

张润香，刘功德，徐广业，王莉，曹聪蕊，丁元庆，于滨

(中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁 大连 116032)

文章介绍了在功率分别为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行船试验及过程油样的采集、分析检测及吊缸检查等工作。根据油品监测及吊缸检查结果，在1000 h使用范围内，近海渔船专用润滑油性能稳定，各项指标正常，未出现任何因发动机油引起的行船故障，表现出优异的高温清净性、酸中和能力及抗氧化抗磨性能，能够满足近海船舶使用要求。

近海渔船，润滑油；行船试验

0 引言

为满足近海船舶发动机的润滑要求，充分考虑近海船舶用燃料现状及发展趋势，中国石油大连润滑油研究开发中心已完成“近海渔船专用润滑油”的开发并通过验收。在此基础上，以大连金海顺安船务有限公司油船、交通艇为基础，进行近海渔船专用润滑油适用性研究工作。经过双方的共同努力，已在功率分别为734 hp、717 hp和156 hp船舶上完成900 h、1000 h和1100 h的行船试验。行船试验表明，近海渔船专用润滑油满足近海船舶发动机1000 h换油期的使用要求。

1 实验条件与实验规范

1.1 试验船舶及油样

试验船只为2艘大于700 hp油船，1艘小于200 hp交通艇。3艘船舶发动机工况相似，船舶发动机均为2012年前后生产，发动机工况、零部件密封良好，无渗油漏油现象。大于700 hp油船主要为远洋运输船提供油品运输及加注工作，交通艇主要任务为近海人员及物料运输，使用燃油为非标柴油，硫含量高，运行环境较差。船舶信息如表1所示。

表1 试验船舶信息

表1(续)

试验油具体理化数据见表2。

表2 行船试验油品理化数据

1.2 试验规范

1.2.1 试验前准备

(1)对发动机进行吊缸，并更换2个缸的活塞、活塞环、轴瓦(小于200 hp发动机不需要)；

(2)放掉原发动机油，取油样500 mL作为原油样；

(3)加注中国石油润滑油公司近海渔船专用润滑油；

(4)热机10 min以上；

(5)放掉发动机油；

(6)加注新的近海渔船专用润滑油；

(7)热机10 min以上，取油样250 mL作为0 h油样；

(8)视发动机油液位，补加油品；记录试验时间，开始行船试验。

1.2.2 试验取样、记录

行船试验开始后，分别在发动机运行的100 h、200 h、300 h、400 h、500 h、600 h、700 h、800 h、900 h、1000 h取发动机油样250 mL，在记录表内填写试验船舶、油品、取样时间等信息，并填写标签黏贴到取样瓶上。

1.2.3 发动机保养

船东负责对试验船只发动机进行保养，包括更换三滤，发动机油的补加，详细记录补加机油的信息。

1.2.4 试验结束或继续

当试验时间到达1000 h时，应由中国石油、船东公司等相关人员参与对发动机油品以及船舶发动机的实际情况进行评价，考虑是否继续进行行船试验：如果油品不能满足使用要求，或船舶发动机存在异常则终止行船试验；如果油品性能尚佳，船舶发动机良好则继续进行行船试验，试验时间待定。

1.2.5 油品分析检测与更换参考值

油样分析检测项目及更换参考值分别如表3、表4所示。

表3 油品分析检测项目

表4 机油更换指标参考值

2 结果与分析

2014年12月27日完成金舟188主机1#、2#缸吊缸并更换了活塞、活塞环和轴瓦；2015年2月4日完成金海油9主机1#、2#缸吊缸并更换了活塞、活塞环、轴瓦。吊缸后均对发动机进行了清洗，并按试验规范要求进行行车过程中的取/补油样、检测及记录等工作。金舟188船试验到900 h出现燃油泄漏，为防止造成发动机损坏，决定终止试验；金海油9船完成1000 h试验；金海17船完成1000 h后各项指标均正常，所以延长了100 h的试验，实际试验时间为1100 h。

2.1 柴油机油取样记录

如表5所示 ，各船均严格按照规范要求及时取样，确保了试验过程的可靠性。其中2015年4月所采油样出现洒漏(金舟188船200 h样、金海17船300 h样)，导致样品数据较少，部分数据无法做全。

2.2 发动机油补油量

各船取/补油量无固定时间。在行船试验过程中定期观察机油液面高度，液面高度下降时补加适量机油至原液面高度。行船试验过程中，未出现机油滴漏情况，未异常补加机油。

2.3 行船试验柴油的典型数据

从表5燃油分析结果表明，行船试验船只所用柴油硫含量超标严重，超过标准限值的15倍，密度也较大，油品外观呈现深黑色，与国内近海船舶柴油质量差、硫含量高的实际现象相符。由于燃油硫含量高，发动机油碱值易消耗过快并造成腐蚀，要求油品具有较高的碱值、优良的碱保持性能及防腐蚀性能。

表5 行船用柴油实测数据

2.4 试验油的黏度变化

黏度是润滑油一项非常重要的指标，黏度过小，油膜强度差或根本无法形成完整的润滑油膜，导致磨损急剧增加。黏度过高，油品的运动阻力大，难以迅速到达摩擦表面，磨损加剧、能耗增加。影响润滑油使用过程中黏度特性的因素很多，如高剪切速率引起黏度指数改进剂断链而导致黏度降低；而油品氧化变质、烟炱等都会导致油品黏度增大。图1表示试验油黏度随行船时间变化情况。

图1 油品黏度随行船时间变化趋势

如图1所示，金海油9船、金海17船试验油品在整个试验过程中波动较小，未出现黏度的明显增长或降低，表明油品氧化增稠的现象少，油品热稳定性较好。金舟188船前800 h黏度波动较小，但900 h点黏度异常偏低。经检查，发现喷油嘴故障，存在燃油泄漏，油样分析结果发现柴油含量为15.7%， 所以900 h点黏度异常降低为柴油稀释导致的。

2.5 试验油碱保持性能及酸值变化情况

润滑油的氧化衰变是导致润滑油失效最重要的原因之一。润滑油在使用过程中会产生一些有机酸，这些酸性物质可能导致发动机部件的腐蚀磨损，从而降低发动机的使用寿命。渔船使用的燃料为非标柴油，硫含量大，所以需要油品具有较高的碱值及良好的碱保持能力，以适应长时间的使用要求。一般认为碱值越高，中和酸性物质的能力越强，清净性越好；但碱值高低与碱保持性能无对应关系，碱保持能力越好，说明油品的使用寿命越长。

在碱值方面，三艘试验船只分析结果表明，试验油品均表现出优异的碱保持性，如图2所示。金舟188,、金海17和金海油9试验结束后碱值分别为6.5 mgKOH/g、6.02 mgKOH/g和6.8 mgKOH/g，对应的碱保持率分别为83%、77%和90%。

试验油的酸值变化是一个反映油品抗氧化性能的重要指标，反映了基础油的氧化衰变和相关添加剂消耗降解状态。如图3所示，研制油在使用过程中油品酸值增加缓慢，说明油品并未发生明显的氧化衰变。

图2 各试验船油品碱值随试验时间变化趋势

图3 各试验船油品酸值随试验时间变化趋势

2.6 正戊烷不溶物情况分析

正戊烷不溶物包括油品氧化及添加剂分解产物、发动机磨损的金属磨粒等。戊烷不溶物的主要来源有：(1)燃烧的不完全产物通过活塞环与气缸套之间的缝隙进入曲轴箱；(2)吸入粉尘、零部件磨损产生的金属磨粒；(3)润滑油氧化变质。如图4所示，在整个1000 h的行船试验内，正戊烷不溶物虽然均远低于换油指标中2%的限值，但较以往监测的使用国标柴油的重负荷柴油发动机大，而从油品酸值变化可得出油品本身氧化衰变速度慢，戊烷不溶物偏高很可能是由于非标柴油中大量重组分难以完全燃烧，通过活塞环与缸套之间的间隙进入曲轴箱而引起的。

图4 戊烷不溶物随试验时间变化趋势

2.7 试验油的抗磨性

发动机各零部件在使用过程出现磨损是不可避免的。润滑油的氧化变质、油品中含烟炱等不溶物也会加快发动机零部件磨损。通过监测、分析油中金属元素含量可用于评价油品抗磨性能。其中Fe、Cr、Al元素主要来源于缸套、活塞、阀系，Cu、Pb则主要来源于连杆轴瓦和主轴瓦。如图5、图6和图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最大值为110 μg/g，金海17最大值为110 μg/g，金海油9最大值也为110 μg/g。试验结果表明油品良好的抗磨损性能。

图5 金舟188船磨损金属元素随试验时间变化趋势

图6 金海17船磨损金属元素随试验时间变化趋势

图7 金海油9船磨损金属元素随试验时间变化趋势

2.8 烟炱含量

各船烟炱含量随试验时间变化趋势如图8所示。试验结束后，各船烟炱含量最大的为金海17船，1100 h时烟炱含量为1.0%，金舟188船最大烟炱含量为0.6%，金海油9船最大烟炱含量为0.6%。

图8 船烟炱含量随试验时间变化趋势

3 吊缸检查

行船试验结束后，对两艘马力较大船只进行吊缸检查，基于海上条件较差，吊缸检查重点对轴瓦失重、活塞环失重、连杆小头磨损、活塞销孔磨损、环开口间隙进行考察，并对活塞、轴瓦拍照，同时由专业人员对活塞清净性进行评分。

3.1 金舟188船发动机吊缸检查结果

3.1.1 金舟188船发动机活塞评分及磨损

金舟188船活塞评分及磨损情况见表6。从表6可得，轴瓦、活塞环、连杆小头、活塞销孔、环开口间隙只有微量磨损，油品表现出良好的抗磨损性能。

表6 金舟188船活塞评分及磨损情况

3.1.2 金舟188船行船试验后活塞、轴瓦照片(见图9～图16)

图9 金舟188船1#缸活塞承压面照片

图10 金舟188船1#缸活塞非承压面照片

图11 金舟188船1#缸活塞内顶部照片

图12 金舟188船1#缸连杆轴瓦照片

图13 金舟188船2#缸活塞承压面照片

图14 金舟188船2#缸活塞非承压面照片

图15 金舟188船2#缸活塞内顶部照片

图16 金舟188船2#缸连杆轴瓦照片

3.2 金海油9船发动机吊缸检查结果

3.2.1 金海油9船活塞评分及磨损

金海油9船活塞评分及磨损情况见表7。从表7可得，轴瓦、活塞环、连杆小头、活塞销孔、环开口间隙只有微量磨损，油品表现出良好的抗磨损性能。

表7 金海油9船活塞评分及磨损情况

3.2.2 金海油9船试验后活塞、轴瓦照片(见图17～图24)

图17 金海油9船1#活塞承压面照片

图18 金海油9船1#活塞非承压面照片

图19 金海油9船1#活塞内顶部照片

图20 金海油9船1#缸连杆轴瓦照片

图21 金海油9船2#活塞承压面照片

图22 金海油9船2#活塞非承压面照片

图23 金海油9船2#活塞内顶部照片

图24 金海油9船2#缸连杆轴瓦照片

两艘试验船吊缸结果表明，油品的清净性能良好，其中金舟188船活塞平均评分为69.1分，金海油9船活塞平均评分为74.51分。从两船活塞承压面、非承压面、内顶部照片同样可以看出油品清净性良好，无明显严重积炭。轴瓦图片可以看出，两船的上下轴瓦表面光滑，未发现明显严重划痕或腐蚀磨损，从轴瓦的失重也得到印证，说明油品抗磨、抗腐蚀性能良好。

4 结论

(1)试验油品均具有良好的抑制油品变稠能力，试验过程中未出现黏度明显增长趋势。

(2)试验油品均表现出良好的高温清净性，试验结束吊缸发现活塞、活塞环干净，评分为70分左右。

(3)试验油品均表现出良好的碱保持性和酸中和能力，吊缸检查各零部件未发现明显腐蚀磨损，能满足使用劣质高硫燃料的近海船舶使用要求。

(4)试验油品均具有较好的抗磨性能，试验结束后各磨损元素含量较低。吊缸检查发现连杆轴瓦、活塞环失重较小，连杆小头、活塞销孔和环开口间隙只有微量磨损。

根据油品监测及吊缸检查结果，在1000 h使用范围内，近海渔船专用润滑油性能稳定，各项指标正常，未出现任何因发动机油引起的行船故障，表现出优异的高温清净性、酸中和能力及抗氧抗磨性能，能够满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。

张润香，高级工程师, 2007 年毕业于厦门大学化学系应用化学专业, 获硕士学位, 现从事内燃机油与添加剂研究工作。E-mail：zhangrunxiang_rhy@petrochina.com.cn