船用内燃机油国家标准概述

石顺友

(中国石化润滑油有限公司华南分公司，广东 广州 510620)

0 引言

据交通运输部统计，2018年我国水路货运量达70.27亿t，占我国交通货运量的13.88%[1]。船舶运输在国民经济和对外贸易中发挥着重要的作用，99%以上的大型商业船舶都采用以柴油机为主推进的动力装置[2]。船舶发动机连续工作时间长，环境恶劣，润滑条件苛刻，对润滑油的质量要求高，质量可靠的润滑油是保证船舶发动机正常运行的关键，然而，对于船用润滑油的质量规格，不同于车用发动机油一样有通用的规格(如API规格)[3]，虽然各船用发动机制造商及船级社对船用润滑油的要求非常严格，但至今尚未形成统一的质量标准[4-5]。船用润滑油是润滑油的主要品种，全球每年的消耗量超过上百万吨，船用润滑油供应商一般根据船舶发动机的工况特点，进行油品研究与开发，并以企业标准的形式对油品的生产、销售进行规范，但对标准内容进行严格保密，质量监管部门无法对船用润滑油的质量进行有效监控。

为促进我国船用润滑油市场的良性发展，规范市场秩序，保证产品质量，国家市场监督管理总局于2019年10月18日发布了船用内燃机油GB/T 38049-2019标准，并于2020年5月1日正式实施。船用内燃机油标准的发布和实施，能够有效保证市场上船用润滑油的产品质量，是船舶润滑和航行安全、促进行业技术进步、提高经济效益的有力保障，在服务、支撑和引领行业发展方面具有重要意义。

1 船用内燃机油国家标准[6]

1.1 产品分类

GB/T 38049-2019标准所属产品包括船用气缸油、船用系统油和船用中速筒状活塞柴油机油(简称：船用中速机油，TPEO)3个品种，按照“黏度+碱值”划分为不同牌号，共计21个牌号：

(1)船用气缸油划分为5个牌号：5025、5040、5070、5080、50100。

(2)船用系统油划分为4个牌号：3005、3008、4005、4008。

(3)船用中速机油划分为12个牌号：3012、3015、3020、3030、3040、3050、4012、4015、4020、4030、4040、4050。

产品牌号中，前2个数字表示该产品的黏度等级，后2个数字表示该产品的碱值等级。如船用气缸油5040，50表示黏度等级，40表示碱值等级，碱值大小约为40 mgKOH/g；系统油3005，30表示黏度等级，05表示碱值等级，碱值大小约为5 mgKOH/g。

1.2 技术指标要求

船用气缸油、系统油和中速机油的技术要求和试验方法分别见表1、表2和表3。

表1 船用气缸油的技术要求和试验方法

表2 船用系统油的技术要求和试验方法

表2(续)

表3 船用中速机油的技术要求和试验方法

表3(续)

2 性能解析

2.1 理化指标

2.1.1 黏度

黏度是船用内燃机油主要的物理化学性质，也是船用内燃机油牌号划分的主要依据。船用内燃机油的黏度分类根据GB/T 14906-2018内燃机油黏度分类来划分，如表4[7]。

表4 GB/T 14906-2018内燃机油黏度分类

表4(续)

船用内燃机油的黏度等级比较单一，船用内燃机油标准中系统油和中速机油的黏度等级分为SAE 30和SAE 40两个黏度等级，气缸油的黏度等级仅为SAE 50一个黏度等级。

低速十字头二冲程柴油机气缸的润滑条件十分苛刻，与系统油和中速机油相比，船用气缸油具有其特殊性。气缸的温度高、冲程长、缸径大，存在边界润滑状态，通常采用注油的方式进行润滑，因此，船用气缸油不但要求具有良好的润滑性、合适的黏度，还要具有良好的流动性和扩散性[8]。气缸油的黏度不能太小，太小无法形成有效的油膜；但黏度也不宜太大，黏度太大，流动性和分散性差，无法及时分散到整个气缸表面。正因如此，发动机制造商MAN B&W明确要求气缸油100 ℃运动黏度值最低为18.5 mm2/s，最大为21.9 mm2/s，黏度指数要求不小于95[9]。

GB/T 38049-2019标准对船用气缸油100 ℃运动黏度的要求与MAN B&W对气缸油黏度的要求保持一致，即最低为18.5 mm2/s，最高为21.9 mm2/s；对系统油和中速机油的黏度数值与GB/T 14906-2018内燃机油黏度分类中的要求一致。

2.1.2 黏度指数

黏温性能对船用内燃机油的使用具有重要意义，如船用内燃机油的黏温性能不好，当温度低时黏度过大，造成启动困难，而且启动后，油品不易流到摩擦表面上，造成机械零件的磨损；而当温度过高时，黏度变小，则不易在摩擦表面上形成适当的油膜，会导致擦伤和胶合等故障。船舶的工作条件苛刻，运行环境复杂多变，因此，船用内燃机油应具有良好的黏温性能，以保证在整个工作温度范围内黏度变化较小，以确保形成有效油膜。

GB/T 38049-2019标准中，船用气缸油和中速机油的黏度指数指标要求为不小于95，与MAN B&W对气缸油的黏度指数要求一致。系统油的黏度指数指标要求为不小于93。

2.1.3 碱值

碱值表示润滑油中碱性物质含量的指标。GB/T 38049-2019标准中，船用润滑油的质量等级以油品碱值的大小来区分。

为降低运输成本，航运公司尽可能使用价格低廉的劣质燃料油作为主要燃料，因此，船用润滑油碱值的选择非常重要，要根据船舶发动机使用的燃料油中的硫含量大小来选择合适碱值的气缸油和中速机油，使之有适宜的碱值，确保其良好的酸中和能力和清净性。如果碱值过小，油品酸中和能力不足会造成腐蚀磨损；碱值过大，金属灰分高，也会造成磨损，同时，添加剂含量增加，导致成本升高。如在低速十字头式二冲程柴油机的气缸润滑中，气缸油的碱值直接关系到气缸的润滑和磨损，因此，在选用气缸油时，首先应充分考虑船舶发动机所用燃料油的含硫量，根据燃料油中的硫含量来选择合适碱值的气缸油。如船用二冲程低速机制造商MAN B&W在其服务通函SL2019-671/JAP以及WinGD在其服务指南Issue 006 2020-08中就明确要求根据燃料油中的硫含量来选择相应碱值的气缸油，分别见图1[9]和图2[10]。

图1 MAN B&W低速十字头式二冲程

图2 WinGD低速十字头式二冲程柴油机对碱值要求

从图1和图2可以看出，对于使用不同硫含量燃料油的船舶发动机需要根据其所用燃料油中硫含量的大小来选择相应碱值的气缸油。然而，为了满足MARPOL附则Ⅵ排放法规要求，大部分船舶都使用硫含量不高于0.5%的燃料油，由于硫含量不高于0.5%燃料油的质量差异以及不同供应商之间气缸油的性能差异，笔者在为船舶提供服务过程中，有遇到船舶在使用硫含量不高于0.5%的燃料油时，船舶发动机出现异常积炭和磨损、“超磨”拉缸、活塞头和缸套出现“红色沉积物”等现象，产生这些现象的主要原因，笔者认为，使用硫含量不高于0.5%的燃料油时采用40BN的气缸油，虽然足以中和其产生的酸性物质，但其清净性不够。因此，对于使用硫含量不高于0.5%的燃料油时，气缸油的选择不能完全按照燃料油中的硫含量大小来选择，而要根据实际情况，紧密观察气缸的润滑状态来进行适当的调整，比如交替使用40BN和70BN的气缸油，以确保主机的运行安全。

对于在使用硫含量不高于0.5%的燃料油时出现的一些问题，MAN B&W在其服务通函SL 2020-694/JUSV中将气缸油分为了Category Ⅰ and Category Ⅱ两类，其中Category Ⅰ (Cat Ⅰ)适用Mark8及以下的机型，Category Ⅱ (Cat Ⅱ)适用Mark9及以上的机型。与Cat Ⅰ的气缸油相比，Cat Ⅱ的气缸油具有更好的整体性能，特别是具有更加优异清洁性能[11]。

对于使用硫含量不高于0.5%燃料油的船舶主机，特别是新型主机，笔者建议，船东可以根据OEM的相关指导来进行油品的选择或咨询润滑油供应商，以确保选油用油的安全。

2.1.4 水分

油品中水分的存在对油品性能有较大影响，会促使油品加速氧化变质、破坏油膜的形成、加速有机酸对金属的腐蚀，使添加剂产生水解而失效等，因此，油品中的水分越少越好。考虑到船舶的运行环境，且船用油添加剂为高碱性的添加剂，易吸水，故GB/T 38049-2019标准中，根据添加剂的加入量，对不同碱值产品的水分指标的规定存在一定区别，试验方法为GB/T 260。具体要求如下：

(1)船用气缸油中的低碱值气缸油5025、5040和5070的水分指标要求为不大于0.06%；高碱值气缸油5080和50100的水分指标要求为不大于0.12%。

(2)船用系统油和中速机油各产品的水分指标要求均为不大于0.06%。

2.1.5 密度

密度是润滑油最简单、最常用的物理性能指标，保证了油品体积和重量的换算准确，考虑到船用内燃机油市场销售的实际情况，为与国际市场接轨，GB/T 38049-2019标准规定密度的测试温度为15 ℃，指标要求均为报告，试验方法为SH/T 0604。

2.1.6 闪点

闪点是反映油品安全性的重要指标，对于油品生产、运输、储存、使用过程的安全具有重要意义，一般情况下，润滑油的最高工作温度应比其闪点低20～30 ℃。闪点的测定方法分为开口杯法和闭口杯法。开口杯法用以测定重质润滑油和深色润滑油的闪点，闭口杯法用以测定闪点在150 ℃以下轻质润滑油的闪点。船用内燃机油的颜色较深，GB/T 38049-2019标准中，要求通过石油产品闪点和燃点的测定方法(克利夫兰开口杯法)GB/T 3536来测定船用内燃机油的闪点，指标要求均为开口闪点不低于220 ℃。

2.1.7 倾点

倾点是指在规定条件下，被冷却了的试样油能流动时的最低温度。倾点是反映油品低温流动性的重要指标。当温度很低时，油品黏度增大，甚至变成无定型的玻璃状物质，失去流动性，因此，在生产、运输和使用润滑油时，因根据环境条件和工况选用相应的倾点的油品。

GB/T 38049-2019标准要求通过GB/T 3535测定油品的倾点，具体指标要求为船用气缸油的倾点不高于-6 ℃，船用系统油和中速机油的倾点不高于-12 ℃。

2.1.8 机械杂质

机械杂质是反映油品调合工艺纯净程度的重要指标。通常，基础油的机械杂质都控制在0.005%以下(被认为是无)，加添加剂后的产品油机械杂质一般增大。对于一些有大量添加剂的油品(如船用气缸油)，机械杂质的指标表面上看是比较大，但其杂质主要是加入了添加剂后所引入的溶剂不溶物，这些胶状的金属有机物，并不影响使用效果。

对于船用内燃机油而言，因气缸油与系统油和中速机油的加剂量存在较大差异，因此，GB/T 38049-2019标准中的机械杂质指标要求也不同，气缸油的指标要求为不大于0.03%，系统油和中速机油的指标要求为不大于0.01%，试验方法均为GB/T 511。

2.1.9 硫酸盐灰分

硫酸盐灰分是指试样被灼烧碳化后所剩残渣，用硫酸处理后再经煅烧所得的无机物。对于船用内燃机油，灰分可作为定量控制添加剂加入量的手段，可表征船用内燃机油有灰清净分散剂的含量。GB/T 38049-2019标准对气缸油、系统油和中速机油的灰分要求均为报告，试验方法为GB/T 2433。

2.1.10 泡沫特性

泡沫特性是指油品生成泡沫的倾向性和泡沫的稳定性，反映油品在有空气进入的情况下消泡能力的强弱。船用内燃机油在实际使用过程中，由于受震动、搅拌、船舶晃动等作用，使得空气混入油中，以致形成气泡而使其流动性变差，甚至会形成气阻、破坏油膜的形成等，造成润滑变差。因此，要求评定内燃机油生成泡沫倾向性和稳定性。GB/T 38049-2019标准对系统油和中速机油的泡沫特性要求如表2和表3，试验方法为GB/T 12579。

2.2 元素分析

元素含量与油品中的添加剂有关，是船用内燃机油最主要的检测内容之一。分析船用内燃机油的元素，对油品的产品质量控制、生产加工方案、使用性能、环境治理等方面具有重要意义[12]。GB/T 38049-2019标准中要求对油品中的硫、钙、磷和锌元素进行检测分析。硫元素试验方法为SH/T 0689、GB/T 17040、SH/T 0172，钙元素试验方法为GB/T 17476、SH/T 0270、SH/T 0631，锌元素试验方法为GB/T 17476、SH/T 0226、SH/T 0631，磷元素试验方法为SH/T 0296、SH/T 0631、GB/T 17476，指标要求均为报告。

2.3 模拟试验

2.3.1 液相锈蚀试验

船用发动机常处于湿度、盐雾浓度较大的工作环境，船用系统油和船用中速机油为循环使用产品，船舶运行中不可避免地有水分侵入。由于水分的存在，促进油品乳化变质，如果水分长时间与金属部件接触，金属表面会产生不同程度的锈蚀，锈蚀产物可引起设备故障，甚至造成严重的停机事故，故船用系统油、中速机油应具有较好的防锈性能。因此，GB/T 38049-2019标准要求通过《加抑制剂矿物油在水存在下防锈性能试验法GB/T 11143(B法)》测定船用系统油、中速机油的防锈性能，指标要求为无锈。

2.3.2 铜片腐蚀试验

铜片腐蚀试验是评价润滑油本身对铜的腐蚀性程度。润滑油的腐蚀主要是油中的某些酸性物质、氧化产物和金属反应的原因。GB/T 38049-2019标准要求船用气缸油产品的铜片腐蚀试验的结果为不大于1级，试验方法为GB/T 5096，对系统油和中速机油无要求。

2.3.3 FZG试验

FZG试验是反映油品极压抗磨性的重要指标。随着船舶发动机的技术进步，电喷式船舶二冲程柴油机以其燃料经济性高、节能环保的良好优点，应用范围越来越广泛。同时，由于电喷型柴油机液压伺服系统中压力高达20 MPa，从而对船用系统油的极压性能提出了更高地要求，如WinGD就要求其生产的FLEX型二冲程发动机使用的系统油的FZG失效等级必须大于10级。因此，GB/T 38049-2019标准对系统油的极压性要求FZG失效级不小于10级。

船用中速发动机的工作原理与高速发动机基本相同，但船用中速机油除润滑缸套、活塞、轴承等，同时还润滑齿轮箱[13]。此外，船用中速机一般使用燃用劣质燃料以降低成本，故船用中速机油有其特殊要求，不但兼具船用气缸油和船用系统油双重性能，还应具有良好的承载性能。因此，GB/T 38049-2019标准对船用中速机油的极压性要求FZG失效级不小于11级，以保证在边界润滑状态下降低磨损。

2.4 台架试验

船用内燃机油产品，特别是船用气缸油和系统油，需要通过实船试验来验证产品性能。一般要通过MAN B&W和WinGD等船舶发动机制造商的认证后，方可用于其生产的发动机上。故GB/T 38049-2019标准对气缸油和系统油没有台架试验方面的要求。

由于船用中速机的工作原理与高速柴油机相似，而发动机台架实验评定与发动机油的试验性能具有良好的相关性，是评价内燃机油性能好坏行之有效的手段之一[14]。为确保船用中速机油的产品质量，结合中速机的工况特点，GB/T 38049-2019标准要求船用中速机油通过轴瓦腐蚀试验和高温清净性2个台架试验。

2.4.1 实船试验

由于低速十字头二冲程发动机的运行工况极其复杂，影响因素较多，台架试验与实际运行工况差异较大，因此，对于用于低速十字头二冲程发动机的气缸油和系统油，GB/T 38049-2019没有相应的台架试验要求，而对于油品供应商，其产品需获得主机厂的认可信(NOL)后方可用于其生产的发动机上。

目前，世界船用低速十字头二冲程发动机市场被MAN B&W、WinGD和J-ENG三大公司垄断，其中，MAN B&W在全世界范围内的低速十字头二冲程发动机市场份额最高，达到三分之二以上。作为低速十字头二冲程船用发动机生产商，三大公司都有着自己的油品认可规范要求，但无一例外地都要求选择采用不少于4000 h的实船试验进行最终的油品认可，润滑油供应商只有通过其规定的行船试验才可拿到OEM对油品的认可信。其中MAN B&W公司对船用发动机油的认证要求及程序如下[15]：

(1)船龄要求：试验船的船龄为5年内的新船；

(2)试验时间：认证必须经过至少4000 h的实船试验；

(3)吊缸要求：在试验前和完成后的4000 h，分别要求MAN B&W公司的工程师上船对发动机进行吊缸拆检，获得检测数据，并最终判断是否通过认可；

(4)试验用油要求：一般情况气缸油的试验，采用参比油和测试油对比试验的方式，测试油在主机的2个气缸中进行测试，其余的气缸有2个作为参比气缸使用，采用已认可的商业性气缸润滑油运转；

(5)发动机缸径要求：如果润滑油的生产商是第一次进行油品认证，则要求认证试验选择50～60 cm的中等缸径发动机开展行船试验，通过后油品可以用于MAN B&W公司生产的中等缸径(小于70 cm)发动机。如果用于大于70 cm缸径的发动机，则还需要选择缸径大于80 cm的发动机，重新进行行船试验。

2.4.2 高温氧化和轴瓦腐蚀性能

发动机油高温氧化生成的酸性物质容易造成铜、铅轴瓦的腐蚀，GB/T 38049-2019标准要求通过L-38台架试验或MS程序Ⅷ台架试验评定船用中速机油在高温条件下对铜、铅轴瓦的腐蚀性。试验结束后，拆解发动机对轴瓦失重进行称量，以此来评定船用中速机油的高温氧化和轴瓦腐蚀性能，通过标准如表5。

表5 船用中速机油高温氧化和轴瓦腐蚀性能台架试验通过标准

2.4.3 高温清净性

发动机油在高温作用下容易发生氧化、聚合、缩合等一系列变化，在发动机活塞的顶部、侧面及曲轴中产生积炭、漆膜和油泥等沉积物，这些沉淀物严重影响了发动机的润滑和传热，甚至造成发动机异常磨损、提前点火、爆震等严重故障[16]。高温清净性就是评定润滑油在形成氧化产物后油品溶解、分散、中和氧化产物、抑制漆膜、积炭生成等能力，是船用中速机油的重要使用性能之一。GB/T 38049-2019标准要求通过Caterpillar 1M-PC台架试验评定船用中速机油的高温清净性和抗磨性能。试验在规定的转速和燃油消耗率的条件下，使增压柴油试验机运转120 h，试验结束后检查发动机、活塞、活塞环、缸套，测定缸套和活塞环的磨损程度，活塞沉积物的性质和数量，活塞环的灵活程度。台架试验通过标准如表6所示。

表6 船用中速机油Caterpillar 1M-PC发动机台架试验通过标准

3 结束语

(1)针对船用内燃机的工况特点和国内的实际情况，GB/T 38049-2019标准对船用气缸油、系统油和中速机油提出了严格的性能技术指标要求，并对产品的品种和标记、检验规则、标识、包装、运输和储存进行了严格规定，使船用内燃机油产品满足船舶发动机苛刻的润滑需求。

(2)GB/T 38049-2019标准的颁布和实施，为船东、船厂、主机厂等船用油用户了解船用油的产品质量提供了权威依据，也为润滑油生产商提供了对产品质量进行控制的依据。然而，从标准的技术要求来看，船用油国标产品的性能要求容易达到，因此，建议润滑油供应商在国标要求的基础上，加强自己产品的性能要求，如增加PDSC、热管、台架试验、实船试验等要求,为客户提供综合性能更加优异的产品，以提高市场竞争力。同时，建议船用油用户在选择油品时，特别是在选择气缸油和系统油产品时，要选择获得发动机主机厂NOL的产品，以保证船舶主机的运行安全。

(3)GB/T 38049-2019标准的颁布和实施，使船用发动机油生产企业对产品生产有了质量控制的依据，也为质量监管部门对船用发动机油的质量监管提供了有效依据，是船舶润滑和航行安全、促进行业技术进步、提高经济效益的有力保障，在服务、支撑和引领我国船舶行业健康发展方面具有重要意义。