长城船用气缸油5040与船用低硫燃料油适配性研究

赵硕 郑婷

中国石化润滑油有限公司

自2020 年起，IMO（国际海事组织）“限硫令”正式生效。根据新规要求，自2020 年1 朋1 日起，全球海域内船舶所用燃料油的硫含量不得超过0.5%（质量分数），排放控制区域（SECA）内船舶所用燃料油的硫含量不得超过0.1%（质量分数）；自2020 年3 朋1 日起，禁止未安装洗涤设备的船舶携带高硫燃料油[1]。为有效应对IMO 2020限硫令，航运业普遍采用以下3 种措施：

◇切换使用硫含量不高于0.5%（质量分数）的低硫燃料油；

◇安装洗涤塔，继续使用高硫燃料油；

◇使用LNG（液化天然气）等新型清洁替代燃料[2]。

船用低硫燃料油主要包括以下3 种生产工艺：

◇使用低硫原油经过蒸馏工艺进行生产；

◇使用低硫组分轻质燃油和高硫重质燃油进行混兑、调合生产；

◇使用高硫渣油经过脱硫工艺（加氢脱硫、吸附脱硫、脱硫添加剂等）进行生产。

船用低硫燃料油生产原料、工艺多样化对船用发动机油提出较高的性能要求。由于生产原料、工艺的不同，低硫燃料油存在相容性和稳定性较差、点火和燃烧质量不佳、存在异常成分等问题，从而导致柴油机活塞区域出现严重沉积物，进而导致缸套、活塞等异常磨损或拉缸等故障[3]。

本文开展了长城船用气缸油5040 和船用低硫燃料油的适配性研究，通过实验室模拟试验和实船试验测试，重点考察气缸油的清净分散性，评价长城船用气缸油5040 和船用低硫燃料油的适配性。

为有效对应IMO（国际海事组织）2020“限硫令”，船运业普遍切换使用硫含量不高于0.5%（质量分数）的低硫燃料油。船用低硫燃料油生产原料、工艺多样化对船用气缸油的清净分散性提出较高的要求。本文主要开展了长城船用气缸油与船用低硫燃料油适配性研究，实验室模拟试验和实船试验测试结果表明，长城船用气缸油5040 具有较高的清净分散性能，与低硫燃料油具有较好的适配性，满足低硫燃料油配套润滑油要求。

试验部分

试验用船用低硫燃料油

根据硫含量的不同，船用燃料油可以分为高硫燃料油、低硫燃料油和超低硫燃料油。高硫燃料油的硫含量达到3.50%（质量分数）甚至4.50%（质量分数）或以上，低硫燃料油的硫含量不高于0.50%（质量分数），超低硫燃料油的硫含量在0.10%（质量分数）以下。

船用低硫燃料油执行标准主要包括：国际化标准组织标准ISO 8217—2017《Specifications of marine fuels》（《船用燃料油规格》）、美国材料与试验协会标准ASTM D396—18《Standard Specification for Fuel Oils》《燃料油标准规范》和中国国家标准GB 17411—2015《船用燃料油》。GB 17411—2015 是参考ISO 8217—2012 制定的强制性国家标准，主要技术指标包括运动黏度、密度、碳芳香指数CCAI、硫含量等。试验选择来自3家不同供应商的船用低硫燃料油（燃油A、B、C），油品主要性能测试结果见表1。

表1 船用低硫燃料油主要性能测试数据

由表1 可见，试验用燃料油为RMG180 船用残渣燃料油，均满足质量指标要求，硫含量均不高于0.50%（质量分数），符合限硫令要求。但是，不同低硫燃料油存在以下几点显著差异：

◇运动黏度变化范围大，燃油B 的黏度为101.6 mm2/s，而燃油C的黏度高达164.1 mm2/s。黏度是燃料油的重要性能指标，黏度反映了燃料油流动性、泵送性和雾化性的好坏，黏度过低的燃料油可能导致燃烧不良，积碳增加，以及油泵泄漏、磨损或卡死等问题。

◇倾点差异较大，燃油B 的倾点为-9 ℃，而燃油C 的倾点高达24 ℃。倾点反映了燃料油低温流动性的好坏，倾点过高的燃料油可能导致蜡的析出，从而堵塞过滤器并在冷却器上沉积。

◇铝+硅含量不同，燃油A 的铝+硅含量为4 mg/kg，而燃油C的铝+硅含量为29 mg/kg。铝+硅是原油炼制过程中引入催化剂颗粒的副产品，很难全部分离出来，铝+硅会嵌入发动机部件作为磨料导致迅速且严重的磨损。

试验用船用气缸油

长城船用气缸油5040 采用高质量基础油和高性能添加剂调制而成，具有优异的黏温性能，满足更高压力和更高温度的新型发动机润滑要求；优异的清净分散性能，有效应对多种类型发动机在使用低硫燃料油时的沉积物问题，防止积碳形成，保护发动机清洁；优异的抗磨损性能，减少金属部件的磨损；良好的扩散性能，确保实现良好的润滑油分布和油膜保持力，降低摩擦磨损。

试验用长城船用气缸油5040 执行GB/T 38049-2019《船用内燃机油》技术要求，主要技术指标包括碱值、运动黏度、黏度指数、闪点、倾点等。长城船用气缸油5040 典型数据见表2。

表2 长城船用气缸油5040典型数据

结果与讨论

低硫燃料油主要对船用气缸油的高温清净性能提出更高的要求，以期通过气缸油解决低硫燃料油引起的活塞区域沉积物问题，确保发动机正常运行。因此，本文重点在清净分散性上考察气缸油与低硫燃料油的适配性。

清净性考察

清净性能是指油品将黏附在部件上的沉积物清洗下来，保持发动机洁净的能力，油品清净性能不佳将导致活塞区域容易形成漆膜或积碳，严重时可能引起异常磨损、拉缸等现象。小松热管试验是评价气缸油高温清净性的重要模拟试验，试验方法为NB/SH/T 0906—2015。将长城船用气缸油分别与燃油A、B、C 混合均匀后开展小松热管试验，试验结果见表3。

表3 小松热管试验测试结果

在小松热管试验中，热管内壁漆膜颜色评级越高，气缸油的高温清净性能越好[4]。由表3 可见，混入低硫燃料油后，长城船用气缸油5040 热管试验管内壁仍保持清洁，几乎没有漆膜和积碳生成，表明长城船用气缸油5040 与船用低硫燃料油A、B、C 均具有较好的清净性适配性。

分散性考察

分散性能是指油品将沉积物分散增溶于油中，抑制其进一步聚集的能力。采用油斑分散性试验评价气缸油的分散性能，试验方法为ASTM D7899—2013。将长城船用气缸油分别与燃油A、B、C 混合均匀后开展油斑分散试验，试验结果见表4。

表4 油斑分散性测试结果

在油斑分散试验中，通过滤纸油斑照片分析表征气缸油的燃油分散性能，分散性优点MD 表示不溶物在整个斑点的分布均匀度，MD值越高，气缸油的分散性能越好[5]。由表4 可见，分别混入A、B、C 三种低硫燃料油后，长城船用气缸油5040 油斑试验仍保持较好的分散状态，油斑无明显的物质析出。长城船用气缸油5040 与船用低硫燃料油A、B、C 具有较好的分散性适配性。

实船试验

基于实验室模拟试验结果，进一步通过实船试验验证长城船用气缸油5040 与船用低硫燃料油的适配性。实船试验在中国某远洋公司散货船上进行，气缸油为长城船用气缸油5040，燃料油为市售的船用低硫燃料油，油品主要性能测试结果见表5。应用跟踪17 个朋后，对船舶发动机进行吊缸检查，结果见表6。

表5 试验用市售船用低硫燃料油主要性能测试结果

表6 吊缸检查结果

由表5 可见，试验用市售船用低硫燃料油为RMG380 船用残渣燃料油，硫含量低于0.5%，满足国家标准GB 17411—2015《船用燃料油》中各项质量指标要求。

由表6 可见，发动机缸壁珩磨纹清晰，无异常磨损，活塞头顶部无过多沉积物，活塞表面湿润，除第一环岸有少量漆膜及积碳外，其余几环均没有明显沉积物，表明长城船用气缸油与船用低硫燃料油具有较好的适配性，可以起到较好的清洁、润滑、保护作用。

结论

止前，船用低硫燃料油生产原料、工艺多样化对船用气缸油的清净分散性提出较高的要求。采用小松热管试验和油斑分散模拟试验对长城船用气缸油5040 与不同低硫燃料油的适配性进行了考察，试验结果表明长城船用气缸油5040 与低硫燃料油具有好的清净性和分散性适配性；实船试验结果表明长城船用气缸油5040 与低硫燃料油具有较好的实际使用适配性。长城船用气缸油与船用低硫燃料油适配性研究显示，长城船用气缸油5040 可以满足低硫燃料油配套润滑要求。