船用系統(tǒng)油3008的研制

蔡璐

中海油氣（泰州）石化有限公司

船用系統(tǒng)油亦稱為曲軸箱油，是功率大、單位耗油量低的低速十字頭型船舶發(fā)動機(jī)的曲軸箱油，主要用于曲軸箱零部件的潤滑。該油品每條船消耗量約在5 000～20 000 L/年，使用周期長，船東替換油品時會采用混兌方式，以降低成本[1]。但是，目前市面上大部分是磺酸鹽類或者水楊酸鹽船用油?；谑袌霈F(xiàn)狀，開發(fā)了一款磺酸鹽和水楊酸鹽混合類的船用系統(tǒng)油。

船用系統(tǒng)油能潤滑船舶發(fā)動機(jī)的軸承，在高溫條件下提供足夠的油膜厚度，減少曲軸與十字頭等軸承的磨損；另外，船用系統(tǒng)油受到冷卻水、燃油、氣缸油污染的概率大，可造成機(jī)件腐蝕，與油形成乳化液。本文通過基礎(chǔ)油和添加劑的復(fù)配，研制出一種具有良好清凈分散性能、抗氧抗腐蝕性、抗磨性能的船用系統(tǒng)油（牌號3008），油品滿足GB/T 38049—2019《船用內(nèi)燃機(jī)油》的技術(shù)指標(biāo)。

配方研制

基礎(chǔ)油

船用系統(tǒng)油的調(diào)和主要是通過基礎(chǔ)油和添加劑的混合，以符合技術(shù)指標(biāo)的要求。船用系統(tǒng)油3008的100℃運(yùn)動黏度范圍是9.3～12.5 mm2/s，黏度指數(shù)≥93，因此要求基礎(chǔ)油不僅要有適宜的黏度，還要有較好的黏溫性能。在現(xiàn)在的潤滑油基礎(chǔ)油加工工藝中，采用加氫工藝生產(chǎn)API Ⅱ類基礎(chǔ)油是最常見的。但是由于原油性質(zhì)的差異性，會造成基礎(chǔ)油與添加劑配伍后的性質(zhì)不一樣。某石化公司加工生產(chǎn)的石蠟基潤滑油500N，系采用異構(gòu)脫蠟技術(shù)生產(chǎn)的APIⅡ/Ⅱ+類潤滑油基礎(chǔ)油。本文采用500N（某石化公司）和150BS作為基礎(chǔ)油調(diào)配成品油，基礎(chǔ)油理化性質(zhì)見表1。

表1 基礎(chǔ)油理化性質(zhì)分析

清凈劑

潤滑油在使用過程中，因發(fā)生氧化反應(yīng)而產(chǎn)生積炭、膠狀物質(zhì)和大顆粒不溶物，清凈劑中的表面活性成分能將這些物質(zhì)浮于油品表面，不會造成不溶物質(zhì)沉積在油底殼中[2]。按照有機(jī)酸官能團(tuán)劃分，市面上常用的清凈劑主要有烷基苯磺酸鹽、硫化烷基酚鹽、烷基水楊酸鹽和羧酸鹽等[3]。按照堿值高低劃分，可分為超高堿值、高堿值、中堿值、低堿值。清凈劑的堿值高低，與其酸中和性能、膠體穩(wěn)定性及摩擦保護(hù)膜的形成有密切關(guān)系。高堿值烷基苯磺酸鈣的高溫清凈性更優(yōu)，更能發(fā)揮對結(jié)焦物的增溶、分散作用[4]。高堿值硫化烷基酚鹽在油品中較易分離，因此具有較好的酸中和能力，清凈性優(yōu)越，含有酚羥基官能團(tuán)和少量的硫元素，可顯著提高油品的抗氧化性和抗磨性能[5]。烷基水楊酸鹽在潤滑油中形成膠束，能與不溶物形成膠質(zhì)，即烷基水楊酸鹽將不溶物包溶在膠團(tuán)中[6]。本項目復(fù)配烷基苯磺酸鈣A、硫化烷基酚鈣B、烷基水楊酸鈣C作為清凈劑。利用成漆板、成焦板曲軸箱模擬試驗方法和高溫儲存后的外觀情況考察不同復(fù)配比例對高溫清凈性的影響，試驗結(jié)果見表2。

表2 清凈劑的加劑量對高溫清凈性的影響

從表2可以看出，在復(fù)配體系DT1、2、3中，隨首硫化烷基酚鹽B的比例增加，成漆板評級和成焦板膠重趨向變好，成漆板評級為1.5級，成焦板膠重為28.9 mg。在復(fù)配體系DT2、4、5中，清凈劑總量不變時，烷基水楊酸鹽C含量越多，經(jīng)過80 ℃，48 h高溫儲存后，光照下有成團(tuán)絮狀物，漂浮于錐形瓶。因此，需要平衡好烷基苯磺酸鹽A和烷基水楊酸鹽C的復(fù)配比例。烷基苯磺酸鹽、硫化烷基酚鹽和烷基水楊酸鹽三者比例為1.1∶1.7∶1.4時（DT4），表現(xiàn)出三劑之間有較好的協(xié)同作用。

分散劑

分散劑主要以丁二酰亞胺為主，加入到船用內(nèi)燃機(jī)油中，可以控制曲軸箱中的油泥產(chǎn)生，提高油品的分散性能。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和大小的不同，分散劑可分為單丁二酰亞胺、雙丁二酰亞胺、多丁二酰亞胺和高分子丁二酰亞胺，其中單丁二酰亞胺高溫穩(wěn)定性不好，多丁二酰亞胺低溫分散性差，高分子丁二酰亞胺具有較好的高溫穩(wěn)定性能，同時具有良好的低溫分散性能[7]，因此選用高分子丁二酰亞胺D，利用成漆板、成焦板模擬試驗方法和分水性試驗考察不同比例分散劑對高溫穩(wěn)定性和分水性能的影響，試驗結(jié)果見表3。

表3 分散劑的加劑量對高溫清凈性和分水性能的影響

從表3數(shù)據(jù)可以看出，提高無灰分散劑的加劑量，漆膜評級結(jié)果變好，膠重從37.7 mg增長至44.3 mg，成焦板膠重變大，指標(biāo)變差，說明高溫肯定性隨分散劑比例的增加而變差；DP1的分水性最佳，DP2次之，DP3和DP4的分水性能最差，說明油品的水分離性能隨首無灰劑加劑量的增加而變差。當(dāng)潤滑油與水接觸時，油品發(fā)生乳化，添加劑加劑量增加，表面活性劑含量增多，極性變小，與水相結(jié)合的乳液在離心分離后，水相難以聚集，游離水減少，體積由1.7 mL下降至1.1 mL，乳化液略微增多，體積由0.2 mL上升至0.4 mL，油品的分水性能變差，說明配方中分散劑比例的增加，油品的分水性變差。由于油品高溫清凈性變差（膠重增加）和分水性能變差（游離水變少，乳化液增多）均非所期待的結(jié)果，綜合考慮，最終選擇分散劑高分子丁二酰亞胺加劑量為1.4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下均是）時（DP2），可以在船用系統(tǒng)油對高溫穩(wěn)定性和分水性能兩方面得到平衡。

抗氧抗磨劑

船用系統(tǒng)油主要是在低速十字頭發(fā)動機(jī)的曲軸箱中起到潤滑、冷卻、清凈分散等作用，因此容易被燃料油、氣缸油殘油等物質(zhì)污染，不可避免發(fā)生氧化反應(yīng)生成油泥、積炭等不溶物。

本研究選用二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP），滿足油品的抗氧抗磨性能要求，有效緩解齒輪與軸承之間的摩擦?？疾炝丝鼓┑募觿┝繉鼓バ阅艿挠绊懀姳?。

表4 抗磨劑的加劑量對抗磨性能的影響

從表4可以看出，隨首ZDDP加劑量的增加，其FZG試驗失效級明顯上升，之后趨于不變。按照船用系統(tǒng)油的理化性能要求，ZDDP的加劑量選擇0.7 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

抗泡劑

潤滑油在使用過程中，由于有空氣存在，常會產(chǎn)生泡沫，尤其是當(dāng)油品中含有具有表面活性的添加劑時，則更容易產(chǎn)生泡沫，而且泡沫還不易消失。因此要開發(fā)成熟的船用內(nèi)燃機(jī)油，抗泡性是重要的質(zhì)量指標(biāo)。有機(jī)硅型抗泡劑的特點(diǎn)是加劑量少，抗泡性好，但是酸性介質(zhì)中不穩(wěn)定。非硅型抗泡劑的特點(diǎn)是在油中易分散，但是與某些添加劑復(fù)合后抗泡性差。本文將硅型和非硅型兩類抗泡劑按比例復(fù)合，加入到成品油中，以平衡兩類抗泡劑的優(yōu)缺點(diǎn)。不同抗泡劑的泡沫性能試驗結(jié)果見表5。

表5 抗泡劑對泡沫性的影響

從表5可以看出，提高有機(jī)硅型抗泡劑或者非硅型抗泡劑加劑量，能明顯改善消泡效應(yīng)，但是加劑量過高，會影響抗泡劑在油品中的溶解性，從外觀查看油品略顯渾濁，因此采用硅型和非硅型兩類抗泡劑按比例復(fù)合，當(dāng)有機(jī)硅型抗泡劑和非硅型抗泡劑，兩者質(zhì)量比為1∶4（DF8）時，能達(dá)到最佳的抗泡效果。

全配方性能評定

船用系統(tǒng)油由選用基礎(chǔ)油（500N、150BS），復(fù)配1.1%的烷基苯磺酸鈣、1.7%硫化烷基酚鈣、1.4%烷基水楊酸鈣清凈劑，1.2%丁二酰亞胺分散劑，0.7%ZDDP，0.01%硅型和0.04%非硅型抗泡劑制備船用系統(tǒng)油。成品油的理化性能評價見表6。

由表6結(jié)果可以看出，研制的油品理化性能均滿足GB/T 38049—2019《船用內(nèi)燃機(jī)油》的技術(shù)指標(biāo)要求，同時具有良好的清凈分散性能、抗氧抗腐蝕性和抗磨性能。

應(yīng)文用情況

研制的船用系統(tǒng)油具有良好的清凈分散性能、抗氧抗腐蝕性、抗磨性能，符合GB/T 38049—2019要求。在十字頭二沖程低速柴油機(jī)曲軸箱中，起到潤滑軸承和導(dǎo)板、齒輪傳動系統(tǒng)及冷卻活塞的作用，至今已生產(chǎn)銷售2 000 t，2020—2021年應(yīng)用于海洋石油船舶領(lǐng)域，具有優(yōu)良的使用性能。

結(jié)論

選用某石化公司加工生產(chǎn)的石蠟基潤滑油，通過對清凈劑、分散劑和抗氧抗磨劑的評定，研制出一種船用系統(tǒng)油。該油品理化分析數(shù)據(jù)符合GB/T 38049—2019要求，具有良好的清凈分散性能、抗氧抗腐蝕性、抗磨性能。該油品適用于潤滑軸承和導(dǎo)板、齒輪傳動系統(tǒng)，冷卻活塞。