長城船用氣缸油5040與船用低硫燃料油適配性研究

趙碩 鄭婷

中國石化潤滑油有限公司

自2020 年起，IMO（國際海事組織）“限硫令”正式生效。根據(jù)新規(guī)要求，自2020 年1 朋1 日起，全球海域內(nèi)船舶所用燃料油的硫含量不得超過0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），排放控制區(qū)域（SECA）內(nèi)船舶所用燃料油的硫含量不得超過0.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；自2020 年3 朋1 日起，禁止未安裝洗滌設(shè)備的船舶攜帶高硫燃料油[1]。為有效應(yīng)對IMO 2020限硫令，航運(yùn)業(yè)普遍采用以下3 種措施：

◇切換使用硫含量不高于0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的低硫燃料油；

◇安裝洗滌塔，繼續(xù)使用高硫燃料油；

◇使用LNG（液化天然氣）等新型清潔替代燃料[2]。

船用低硫燃料油主要包括以下3 種生產(chǎn)工藝：

◇使用低硫原油經(jīng)過蒸餾工藝進(jìn)行生產(chǎn)；

◇使用低硫組分輕質(zhì)燃油和高硫重質(zhì)燃油進(jìn)行混兌、調(diào)合生產(chǎn)；

◇使用高硫渣油經(jīng)過脫硫工藝（加氫脫硫、吸附脫硫、脫硫添加劑等）進(jìn)行生產(chǎn)。

船用低硫燃料油生產(chǎn)原料、工藝多樣化對船用發(fā)動機(jī)油提出較高的性能要求。由于生產(chǎn)原料、工藝的不同，低硫燃料油存在相容性和穩(wěn)定性較差、點(diǎn)火和燃燒質(zhì)量不佳、存在異常成分等問題，從而導(dǎo)致柴油機(jī)活塞區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重沉積物，進(jìn)而導(dǎo)致缸套、活塞等異常磨損或拉缸等故障[3]。

本文開展了長城船用氣缸油5040 和船用低硫燃料油的適配性研究，通過實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)測試，重點(diǎn)考察氣缸油的清凈分散性，評價(jià)長城船用氣缸油5040 和船用低硫燃料油的適配性。

為有效對應(yīng)IMO（國際海事組織）2020“限硫令”，船運(yùn)業(yè)普遍切換使用硫含量不高于0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的低硫燃料油。船用低硫燃料油生產(chǎn)原料、工藝多樣化對船用氣缸油的清凈分散性提出較高的要求。本文主要開展了長城船用氣缸油與船用低硫燃料油適配性研究，實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)測試結(jié)果表明，長城船用氣缸油5040 具有較高的清凈分散性能，與低硫燃料油具有較好的適配性，滿足低硫燃料油配套潤滑油要求。

試驗(yàn)部分

試驗(yàn)用船用低硫燃料油

根據(jù)硫含量的不同，船用燃料油可以分為高硫燃料油、低硫燃料油和超低硫燃料油。高硫燃料油的硫含量達(dá)到3.50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）甚至4.50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）或以上，低硫燃料油的硫含量不高于0.50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），超低硫燃料油的硫含量在0.10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下。

船用低硫燃料油執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)主要包括：國際化標(biāo)準(zhǔn)組織標(biāo)準(zhǔn)ISO 8217—2017《Specifications of marine fuels》（《船用燃料油規(guī)格》）、美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM D396—18《Standard Specification for Fuel Oils》《燃料油標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》和中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17411—2015《船用燃料油》。GB 17411—2015 是參考ISO 8217—2012 制定的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，主要技術(shù)指標(biāo)包括運(yùn)動黏度、密度、碳芳香指數(shù)CCAI、硫含量等。試驗(yàn)選擇來自3家不同供應(yīng)商的船用低硫燃料油（燃油A、B、C），油品主要性能測試結(jié)果見表1。

表1 船用低硫燃料油主要性能測試數(shù)據(jù)

由表1 可見，試驗(yàn)用燃料油為RMG180 船用殘?jiān)剂嫌?，均滿足質(zhì)量指標(biāo)要求，硫含量均不高于0.50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），符合限硫令要求。但是，不同低硫燃料油存在以下幾點(diǎn)顯著差異：

◇運(yùn)動黏度變化范圍大，燃油B 的黏度為101.6 mm2/s，而燃油C的黏度高達(dá)164.1 mm2/s。黏度是燃料油的重要性能指標(biāo)，黏度反映了燃料油流動性、泵送性和霧化性的好壞，黏度過低的燃料油可能導(dǎo)致燃燒不良，積碳增加，以及油泵泄漏、磨損或卡死等問題。

◇傾點(diǎn)差異較大，燃油B 的傾點(diǎn)為-9 ℃，而燃油C 的傾點(diǎn)高達(dá)24 ℃。傾點(diǎn)反映了燃料油低溫流動性的好壞，傾點(diǎn)過高的燃料油可能導(dǎo)致蠟的析出，從而堵塞過濾器并在冷卻器上沉積。

◇鋁+硅含量不同，燃油A 的鋁+硅含量為4 mg/kg，而燃油C的鋁+硅含量為29 mg/kg。鋁+硅是原油煉制過程中引入催化劑顆粒的副產(chǎn)品，很難全部分離出來，鋁+硅會嵌入發(fā)動機(jī)部件作為磨料導(dǎo)致迅速且嚴(yán)重的磨損。

試驗(yàn)用船用氣缸油

長城船用氣缸油5040 采用高質(zhì)量基礎(chǔ)油和高性能添加劑調(diào)制而成，具有優(yōu)異的黏溫性能，滿足更高壓力和更高溫度的新型發(fā)動機(jī)潤滑要求；優(yōu)異的清凈分散性能，有效應(yīng)對多種類型發(fā)動機(jī)在使用低硫燃料油時(shí)的沉積物問題，防止積碳形成，保護(hù)發(fā)動機(jī)清潔；優(yōu)異的抗磨損性能，減少金屬部件的磨損；良好的擴(kuò)散性能，確保實(shí)現(xiàn)良好的潤滑油分布和油膜保持力，降低摩擦磨損。

試驗(yàn)用長城船用氣缸油5040 執(zhí)行GB/T 38049-2019《船用內(nèi)燃機(jī)油》技術(shù)要求，主要技術(shù)指標(biāo)包括堿值、運(yùn)動黏度、黏度指數(shù)、閃點(diǎn)、傾點(diǎn)等。長城船用氣缸油5040 典型數(shù)據(jù)見表2。

表2 長城船用氣缸油5040典型數(shù)據(jù)

結(jié)果與討論

低硫燃料油主要對船用氣缸油的高溫清凈性能提出更高的要求，以期通過氣缸油解決低硫燃料油引起的活塞區(qū)域沉積物問題，確保發(fā)動機(jī)正常運(yùn)行。因此，本文重點(diǎn)在清凈分散性上考察氣缸油與低硫燃料油的適配性。

清凈性考察

清凈性能是指油品將黏附在部件上的沉積物清洗下來，保持發(fā)動機(jī)潔凈的能力，油品清凈性能不佳將導(dǎo)致活塞區(qū)域容易形成漆膜或積碳，嚴(yán)重時(shí)可能引起異常磨損、拉缸等現(xiàn)象。小松熱管試驗(yàn)是評價(jià)氣缸油高溫清凈性的重要模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)方法為NB/SH/T 0906—2015。將長城船用氣缸油分別與燃油A、B、C 混合均勻后開展小松熱管試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 小松熱管試驗(yàn)測試結(jié)果

在小松熱管試驗(yàn)中，熱管內(nèi)壁漆膜顏色評級越高，氣缸油的高溫清凈性能越好[4]。由表3 可見，混入低硫燃料油后，長城船用氣缸油5040 熱管試驗(yàn)管內(nèi)壁仍保持清潔，幾乎沒有漆膜和積碳生成，表明長城船用氣缸油5040 與船用低硫燃料油A、B、C 均具有較好的清凈性適配性。

分散性考察

分散性能是指油品將沉積物分散增溶于油中，抑制其進(jìn)一步聚集的能力。采用油斑分散性試驗(yàn)評價(jià)氣缸油的分散性能，試驗(yàn)方法為ASTM D7899—2013。將長城船用氣缸油分別與燃油A、B、C 混合均勻后開展油斑分散試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 油斑分散性測試結(jié)果

在油斑分散試驗(yàn)中，通過濾紙油斑照片分析表征氣缸油的燃油分散性能，分散性優(yōu)點(diǎn)MD 表示不溶物在整個(gè)斑點(diǎn)的分布均勻度，MD值越高，氣缸油的分散性能越好[5]。由表4 可見，分別混入A、B、C 三種低硫燃料油后，長城船用氣缸油5040 油斑試驗(yàn)仍保持較好的分散狀態(tài)，油斑無明顯的物質(zhì)析出。長城船用氣缸油5040 與船用低硫燃料油A、B、C 具有較好的分散性適配性。

實(shí)船試驗(yàn)

基于實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步通過實(shí)船試驗(yàn)驗(yàn)證長城船用氣缸油5040 與船用低硫燃料油的適配性。實(shí)船試驗(yàn)在中國某遠(yuǎn)洋公司散貨船上進(jìn)行，氣缸油為長城船用氣缸油5040，燃料油為市售的船用低硫燃料油，油品主要性能測試結(jié)果見表5。應(yīng)用跟蹤17 個(gè)朋后，對船舶發(fā)動機(jī)進(jìn)行吊缸檢查，結(jié)果見表6。

表5 試驗(yàn)用市售船用低硫燃料油主要性能測試結(jié)果

表6 吊缸檢查結(jié)果

由表5 可見，試驗(yàn)用市售船用低硫燃料油為RMG380 船用殘?jiān)剂嫌?，硫含量低?.5%，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17411—2015《船用燃料油》中各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)要求。

由表6 可見，發(fā)動機(jī)缸壁珩磨紋清晰，無異常磨損，活塞頭頂部無過多沉積物，活塞表面濕潤，除第一環(huán)岸有少量漆膜及積碳外，其余幾環(huán)均沒有明顯沉積物，表明長城船用氣缸油與船用低硫燃料油具有較好的適配性，可以起到較好的清潔、潤滑、保護(hù)作用。

結(jié)論

止前，船用低硫燃料油生產(chǎn)原料、工藝多樣化對船用氣缸油的清凈分散性提出較高的要求。采用小松熱管試驗(yàn)和油斑分散模擬試驗(yàn)對長城船用氣缸油5040 與不同低硫燃料油的適配性進(jìn)行了考察，試驗(yàn)結(jié)果表明長城船用氣缸油5040 與低硫燃料油具有好的清凈性和分散性適配性；實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果表明長城船用氣缸油5040 與低硫燃料油具有較好的實(shí)際使用適配性。長城船用氣缸油與船用低硫燃料油適配性研究顯示，長城船用氣缸油5040 可以滿足低硫燃料油配套潤滑要求。