中速機(jī)油性能試驗(yàn)對比及在海洋鉆井平臺的應(yīng)用研究

閆洪振,韓旭,高潔,孫曉婷,李想,趙偉成,付代良

(1.中國石油潤滑油公司特種油事業(yè)部,上海 200122;2.中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心,遼寧 大連 116032)

0 引言

海洋油氣開采所需的海洋工程裝備主要指海洋油氣資源勘探、開采、加工、儲運(yùn)、管理、后勤服務(wù)等方面的大型工程裝備和輔助裝備,主要包括鉆井裝備、生產(chǎn)裝備、輔助船舶及配套設(shè)備等。四沖程筒狀活塞柴油發(fā)動機(jī)是海洋工程裝備中最主要的動力和電力輸出單元,包括90%的動力輸出及85%的電力輸出[1]。

中速機(jī)油為海洋鉆井平臺發(fā)動機(jī)提供潤滑保護(hù),由于鉆井平臺發(fā)動機(jī)燃料的特殊性,要求中速機(jī)油具有良好的堿值中和性能、清凈分散性、分水性能等。本文對試驗(yàn)中速機(jī)油及參比油的理化性能和模擬性能進(jìn)行了分析,并且對使用試驗(yàn)中速機(jī)油的鉆井平臺發(fā)動機(jī)進(jìn)行了吊缸檢查。

1 海洋鉆井平臺發(fā)動機(jī)

海洋自升式鉆井平臺通常采用卡特彼勒生產(chǎn)的四沖程高速柴油機(jī)作為平臺的生產(chǎn)動力源,功率為900～1600 kW;半潛式鉆井平臺常采用瓦錫蘭生產(chǎn)的四沖程柴油機(jī)作為平臺的生產(chǎn)動力源,功率范圍為2000～6000 kW[2]。最典型的四沖程發(fā)動機(jī)如圖1所示。

圖1 四沖程發(fā)動機(jī)

2 中速機(jī)油性能試驗(yàn)對比

海洋鉆井平臺所屬的發(fā)動機(jī)主要為曼恩、瓦錫蘭、洋馬等國外品牌,另有少量發(fā)動機(jī)為河南柴油機(jī)重工有限責(zé)任公司和寧波中策動力機(jī)電集團(tuán)有限公司制造,根據(jù)發(fā)動機(jī)燃料油中硫含量的不同使用不同堿值的中速機(jī)油。

2.1 中速機(jī)油理化性能

研究篩選了三種鉆井平臺使用的中速機(jī)油作為參比油,分別是參比油A/B/C,試驗(yàn)油及各參比油理化分析結(jié)果如表1所示。

表1 中速機(jī)油理化分析值

通過對比表1中數(shù)據(jù),試驗(yàn)油及參比油A/B/C均滿足國標(biāo)要求。其中,試驗(yàn)油的分水性能優(yōu)于參比油,鉆井平臺及船舶主機(jī)不可避免會與水接觸,良好的分水性[3]可以及時(shí)將水分出從而保持油品具有良好的潤滑性能和液體狀態(tài)穩(wěn)定性[4-5]。

2.2 油品模擬性能研究

試驗(yàn)室通過加壓差示掃描量熱法(PDSC)對油品的氧化性能[6]進(jìn)行分析,成焦板試驗(yàn)對油品的高溫清凈性能進(jìn)行分析,蒸發(fā)損失試驗(yàn)對油品的安全性能進(jìn)行分析。

中速機(jī)油加壓差示掃描量熱法(PDSC)模擬分析數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 PDSC 模擬分析數(shù)據(jù)

氧化誘導(dǎo)期數(shù)據(jù)的大小代表油品抗氧化性能[7]的差異,氧化誘導(dǎo)期越長說明油品的抗氧化性能越好。通過對比表2 中數(shù)據(jù),可以看出試驗(yàn)油的抗氧化性能最佳,參比油A與參比油C相當(dāng)。

采用成焦板[8]試驗(yàn)對油品的高溫清凈性能進(jìn)行分析,如表3所示,結(jié)焦量越低說明油品的高溫清凈性能越好。

表3 成焦板模擬試驗(yàn)

表3(續(xù))

表3所示為三種油品的成焦板模擬數(shù)據(jù),通過對比板上的結(jié)焦情況可以看出參比油A的結(jié)焦情況最嚴(yán)重。通過稱量試驗(yàn)前后的板重,計(jì)算結(jié)焦量,參比油A的結(jié)焦量最多,與觀察結(jié)果一致。

采用NB/SH/T 0059《諾亞克蒸發(fā)損失測試法》(250 ℃,1 h)[9],對油品揮發(fā)性進(jìn)行測試,油品蒸發(fā)損失數(shù)據(jù)如表4所示。油品的蒸發(fā)損失越小,油品在使用過程中的穩(wěn)定性和安全性越高。

表4 油品蒸發(fā)損失數(shù)據(jù)

表4中數(shù)據(jù)表明試驗(yàn)油的蒸發(fā)損失[10]與參比油A/B相當(dāng),均優(yōu)于參比油C。蒸發(fā)損失越低說明油品的安全性越好,試驗(yàn)油可以滿足鉆井平臺發(fā)動機(jī)對油品安全性的要求。

3 鉆井平臺發(fā)動機(jī)吊缸

通過持續(xù)關(guān)注某鉆井平臺發(fā)動機(jī)油樣的檢測情況,對某鉆井平臺發(fā)動機(jī)用油情況進(jìn)行了跟蹤。定期對發(fā)動機(jī)進(jìn)行維護(hù)檢查并通過吊缸對發(fā)動機(jī)內(nèi)部缸套和活塞等的磨損情況進(jìn)行檢測。

3.1 油樣跟蹤情況

對發(fā)動機(jī)在用的試驗(yàn)油進(jìn)行了不同時(shí)間間隔的檢測,其中黏度的分析結(jié)果如圖2所示,堿值的分析結(jié)果如圖3所示,鐵元素含量的分析結(jié)果如圖4所示。

圖2 黏度變化

圖4 鐵元素含量變化

從黏度變化圖中可以看出,隨著發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)間的延長,油品黏度[11]在合理范圍內(nèi)變化,黏度增長未超出指標(biāo)規(guī)定范圍;堿值[12]變化圖中,發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中,潤滑油需要中和燃料燃燒過程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì),油品堿值隨之下降,在合理范圍內(nèi)變動;鐵元素[13]含量可反映發(fā)動機(jī)的磨損情況,鐵元素變化圖顯示試驗(yàn)油可以為發(fā)動機(jī)提供充足的潤滑保護(hù),沒有發(fā)生異常磨損。

3.2 發(fā)動機(jī)吊缸檢查

在發(fā)動機(jī)維護(hù)過程中,為對發(fā)動機(jī)部件的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測,對發(fā)動機(jī)進(jìn)行了吊缸檢查,并對吊缸磨損情況進(jìn)行了測量,如圖5～6和表5所示。

圖5 缸套及連桿瓦

圖6 主軸承及軸瓦

表5 主機(jī)缸套磨損值 mm

表5(續(xù))

進(jìn)行吊缸檢查并對缸套的磨損[14]測量,測量結(jié)果顯示發(fā)動機(jī)缸套測量數(shù)據(jù)在合理范圍內(nèi),沒有異常磨損。缸套、連桿瓦、主軸承及軸瓦[15]外觀光亮,狀態(tài)良好,表面沒有擦傷。

4 結(jié)束語

通過對試驗(yàn)油及參比油的理化性能分析,油品的檢測結(jié)果均符合國標(biāo)。模擬分析顯示試驗(yàn)油具有良好的抗氧化性能、高溫清凈性能及較低的蒸發(fā)損失,確保了油品使用過程中的安全性。

鉆井平臺發(fā)動機(jī)油樣的持續(xù)跟蹤檢測數(shù)據(jù)顯示油品黏度增幅在合理范圍內(nèi),油品在中和燃燒產(chǎn)生的酸性物質(zhì)后其堿值變化符合指標(biāo)要求,表征磨損情況的鐵元素含量遠(yuǎn)低于指標(biāo)要求,顯示試驗(yàn)油具有較好的潤滑性能保持能力。發(fā)動機(jī)吊缸檢查顯示其運(yùn)行工況良好,缸套測量結(jié)果和外觀圖片顯示發(fā)動機(jī)內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)異常磨損,發(fā)動機(jī)可以正常使用。

試驗(yàn)油具有優(yōu)良的潤滑性能、分水性能、抗磨性能、清凈分散性能,完全可以滿足海洋鉆井平臺發(fā)動機(jī)的潤滑要求。