闫明胜

主机长期低转速运行和硫排放控制对船用汽缸油的影响及对策

闫明胜

介绍船用汽缸油的主要性能，针对主机长期低转速运行工况对汽缸油的影响以及国际、国内排放法规实施对船用汽缸油性能要求进行分析，考虑现用船用汽缸油抗氧防腐性及其在硫排放控制区低硫燃料船舶上使用时的性能不足，提出更换油品的解决方案。

船用汽缸油；低硫燃料；硫含量；低碱值；排放法规

一、引言

在航运市场不景气的大环境下，控制船舶燃料成本对提升航运企业竞争力和落实节能减排工作尤显重要。在船舶管理实践中，为降低成本，船舶主机降速运行已成为新的常态。船舶柴油机长期处于低转速、低负荷运转，对船用汽缸油的性能提出了新的要求。国际知名船舶发动机制造商经与船东共同试验发现，在这种情况下，可通过提高汽缸油碱值，增强汽缸油的抗氧抗腐性能，有效控制低温腐蚀。

近年来，随着IMO和国内相继颁布新的船舶排放法规，对船用柴油机的排放要求日趋严格，对船用汽缸油的性能与质量要求也越来越高。船用汽缸油不仅要保证发动机运动部件的可靠润滑和密封，还要防止对燃烧室部件的腐蚀，并减少船舶因使用劣质燃油产生的有害气体排放。因此，在保证柴油机安全运转的前提下，应选择和使用与硫排放控制匹配的环保型低碱值船用汽缸油产品，以满足硫排放控制区低硫燃料船舶的使用要求。

二、船用汽缸油主要性能

众所周知，船用发动机的汽缸工作条件非常恶劣，其润滑要求也十分苛刻。在燃烧室内高温高压周期性变化的作用下，汽缸壁不易形成完整的油膜。同时活塞运动部件的往复运动速度和负荷不均匀，在上下止点附近形成极薄的边界油膜，处于边界润滑状态，若布油不均，严重时会导致黏着磨损，甚至产生拉缸和咬缸现象。汽缸油在高温燃气及金属催化下易被氧化，因此要求汽缸油具有良好的抗氧化性能，以增强高温下保持油膜的能力。

为了满足上述工况下对汽缸油性能和理化指标的要求，船用汽缸油一般由基础油和各种添加剂根据不同的比例调和而成。

基础油对于产品的性能起着决定性的作用，是汽缸油的主要成分。添加剂可弥补和改善基础油性能方面的不足，并赋予其新的性能，是汽缸油的重要组成部分。比如添加抗氧化防腐剂，可提高汽缸油的抗氧化性，以控制汽缸油本身对金属部件的腐蚀磨损，从而延长发动机部件和汽缸油的使用寿命。其他添加剂包括：具有酸中和性能的添加剂，可以中和劣质燃油燃烧产生的酸性物质，避免发动机部件产生酸性低温腐蚀；改善黏温特性的添加剂，可满足高压高温条件下的润滑和承受负荷要求；增强抗磨损性能的添加剂，可减少金属部件的摩擦磨损；清净分散性添加剂，可有效防止活塞环槽和汽缸套气口处积炭，确保发动机燃烧室内清洁；优化扩散性能的添加剂，可使汽缸油更易扩散到汽缸表面形成油膜，有效降低摩擦磨损。

三、主机长期低转速运行工况对船用汽缸油性能的影响及解决方案

某散货船航行于国内沿海南北航线，主机为MAN B&W 6S50MC-C型发动机，额定功率为8 510千瓦，正常航行持续服务功率为7 659千瓦，转速为110转/分钟，使用1.5%左右硫含量低硫燃料。由于航运市场不景气，该船舶主机降速和降功率使用，降速节油功率为4 187.38千瓦（相当于49.2%额定功率），转速为90转/分钟，长时间处于低负荷运行状态。使用碱值为BN70的长城5070 船用汽缸油。为了确认这种降速运行的工况是否对汽缸油原有的性能产生影响，防止出现低温腐蚀，我们请专业人士上船，利用船舶进厂修船时机与船上轮机人员对发动机第三缸进行了常规吊缸检测。将活塞移出汽缸，可以直接观察到活塞头、活塞环、活塞槽及裙部等部位，并对现用汽缸油进行化验分析。拆检及油样检测情况分析如下：

（一）发动机吊缸拆检

1.活塞部位

（1）活塞头有较轻积炭（见图1（a）），未发现明显白色烧结物质，说明汽缸油的碱性适中，未产生过度润滑。即使是在主机降速运行的情况下，也能保持很好的酸中和性能。

（2）第一道活塞环表面（见图1（b））有明显纵向划痕，但环槽内清洁，未发现明显积炭。该活塞环使用超过20 000小时，出现机械磨损应属正常现象。

（3）第二道和第三道活塞环环槽（见图1（c））部位有较多明显的积炭，推断可能由两种情况造成：一种情况是第一道活塞环与汽缸套的间隙较大，出现窜气，进入第二、三道环槽，导致积炭；另一种情况是油品抗氧化性能较差，油品容易氧化结焦，产生积炭。

图1 活塞部位图片

2.汽缸套部位

（1）汽缸套顶部（活塞上止点第一道活塞环位置）内壁状态如图2（a）所示。在汽缸壁内表面有明显纵向划痕，结合图1（b）中活塞第一道环处的明显划痕，可以判断发动机缸套的上止点附件存在机械磨损现象。可能是由于接近柴油机燃烧室，高温高压状态下，汽缸油润滑油膜不容易建立，润滑效果不理想，导致机械磨损。

（2）缸套注油孔上、下部10厘米处内壁状态如图2（b）（c）所示，缸套表面纹理较为清晰，缸套处于正常的工作状态。

图2 汽缸套部位图片

3.分析结论

从发动机拆检现场的汽缸和活塞等部位的情况来看，可得出以下结论：

表2 中国排放法规要求

表3 排放法规对船用汽缸油的影响

25BN。经实船使用验证，长城5025汽缸油在持续使用低硫燃料油时性能优异，与40BN汽缸油相比，使用25BN汽缸油的柴油机其活塞环背面和活塞环槽处更干净。

五、结语

柴油机使用劣质燃料油要求汽缸油必须具有足够的碱值，及时中和燃烧产生的酸性物质，特别是主机长期降速运转的情况下，可通过提高汽缸油的碱值、抗氧化和抗腐性能来防止低温腐蚀磨损。在船舶持续使用低硫燃料特别是含硫量≤0.1%m/m的燃油时，继续使用现用船用汽缸油会由于低硫高碱值导致磨料磨损，这种情况下需要及时更换合适的低碱值汽缸油。

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.01.009