鉆井平臺(tái)用柴油機(jī)潤(rùn)滑油選用

    鉆井平臺(tái)用柴油機(jī)，強(qiáng)化系數(shù)高，熱負(fù)荷大，單缸功率都超過(guò)80kW，對(duì)潤(rùn)滑油的要求很高，如：粘度、粘溫特性、總堿值、熱氧化安定性、高溫清凈性、防止結(jié)焦和油泥沉積物的生成等。實(shí)際選擇時(shí)參考粘度、質(zhì)量等級(jí)以及總堿值和所用柴油機(jī)的特殊條件。
        一、粘度選擇基本依據(jù)（表1)
粘度是柴油機(jī)油選用的最基本指標(biāo)，根據(jù)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)證明，在中負(fù)荷的大型柴油機(jī)上，當(dāng)活塞速度在7一8m/s時(shí)，應(yīng)用100℃粘度12一16mm2/s的柴油機(jī)油。鉆井柴油機(jī)油選用的基本粘度范圍應(yīng)當(dāng)在100℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度12.9mm2/s左右。

表1　粘度選擇的基本依據(jù)

        對(duì)于機(jī)油的粘度等級(jí)，普遍采用美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)(SAE）的標(biāo)準(zhǔn)（表2)。機(jī)油要滿足冬季的低溫啟動(dòng)性（考慮低溫泵送性）和夏季高溫環(huán)境柴油機(jī)的溫度（100℃運(yùn)動(dòng)粘度）兩個(gè)方面要求。鉆井平臺(tái)柴油機(jī)使用環(huán)境溫度范圍-15℃左右（冬季戶外），夏季最高不超過(guò)50℃（夏季機(jī)艙），參考表2，選擇粘度15W/40的多級(jí)油。多數(shù)柴油機(jī)都選擇了這個(gè)粘度級(jí)別，滿足柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)粘度的要求。由于內(nèi)燃機(jī)油的粘度受溫度影響較大，過(guò)去通常分為冬季用油和夏季用油，兩個(gè)規(guī)格的油品給倉(cāng)儲(chǔ)和使用帶來(lái)不便，換季時(shí)不到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的油品一般只能報(bào)廢，造成浪費(fèi)。現(xiàn)在盡量使用多級(jí)油，即冬夏通用油，便于全年油料保持一致。

表2　柴油機(jī)油SAE粘度等級(jí)

二、質(zhì)量等級(jí)選擇
        柴油機(jī)用潤(rùn)滑油，目前國(guó)內(nèi)外較多參考發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷，用發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力和強(qiáng)化系數(shù)來(lái)量化，從而選擇所需的質(zhì)量等級(jí)。一般柴油機(jī)平均有效壓力Pme在550kPa以下，或強(qiáng)化系數(shù)25-35，可選用CB級(jí)；Pme在800-1000kPa，或強(qiáng)化系數(shù)35-50，可選用CC級(jí)機(jī)油；Pme在1.0-1.5MPa，或強(qiáng)化系數(shù)50-80，應(yīng)選用CD級(jí)；平均有效壓力在1.5MPa以上，則選用CE級(jí)。強(qiáng)化系數(shù)Φt計(jì)算公式如下：
        Φt＝PmevmK/98.1
式中Φt—強(qiáng)化系數(shù)
        Pme—發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)平均有效壓力，kPa
        vm—活塞平均速度，m/s
        K－沖程系數(shù)（4沖程K＝1/2，2沖程K= 1)
        強(qiáng)化系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。TBD620一V12卡特彼勒35系列柴油機(jī)的強(qiáng)化系數(shù)都在80以上，選用CE級(jí)機(jī)油，卡特比勒D399、GM　EMD645E柴油機(jī)強(qiáng)化系數(shù)低于80，使用CD級(jí)機(jī)油。

表3　幾種柴油機(jī)的強(qiáng)化系數(shù)

三、總堿值（TBN）選擇
        燃料油在燃燒過(guò)程中及機(jī)油高溫氧化產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，會(huì)侵蝕機(jī)油；燃油中的硫燃燒生成硫的氧化物與水化合生成硫酸或亞硫酸落入潤(rùn)滑油內(nèi)，使?jié)櫥脱趸a(chǎn)生膠質(zhì)，還使軸承等部件發(fā)生嚴(yán)重腐蝕；柴油中的一些硫化物燃燒性能不好，在燃燒過(guò)程中形成結(jié)焦，所以柴油機(jī)油需要一定的總堿值中和這些酸性物質(zhì)。對(duì)總堿值影響最大的是燃油中硫的含量，有資料推薦按含硫量（％）的20－30倍選擇TBN。美國(guó)卡特公司推薦按含硫量（％）的10倍選用TBN，但給出了新油TBN≥5mg（圖1)。美國(guó)API分類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，含硫量＞0.5%的高含硫燃料，應(yīng)當(dāng)選用高一級(jí)的油。

圖1　美國(guó)卡特公司推薦的總堿值與燃料油含硫量關(guān)系

        兩年來(lái)對(duì)鉆井平臺(tái)使用的輕柴油多次取樣化驗(yàn)，其中含硫量都在0.2％以內(nèi)，對(duì)卡特柴油機(jī)選用TBN = 10.8mgKOH/g。
 四、參考柴油機(jī)隨機(jī)資料合理選用柴油機(jī)油
        一般柴油機(jī)制造商都指定或推薦用戶選用某種規(guī)格的潤(rùn)滑油，但各柴油機(jī)廠家推薦并不一致，需要
通過(guò)分析盡可能簡(jiǎn)化或統(tǒng)一品種。對(duì)于GM EMD 645E系列柴油機(jī)，強(qiáng)化系數(shù)為用CD級(jí)機(jī)油。但該型柴油機(jī)軸瓦含銀，添加劑中鋅元素能夠與銀發(fā)生置換，對(duì)軸瓦造成傷害。廠商指定必須使用無(wú)鋅機(jī)油（給出了最高含鋅量限制），并給出了基本理化指標(biāo)（表4)。而目前普遍使用二烷基二硫代磷酸鋅作為主要的抗磨添加劑，必須尋找無(wú)鋅或含鋅量達(dá)到其要求的機(jī)油。這種機(jī)油市面沒(méi)有銷售。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)各大潤(rùn)滑油生產(chǎn)廠調(diào)查，能夠生產(chǎn)無(wú)鋅機(jī)油的只有蘭州煉油廠潤(rùn)滑油公司，其理化指標(biāo)與制造商推薦用油理化指標(biāo)對(duì)比如表4。

表4　GM　EMD645E理化指標(biāo)與蘭煉機(jī)油理化指標(biāo)對(duì)比

        蘭煉廠的14號(hào)船用機(jī)油屬于SAEAO單級(jí)油。按說(shuō)使用多級(jí)油更好，但該廠不生產(chǎn)該型號(hào)多級(jí)油。SAE40單級(jí)油的運(yùn)動(dòng)粘度范圍，滿足100℃運(yùn)動(dòng)粘度的要求，而海上溫度不低于－15℃，機(jī)房溫度一般在零度以上，因此能夠滿足柴油機(jī)使用要求。
        需要說(shuō)明的是，GM EMD645E資料要求TBN指標(biāo)高達(dá)13.5mgKOH/g，其制定該標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)是允許使用高含硫（0.4%－3%）的柴油。同樣卡特彼勒資料（表5)，其依據(jù)是燃油中硫的含量≥0.4%，現(xiàn)公司所用輕柴油硫的0.2%，因此對(duì)TBN選擇是適當(dāng)?shù)摹?br />

表5　殼牌公司的勁霸MCF-4潤(rùn)滑油SAE 15W/40指標(biāo)

五、油品選用與經(jīng)濟(jì)效益
        潤(rùn)滑油選用是否得當(dāng)對(duì)于柴油機(jī)能否安全、長(zhǎng)壽運(yùn)行至關(guān)重要。以前對(duì)于潤(rùn)滑油的選用沒(méi)有引起足夠的重視，曾經(jīng)造成進(jìn)口柴油機(jī)運(yùn)行數(shù)千小時(shí)潤(rùn)滑油就報(bào)廢的情況。現(xiàn)在根據(jù)不同的柴油機(jī)對(duì)機(jī)油的要求，選擇合適的油，避免了潤(rùn)滑成本增加且運(yùn)行小時(shí)數(shù)達(dá)到一萬(wàn)小時(shí)，杜絕了抱軸等惡性機(jī)械事故的發(fā)生。