劉享明，趙凱，李洋，易少強(qiáng)，劉威，劉梓珺

(中國人民解放軍91315部隊，遼寧 大連 116041)

0 引言

推進(jìn)系統(tǒng)是船舶核心設(shè)備，由主動力裝置和軸系設(shè)備組成。船舶主要采用柴油機(jī)作為主動力裝置，簡稱主機(jī)。對于大型船舶來說，主機(jī)一般是八缸或十六缸大型柴油機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備維修成本高；軸系設(shè)備主要包括傳動軸、軸承及軸系附件[1]。

對于船舶推進(jìn)系統(tǒng)來說，主機(jī)和軸系潤滑是維持設(shè)備正常運轉(zhuǎn)、降低故障率、延長使用壽命及減少維修成本的關(guān)鍵一環(huán)。而液體污染一直是影響船舶推進(jìn)系統(tǒng)在用潤滑油潤滑性能的重要污染，主要包括水污染、燃油污染及冷卻液(特指除水以外的冷卻液如潤滑油)污染，其中對推進(jìn)系統(tǒng)危害最大的是水污染和燃油污染。

船舶推進(jìn)系統(tǒng)水和燃油污染會導(dǎo)致潤滑油潤滑性能下降，加劇柴油機(jī)各部件磨損，縮短設(shè)備使用壽命，甚至出現(xiàn)較嚴(yán)重故障或事故，如柴油機(jī)潤滑油一旦混入大量燃油，在曲軸箱中會形成大量的油氣，極易引起爆炸，產(chǎn)生嚴(yán)重事故[2]；軸系中間軸承潤滑油如果進(jìn)水會使?jié)櫥Ч麥p弱，最終導(dǎo)致軸承高速運轉(zhuǎn)出現(xiàn)干摩擦而溫度升高燒毀軸承甚至損壞軸承。

本文主要以長期從事船用潤滑油檢測經(jīng)驗作為依據(jù)，對船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油液體污染檢測的方式方法及注意事項進(jìn)行總結(jié)。

1 船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油液體污染的來源

船舶冷卻系統(tǒng)[3-4]一般采用海水、淡水作為冷卻液，所以船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油液體污染的來源重點是水和燃油污染。

1.1 水污染來源

船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油水污染主要有淡水污染和海水污染，其中淡水污染主要是冷凝水污染和冷卻淡水污染[4-6]。

主機(jī)潤滑系統(tǒng)一般是一個閉合回路系統(tǒng)，潤滑油從儲油柜進(jìn)入各油路管道，到達(dá)潤滑部位，最后回流到儲油柜。這些油柜、管道內(nèi)并不是真空而是含有一定量水蒸氣，另外各油路管道存在閥門或接頭密封，船舶本身就存在于水環(huán)境中，船艙內(nèi)空氣極度潮濕，含有大量水蒸氣，如果閥門和密封出現(xiàn)泄露，外界的水蒸氣就會大量進(jìn)入管道內(nèi)，當(dāng)主機(jī)停止運轉(zhuǎn)，管道內(nèi)溫度下降，這些水蒸氣就會變成冷凝水而進(jìn)入潤滑油，造成冷凝水污染。

軸系中間軸承潤滑油污染主要就是冷凝水污染。

船用主機(jī)冷卻系統(tǒng)采用的冷卻劑主要是海水和淡水，一般采取海水冷卻淡水，淡水直接冷卻柴油機(jī)的方式進(jìn)行。船用主機(jī)冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)管道一般相鄰安裝，潤滑和冷卻的部位主要是曲軸箱，所以如果閥門關(guān)閉不嚴(yán)、各管路密封失效甚至有管道破裂滲漏，就會造成海水或冷卻淡水進(jìn)入潤滑系統(tǒng)而污染潤滑油。

1.2 燃油污染來源

依據(jù)柴油機(jī)燃油、潤滑油系統(tǒng)構(gòu)造及柴油機(jī)工作原理，燃油污染主要有四種來源：燃油噴油器問題、燃燒效率低、缸套或活塞密封不嚴(yán)及燃油系統(tǒng)泄露。

柴油機(jī)燃油噴射器一般采用噴油泵，當(dāng)噴油泵油路密封有問題時，燃油經(jīng)齒輪室直接泄露進(jìn)入潤滑油油路或潤滑油油底殼；當(dāng)噴油泵有關(guān)零部件(如彈簧鞍)出現(xiàn)故障導(dǎo)致燃油霧化質(zhì)量不佳時，燃油會呈滴狀進(jìn)入氣缸，沿氣缸流入潤滑油管路或潤滑油油底殼[1]。

柴油機(jī)燃油品質(zhì)、換氣質(zhì)量、霧化質(zhì)量、轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等因素直接影響燃油燃燒過程[3]，當(dāng)燃油在氣缸中燃燒效率低下，燃燒不充分時，殘留的燃油和燃燒形成的積炭、氧化產(chǎn)物、硝化產(chǎn)物、硫化產(chǎn)物就會沿氣缸壁進(jìn)入潤滑油油路。

氣缸套或活塞密封不嚴(yán)直接導(dǎo)致燃油及燃燒產(chǎn)物滲漏進(jìn)入潤滑油油路。

燃油系統(tǒng)中管道出現(xiàn)破裂、閥門關(guān)閉不嚴(yán)、密封處密封損壞都會導(dǎo)致燃油直接泄露進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)。

2 船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油液體污染檢測技術(shù)

2.1 常用水污染檢測技術(shù)

當(dāng)前從工作方便性、檢測經(jīng)濟(jì)性來講，用得最多的船用潤滑油水分檢測相關(guān)的技術(shù)有三種[4-7]：爆裂法水分檢測技術(shù)[5]、卡爾-費休庫侖法水分檢測技術(shù)[8-9]及原子發(fā)射光譜技術(shù)[8]。

爆裂法水分檢測技術(shù)也稱為熱板爆響法是對所采取的油樣進(jìn)行初步的含水量檢測，屬于半定量檢測方法，船舶潤滑油日常水分檢測用的最頻繁的方法，其操作步驟就是用一根塑料膠棒或一次性吸管從樣品中取油，向熱板滴入1～3滴，通過氣泡的大小、數(shù)量及爆裂聲來判斷含水量的多少，如表1[5]。表1中的判斷依據(jù)只是作為實際工作中的參考，實際水分含量判斷不一定完全與表中一致，有時依賴檢測人員的長期檢測而積累的工作經(jīng)驗。

表1 爆裂法水分含量判斷參考依據(jù)

卡爾-費休庫侖法水分檢測技術(shù)是精密水分檢測，是屬于定量檢測。作為船用潤滑油來說只有在利用爆裂法不能明確確定水分是否超標(biāo)的情況下，才使用該方法進(jìn)一步檢測，存在一定的檢測成本。

原子發(fā)射光譜技術(shù)主要用來檢測水污染的類型，是海水污染還是淡水污染，一般來講海水污染時，原子發(fā)射光譜技術(shù)檢測的油樣中Na、Mg元素含量都比較高。

2.2 船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油水污染檢測流程

實際工作中為了提高檢測效率和降低檢測成本，一般要合理選擇三種水分檢測技術(shù)，本文總結(jié)實際工作經(jīng)驗，提出船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油水污染檢測流程，如圖1。

圖1 船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油水污染檢測流程

第一步：對油樣進(jìn)行爆裂法檢測，如果能夠準(zhǔn)確確定含水量超標(biāo)，則直接進(jìn)行原子發(fā)射光譜檢測，進(jìn)一步確定進(jìn)水類型。

第二步：爆裂法檢測含水量在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值附近，可能超標(biāo)也可能不超標(biāo)即難以準(zhǔn)確判斷是否超標(biāo)時，進(jìn)行卡爾-費休庫侖法水分檢測，進(jìn)而判斷油樣超標(biāo)與否，如果超標(biāo)進(jìn)行原子發(fā)射光譜檢測，進(jìn)一步確定進(jìn)水類型。

在筆者的實際工作中，一次需要檢測的油樣數(shù)量較多，少則幾十個多則上百甚至幾百個，因此首先采用爆裂法進(jìn)行檢測就能夠判斷出大部分油樣進(jìn)水量超標(biāo)與否，難以判斷的油樣并不多，相比所有油樣直接采用卡爾-費休庫侖法水分檢測，這樣就大大減少了工作量，節(jié)省檢測成本。

2.3 常用燃油污染檢測技術(shù)

燃油污染檢測當(dāng)前的方法主要是閃點法和紅外光譜法。

閃點法：潤滑油在規(guī)定條件下，加熱到所逸出的蒸氣與空氣所形成的混合氣與火焰接觸發(fā)生瞬間閃火時的最低溫度稱為閃點[10-11]。閃點測定方法可分為開口閃點測量和閉口閃點測量，通常在用潤滑油采用閉口閃點法，新油采用開口閃點法。閃點測量有一個原則就是在閃點溫度下只能是空氣和油蒸氣的混合氣體燃燒，而不能使油液燃燒起來[10]。

紅外光譜法：紅外光譜技術(shù)[12]是在物質(zhì)的分子級結(jié)構(gòu)上對物質(zhì)成分和數(shù)量進(jìn)行檢測[8]。不同物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)不同，對紅外光的吸收程度不同。當(dāng)一束連續(xù)紅外光照射試樣時，某些波長的紅外光就會被試樣吸收而減弱，將吸收度值(或透過率)與試樣分子基團(tuán)對應(yīng)的紅外波長或波數(shù)進(jìn)行對應(yīng)，并以波長或波數(shù)作為橫坐標(biāo)，以百分吸光度或透過率作為縱坐標(biāo)作成曲線就形成紅外光譜圖[8]。根據(jù)紅外光譜圖上特征吸收峰的位置、數(shù)目、相對強(qiáng)度和形狀等參數(shù)可推斷試樣中存在哪些分子基團(tuán)，進(jìn)而確定其分子結(jié)構(gòu)。同一物質(zhì)吸收峰強(qiáng)度隨其濃度不同而不同，一定條件下試樣濃度與特征吸收峰強(qiáng)度成線性關(guān)系，這樣就可對試樣中不同物質(zhì)含量進(jìn)行定量分析，對于被燃油污染的柴油機(jī)潤滑油，可以根據(jù)各分子基團(tuán)吸光度強(qiáng)度分析判斷出燃油污染來源。

2.4 船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油燃油污染來源檢測

閃點法主要是用來檢測燃油污染。紅外光譜主要對油樣中的煙炱[13]、氧化值、硝化值、硫化值及燃料稀釋值進(jìn)行測定[14]，這些值分別代表柴油機(jī)潤滑油中積炭、氧化產(chǎn)物、硝化產(chǎn)物、硫化產(chǎn)物含量及燃油稀釋水平。但紅外光譜法成本相對較高，操作也相對復(fù)雜一些。

可以根據(jù)油液檢測實驗室實際所擁有的檢測設(shè)備及檢測需求進(jìn)行選擇，如果單純只是檢測是否燃油污染建議直接用閃點檢測性價比較高。如果想進(jìn)一步確定燃油污染來源可以采用紅外光譜法。

如前所述船舶柴油機(jī)燃油污染來源主要是燃油噴油器問題、燃燒效率低、缸套或活塞密封不嚴(yán)及燃油系統(tǒng)泄露。每一種來源在紅外光譜法中煙炱、氧化值、硝化值及硫化值含量是不一樣的，可以根據(jù)這些指標(biāo)含量的不同來判斷來源，如表2，是筆者在工作中總結(jié)的指標(biāo)含量值來判斷燃油污染來源，以供參考。

表2 不同燃油污染來源對應(yīng)紅外光譜指標(biāo)含量

2.5 船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油燃油污染檢測流程

對于需要查明主機(jī)燃油污染來源的情況，可采取先閃點檢測再紅外光譜檢測，流程如圖2。

圖2 船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油燃油污染檢測流程

第一步閃點檢測以確定是否有燃油混入；當(dāng)閃點沒有下降，表明油樣沒有受到燃油污染；當(dāng)閃點下降，則可以確定油樣受到了燃油污染。

第二步紅外光譜檢測，按照表2中的燃油來源與紅外光譜指標(biāo)含量的定性關(guān)系，以確定燃油污染來源。

對于待檢油樣數(shù)量較多的情況相較全部油樣直接采用紅外光譜法檢測，能夠有效節(jié)省檢測時間和檢測成本。

3 船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油液體污染檢測準(zhǔn)確性影響因素

船舶系統(tǒng)潤滑油液體污染檢測準(zhǔn)確性影響因素，有常規(guī)油液檢測的影響因素，也有船舶推進(jìn)系統(tǒng)特有的影響因素，主要有：

(1)不規(guī)范采樣的影響[15]。樣液應(yīng)該全面而真實地反應(yīng)設(shè)備潤滑油中的信息，但往往人為操作不規(guī)范導(dǎo)致所采樣品有缺陷。主要有如下問題：①樣品在采取、運輸及存儲過程中有污染，如采完樣瓶蓋未擰緊而導(dǎo)致污染；②采樣瓶不干燥；③油箱取油不是中間部位取油。對于船舶潤滑系統(tǒng)來說，很多油液是從油箱里取， 應(yīng)是油箱液面下中間部位取油，但有時操作不規(guī)范取的是液面油。

(2)檢測設(shè)備操作不規(guī)范的影響。檢測設(shè)備不規(guī)范操作直接導(dǎo)致油液檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差。實際工作中主要有如下幾方面不規(guī)范操作：①熱板爆響法中熱板加熱溫度不夠；②原子發(fā)射光譜儀校準(zhǔn)不及時或不按規(guī)定校準(zhǔn)；③原子發(fā)射光譜儀采用品質(zhì)較差的盤電極和棒電極；④在用油使用開口閃點儀，一般應(yīng)用閉口閃點檢測儀；⑤紅外光譜儀基準(zhǔn)設(shè)置不合理。

4 結(jié)論及問題

文中對船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油中水和燃油兩種液體污染來源進(jìn)行了分析，對這兩種液體污染的常用檢測技術(shù)進(jìn)行了介紹，針對船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤滑油檢測的實際，提出了檢測這些污染的檢測流程，總結(jié)了檢測準(zhǔn)確性的影響因素，通過這些檢測流程能夠有效提高檢測效率和降低檢測成本。

值得提出的是，本文分析了船舶主機(jī)潤滑油的污染來源主要是燃油噴油器問題、燃燒效率低、缸套或活塞密封不嚴(yán)及燃油系統(tǒng)泄露，但實際中還可能存在其他的燃油泄漏情況，如冷啟動頻率較高、柱塞出現(xiàn)磨損及長時間怠速運轉(zhuǎn)等。

另外，本文中提出的水和燃油檢測流程是筆者根據(jù)實驗室實際工作量、人力資源、現(xiàn)有檢測設(shè)備及成本控制要求等因素采取的相對合理的檢測流程以供參考。對于有些檢測實驗室或單位如果檢測油樣數(shù)量不大，檢測設(shè)備較全，檢測效率或檢測成本要求不高的情況下，結(jié)合實際工作情況，完全可以采用其他檢測方式方法，如所有油樣都采用紅外光譜法檢測，用色譜分析、比重實驗等檢測，也完全可以不用采用本流程。