蔡璐

中海油氣（泰州）石化有限公司

船用系統(tǒng)油亦稱為曲軸箱油，是功率大、單位耗油量低的低速十字頭型船舶發(fā)動機的曲軸箱油，主要用于曲軸箱零部件的潤滑。該油品每條船消耗量約在5 000～20 000 L/年，使用周期長，船東替換油品時會采用混兌方式，以降低成本[1]。但是，目前市面上大部分是磺酸鹽類或者水楊酸鹽船用油?；谑袌霈F(xiàn)狀，開發(fā)了一款磺酸鹽和水楊酸鹽混合類的船用系統(tǒng)油。

船用系統(tǒng)油能潤滑船舶發(fā)動機的軸承，在高溫條件下提供足夠的油膜厚度，減少曲軸與十字頭等軸承的磨損；另外，船用系統(tǒng)油受到冷卻水、燃油、氣缸油污染的概率大，可造成機件腐蝕，與油形成乳化液。本文通過基礎油和添加劑的復配，研制出一種具有良好清凈分散性能、抗氧抗腐蝕性、抗磨性能的船用系統(tǒng)油（牌號3008），油品滿足GB/T 38049—2019《船用內(nèi)燃機油》的技術指標。

配方研制

基礎油

船用系統(tǒng)油的調(diào)和主要是通過基礎油和添加劑的混合，以符合技術指標的要求。船用系統(tǒng)油3008的100℃運動黏度范圍是9.3～12.5 mm2/s，黏度指數(shù)≥93，因此要求基礎油不僅要有適宜的黏度，還要有較好的黏溫性能。在現(xiàn)在的潤滑油基礎油加工工藝中，采用加氫工藝生產(chǎn)API Ⅱ類基礎油是最常見的。但是由于原油性質的差異性，會造成基礎油與添加劑配伍后的性質不一樣。某石化公司加工生產(chǎn)的石蠟基潤滑油500N，系采用異構脫蠟技術生產(chǎn)的APIⅡ/Ⅱ+類潤滑油基礎油。本文采用500N（某石化公司）和150BS作為基礎油調(diào)配成品油，基礎油理化性質見表1。

表1 基礎油理化性質分析

清凈劑

潤滑油在使用過程中，因發(fā)生氧化反應而產(chǎn)生積炭、膠狀物質和大顆粒不溶物，清凈劑中的表面活性成分能將這些物質浮于油品表面，不會造成不溶物質沉積在油底殼中[2]。按照有機酸官能團劃分，市面上常用的清凈劑主要有烷基苯磺酸鹽、硫化烷基酚鹽、烷基水楊酸鹽和羧酸鹽等[3]。按照堿值高低劃分，可分為超高堿值、高堿值、中堿值、低堿值。清凈劑的堿值高低，與其酸中和性能、膠體穩(wěn)定性及摩擦保護膜的形成有密切關系。高堿值烷基苯磺酸鈣的高溫清凈性更優(yōu)，更能發(fā)揮對結焦物的增溶、分散作用[4]。高堿值硫化烷基酚鹽在油品中較易分離，因此具有較好的酸中和能力，清凈性優(yōu)越，含有酚羥基官能團和少量的硫元素，可顯著提高油品的抗氧化性和抗磨性能[5]。烷基水楊酸鹽在潤滑油中形成膠束，能與不溶物形成膠質，即烷基水楊酸鹽將不溶物包溶在膠團中[6]。本項目復配烷基苯磺酸鈣A、硫化烷基酚鈣B、烷基水楊酸鈣C作為清凈劑。利用成漆板、成焦板曲軸箱模擬試驗方法和高溫儲存后的外觀情況考察不同復配比例對高溫清凈性的影響，試驗結果見表2。

表2 清凈劑的加劑量對高溫清凈性的影響

從表2可以看出，在復配體系DT1、2、3中，隨首硫化烷基酚鹽B的比例增加，成漆板評級和成焦板膠重趨向變好，成漆板評級為1.5級，成焦板膠重為28.9 mg。在復配體系DT2、4、5中，清凈劑總量不變時，烷基水楊酸鹽C含量越多，經(jīng)過80 ℃，48 h高溫儲存后，光照下有成團絮狀物，漂浮于錐形瓶。因此，需要平衡好烷基苯磺酸鹽A和烷基水楊酸鹽C的復配比例。烷基苯磺酸鹽、硫化烷基酚鹽和烷基水楊酸鹽三者比例為1.1∶1.7∶1.4時（DT4），表現(xiàn)出三劑之間有較好的協(xié)同作用。

分散劑

分散劑主要以丁二酰亞胺為主，加入到船用內(nèi)燃機油中，可以控制曲軸箱中的油泥產(chǎn)生，提高油品的分散性能。根據(jù)分子結構和大小的不同，分散劑可分為單丁二酰亞胺、雙丁二酰亞胺、多丁二酰亞胺和高分子丁二酰亞胺，其中單丁二酰亞胺高溫穩(wěn)定性不好，多丁二酰亞胺低溫分散性差，高分子丁二酰亞胺具有較好的高溫穩(wěn)定性能，同時具有良好的低溫分散性能[7]，因此選用高分子丁二酰亞胺D，利用成漆板、成焦板模擬試驗方法和分水性試驗考察不同比例分散劑對高溫穩(wěn)定性和分水性能的影響，試驗結果見表3。

表3 分散劑的加劑量對高溫清凈性和分水性能的影響

從表3數(shù)據(jù)可以看出，提高無灰分散劑的加劑量，漆膜評級結果變好，膠重從37.7 mg增長至44.3 mg，成焦板膠重變大，指標變差，說明高溫肯定性隨分散劑比例的增加而變差；DP1的分水性最佳，DP2次之，DP3和DP4的分水性能最差，說明油品的水分離性能隨首無灰劑加劑量的增加而變差。當潤滑油與水接觸時，油品發(fā)生乳化，添加劑加劑量增加，表面活性劑含量增多，極性變小，與水相結合的乳液在離心分離后，水相難以聚集，游離水減少，體積由1.7 mL下降至1.1 mL，乳化液略微增多，體積由0.2 mL上升至0.4 mL，油品的分水性能變差，說明配方中分散劑比例的增加，油品的分水性變差。由于油品高溫清凈性變差（膠重增加）和分水性能變差（游離水變少，乳化液增多）均非所期待的結果，綜合考慮，最終選擇分散劑高分子丁二酰亞胺加劑量為1.4%（質量分數(shù)，以下均是）時（DP2），可以在船用系統(tǒng)油對高溫穩(wěn)定性和分水性能兩方面得到平衡。

抗氧抗磨劑

船用系統(tǒng)油主要是在低速十字頭發(fā)動機的曲軸箱中起到潤滑、冷卻、清凈分散等作用，因此容易被燃料油、氣缸油殘油等物質污染，不可避免發(fā)生氧化反應生成油泥、積炭等不溶物。

本研究選用二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP），滿足油品的抗氧抗磨性能要求，有效緩解齒輪與軸承之間的摩擦。考察了抗磨劑的加劑量對抗磨性能的影響，見表4。

表4 抗磨劑的加劑量對抗磨性能的影響

從表4可以看出，隨首ZDDP加劑量的增加，其FZG試驗失效級明顯上升，之后趨于不變。按照船用系統(tǒng)油的理化性能要求，ZDDP的加劑量選擇0.7 %（質量分數(shù)）。

抗泡劑

潤滑油在使用過程中，由于有空氣存在，常會產(chǎn)生泡沫，尤其是當油品中含有具有表面活性的添加劑時，則更容易產(chǎn)生泡沫，而且泡沫還不易消失。因此要開發(fā)成熟的船用內(nèi)燃機油，抗泡性是重要的質量指標。有機硅型抗泡劑的特點是加劑量少，抗泡性好，但是酸性介質中不穩(wěn)定。非硅型抗泡劑的特點是在油中易分散，但是與某些添加劑復合后抗泡性差。本文將硅型和非硅型兩類抗泡劑按比例復合，加入到成品油中，以平衡兩類抗泡劑的優(yōu)缺點。不同抗泡劑的泡沫性能試驗結果見表5。

表5 抗泡劑對泡沫性的影響

從表5可以看出，提高有機硅型抗泡劑或者非硅型抗泡劑加劑量，能明顯改善消泡效應，但是加劑量過高，會影響抗泡劑在油品中的溶解性，從外觀查看油品略顯渾濁，因此采用硅型和非硅型兩類抗泡劑按比例復合，當有機硅型抗泡劑和非硅型抗泡劑，兩者質量比為1∶4（DF8）時，能達到最佳的抗泡效果。

全配方性能評定

船用系統(tǒng)油由選用基礎油（500N、150BS），復配1.1%的烷基苯磺酸鈣、1.7%硫化烷基酚鈣、1.4%烷基水楊酸鈣清凈劑，1.2%丁二酰亞胺分散劑，0.7%ZDDP，0.01%硅型和0.04%非硅型抗泡劑制備船用系統(tǒng)油。成品油的理化性能評價見表6。

由表6結果可以看出，研制的油品理化性能均滿足GB/T 38049—2019《船用內(nèi)燃機油》的技術指標要求，同時具有良好的清凈分散性能、抗氧抗腐蝕性和抗磨性能。

應文用情況

研制的船用系統(tǒng)油具有良好的清凈分散性能、抗氧抗腐蝕性、抗磨性能，符合GB/T 38049—2019要求。在十字頭二沖程低速柴油機曲軸箱中，起到潤滑軸承和導板、齒輪傳動系統(tǒng)及冷卻活塞的作用，至今已生產(chǎn)銷售2 000 t，2020—2021年應用于海洋石油船舶領域，具有優(yōu)良的使用性能。

結論

選用某石化公司加工生產(chǎn)的石蠟基潤滑油，通過對清凈劑、分散劑和抗氧抗磨劑的評定，研制出一種船用系統(tǒng)油。該油品理化分析數(shù)據(jù)符合GB/T 38049—2019要求，具有良好的清凈分散性能、抗氧抗腐蝕性、抗磨性能。該油品適用于潤滑軸承和導板、齒輪傳動系統(tǒng)，冷卻活塞。