钻井平台用柴油机润滑油选用

2020-07-04 22:23:18 1
钻井平台用柴油机,强化系数高,热负荷大,单缸功率都超过80kW,对润滑油的要求很高,如:粘度、粘温特性、总碱值、热氧化安定性、高温清净性、防止结焦和油泥沉积物的生成等。实际选择时参考粘度、质量等级以及总碱值和所用柴油机的特殊条件。
        一、粘度选择基本依据(表1)
粘度是柴油机油选用的z*基本指标,根据试验和经验证明,在中负荷的大型柴油机上,当活塞速度在7一8m/s时,应用100℃粘度12一16mm2/s的柴油机油。钻井柴油机油选用的基本粘度范围应当在100℃时运动粘度12.9mm2/s左右。

表1 粘度选择的基本依据


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        对于机油的粘度等级,普遍采用美国汽车工程师学会(SAE)的标准(表2)。机油要满足冬季的低温启动性(考虑低温泵送性)和夏季高温环境柴油机的温度(100℃运动粘度)两个方面要求。钻井平台柴油机使用环境温度范围-15℃左右(冬季户外),夏季z*高不超过50℃(夏季机舱),参考表2,选择粘度15W/40的多级油。多数柴油机都选择了这个粘度级别,满足柴油机运行时对粘度的要求。由于内燃机油的粘度受温度影响较大,过去通常分为冬季用油和夏季用油,两个规格的油品给仓储和使用带来不便,换季时不到报废标准的油品一般只能报废,造成浪费。现在尽量使用多级油,即冬夏通用油,便于全年油料保持一致。


表2 柴油机油SAE粘度等级
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二、质量等级选择
        柴油机用润滑油,目前国内外较多参考发动机的热负荷,用发动机的平均有效压力和强化系数来量化,从而选择所需的质量等级。一般柴油机平均有效压力Pme在550kPa以下,或强化系数25-35,可选用CB级;Pme在800-1000kPa,或强化系数35-50,可选用CC级机油;Pme在1.0-1.5MPa,或强化系数50-80,应选用CD级;平均有效压力在1.5MPa以上,则选用CE级。强化系数Φt计算公式如下:
        Φt=PmevmK/98.1
式中Φt—强化系数
        Pme—发动机z*大功率时平均有效压力,kPa
        vm—活塞平均速度,m/s
        K-冲程系数(4冲程K=1/2,2冲程K= 1)
        强化系数计算结果见表3。TBD620一V12卡特彼勒35系列柴油机的强化系数都在80以上,选用CE级机油,卡特比勒D399、GM EMD645E柴油机强化系数低于80,使用CD级机油。

表3 几种柴油机的强化系数
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三、总碱值(TBN)选择
        燃料油在燃烧过程中及机油高温氧化产生的酸性物质,会侵蚀机油;燃油中的硫燃烧生成硫的氧化物与水化合生成硫酸或亚硫酸落入润滑油内,使润滑油氧化产生胶质,还使轴承等部件发生严重腐蚀;柴油中的一些硫化物燃烧性能不好,在燃烧过程中形成结焦,所以柴油机油需要一定的总碱值中和这些酸性物质。对总碱值影响z*大的是燃油中硫的含量,有资料推荐按含硫量(%)的20-30倍选择TBN。美国卡特公司推荐按含硫量(%)的10倍选用TBN,但给出了新油TBN≥5mg(图1)。美国API分类标准规定,含硫量>0.5%的高含硫燃料,应当选用高一级的油。

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图1 美国卡特公司推荐的总碱值与燃料油含硫量关系

        两年来对钻井平台使用的轻柴油多次取样化验,其中含硫量都在0.2%以内,对卡特柴油机选用TBN = 10.8mgKOH/g。
 四、参考柴油机随机资料合理选用柴油机油
        一般柴油机制造商都指定或推荐用户选用某种规格的润滑油,但各柴油机厂家推荐并不一致,需要
通过分析尽可能简化或统一品种。对于GM EMD 645E系列柴油机,强化系数为用CD级机油。但该型柴油机轴瓦含银,添加剂中锌元素能够与银发生置换,对轴瓦造成伤害。厂商指定必须使用无锌机油(给出了z*高含锌量限制),并给出了基本理化指标(表4)。而目前普遍使用二烷基二硫代磷酸锌作为主要的抗磨添加剂,必须寻找无锌或含锌量达到其要求的机油。这种机油市面没有销售。经过对国内各大润滑油生产厂调查,能够生产无锌机油的只有兰州炼油厂润滑油公司,其理化指标与制造商推荐用油理化指标对比如表4。

表4 GM EMD645E理化指标与兰炼机油理化指标对比


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        兰炼厂的14号船用机油属于SAEAO单级油。按说使用多级油更好,但该厂不生产该型号多级油。SAE40单级油的运动粘度范围,满足100℃运动粘度的要求,而海上温度不低于-15℃,机房温度一般在零度以上,因此能够满足柴油机使用要求。
        需要说明的是,GM EMD645E资料要求TBN指标高达13.5mgKOH/g,其制定该标准的依据是允许使用高含硫(0.4%-3%)的柴油。同样卡特彼勒资料(表5),其依据是燃油中硫的含量≥0.4%,现公司所用轻柴油硫的0.2%,因此对TBN选择是适当的。

表5 壳牌公司的劲霸MCF-4润滑油SAE 15W/40指标

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五、油品选用与经济效益
        润滑油选用是否得当对于柴油机能否安全、长寿运行至关重要。以前对于润滑油的选用没有引起足够的重视,曾经造成进口柴油机运行数千小时润滑油就报废的情况。现在根据不同的柴油机对机油的要求,选择合适的油,避免了润滑成本增加且运行小时数达到一万小时,杜绝了抱轴等恶性机械事故的发生。

来源:网络

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