中速机油性能试验对比及在海洋钻井平台的应用研究

闫洪振,韩旭,高洁,孙晓婷,李想,赵伟成,付代良

(1.中国石油润滑油公司特种油事业部,上海 200122;2.中国石油大连润滑油研究开发中心,辽宁 大连 116032)

0 引言

海洋油气开采所需的海洋工程装备主要指海洋油气资源勘探、开采、加工、储运、管理、后勤服务等方面的大型工程装备和辅助装备,主要包括钻井装备、生产装备、辅助船舶及配套设备等。四冲程筒状活塞柴油发动机是海洋工程装备中最主要的动力和电力输出单元,包括90%的动力输出及85%的电力输出[1]。

中速机油为海洋钻井平台发动机提供润滑保护,由于钻井平台发动机燃料的特殊性,要求中速机油具有良好的碱值中和性能、清净分散性、分水性能等。本文对试验中速机油及参比油的理化性能和模拟性能进行了分析,并且对使用试验中速机油的钻井平台发动机进行了吊缸检查。

1 海洋钻井平台发动机

海洋自升式钻井平台通常采用卡特彼勒生产的四冲程高速柴油机作为平台的生产动力源,功率为900～1600 kW;半潜式钻井平台常采用瓦锡兰生产的四冲程柴油机作为平台的生产动力源,功率范围为2000～6000 kW[2]。最典型的四冲程发动机如图1所示。

图1 四冲程发动机

2 中速机油性能试验对比

海洋钻井平台所属的发动机主要为曼恩、瓦锡兰、洋马等国外品牌,另有少量发动机为河南柴油机重工有限责任公司和宁波中策动力机电集团有限公司制造,根据发动机燃料油中硫含量的不同使用不同碱值的中速机油。

2.1 中速机油理化性能

研究筛选了三种钻井平台使用的中速机油作为参比油,分别是参比油A/B/C,试验油及各参比油理化分析结果如表1所示。

表1 中速机油理化分析值

通过对比表1中数据,试验油及参比油A/B/C均满足国标要求。其中,试验油的分水性能优于参比油,钻井平台及船舶主机不可避免会与水接触,良好的分水性[3]可以及时将水分出从而保持油品具有良好的润滑性能和液体状态稳定性[4-5]。

2.2 油品模拟性能研究

试验室通过加压差示扫描量热法(PDSC)对油品的氧化性能[6]进行分析,成焦板试验对油品的高温清净性能进行分析,蒸发损失试验对油品的安全性能进行分析。

中速机油加压差示扫描量热法(PDSC)模拟分析数据如表2所示。

表2 PDSC 模拟分析数据

氧化诱导期数据的大小代表油品抗氧化性能[7]的差异,氧化诱导期越长说明油品的抗氧化性能越好。通过对比表2 中数据,可以看出试验油的抗氧化性能最佳,参比油A与参比油C相当。

采用成焦板[8]试验对油品的高温清净性能进行分析,如表3所示,结焦量越低说明油品的高温清净性能越好。

表3 成焦板模拟试验

表3(续)

表3所示为三种油品的成焦板模拟数据,通过对比板上的结焦情况可以看出参比油A的结焦情况最严重。通过称量试验前后的板重,计算结焦量,参比油A的结焦量最多,与观察结果一致。

采用NB/SH/T 0059《诺亚克蒸发损失测试法》(250 ℃,1 h)[9],对油品挥发性进行测试,油品蒸发损失数据如表4所示。油品的蒸发损失越小,油品在使用过程中的稳定性和安全性越高。

表4 油品蒸发损失数据

表4中数据表明试验油的蒸发损失[10]与参比油A/B相当,均优于参比油C。蒸发损失越低说明油品的安全性越好,试验油可以满足钻井平台发动机对油品安全性的要求。

3 钻井平台发动机吊缸

通过持续关注某钻井平台发动机油样的检测情况,对某钻井平台发动机用油情况进行了跟踪。定期对发动机进行维护检查并通过吊缸对发动机内部缸套和活塞等的磨损情况进行检测。

3.1 油样跟踪情况

对发动机在用的试验油进行了不同时间间隔的检测,其中黏度的分析结果如图2所示,碱值的分析结果如图3所示,铁元素含量的分析结果如图4所示。

图2 黏度变化

图4 铁元素含量变化

从黏度变化图中可以看出,随着发动机运行时间的延长,油品黏度[11]在合理范围内变化,黏度增长未超出指标规定范围;碱值[12]变化图中,发动机运行过程中,润滑油需要中和燃料燃烧过程中产生的酸性物质,油品碱值随之下降,在合理范围内变动;铁元素[13]含量可反映发动机的磨损情况,铁元素变化图显示试验油可以为发动机提供充足的润滑保护,没有发生异常磨损。

3.2 发动机吊缸检查

在发动机维护过程中,为对发动机部件的运行情况进行检测,对发动机进行了吊缸检查,并对吊缸磨损情况进行了测量,如图5～6和表5所示。

图5 缸套及连杆瓦

图6 主轴承及轴瓦

表5 主机缸套磨损值 mm

表5(续)

进行吊缸检查并对缸套的磨损[14]测量,测量结果显示发动机缸套测量数据在合理范围内,没有异常磨损。缸套、连杆瓦、主轴承及轴瓦[15]外观光亮,状态良好,表面没有擦伤。

4 结束语

通过对试验油及参比油的理化性能分析,油品的检测结果均符合国标。模拟分析显示试验油具有良好的抗氧化性能、高温清净性能及较低的蒸发损失,确保了油品使用过程中的安全性。

钻井平台发动机油样的持续跟踪检测数据显示油品黏度增幅在合理范围内,油品在中和燃烧产生的酸性物质后其碱值变化符合指标要求,表征磨损情况的铁元素含量远低于指标要求,显示试验油具有较好的润滑性能保持能力。发动机吊缸检查显示其运行工况良好,缸套测量结果和外观图片显示发动机内部未发现异常磨损,发动机可以正常使用。

试验油具有优良的润滑性能、分水性能、抗磨性能、清净分散性能,完全可以满足海洋钻井平台发动机的润滑要求。