在步入2020這個多事之秋后，船舶大面積開始使用低硫燃油，由于最初直硫油的價(jià)格高居不下以及供應(yīng)不足等問題，大部分沒有加裝脫硫塔的船舶開始使用新型低硫燃油。如今大家發(fā)現(xiàn)“超磨”案例越來越多，其中有老船，也有新船，有的船全部缸發(fā)生異常積碳和磨損，有的船個別缸發(fā)生“超磨”拉缸，有的船還發(fā)生活塞頭和缸套有“紅色沉積物”的現(xiàn)象。

【低速柴油機(jī)“超磨”案例分析】一文中介紹了某個“超磨”的案例，這些比較特殊的“超磨”案例一般都是在使用低硫油后開始發(fā)生，目前還處于散發(fā)的狀態(tài)，初步分析是由于不同因素疊加造成的，如燃油種類和品質(zhì)、燃油進(jìn)機(jī)粘度控制、cat fines異常、燃油在船處理、分油機(jī)設(shè)置、發(fā)動機(jī)（缸套，活塞環(huán)，油頭，噴嘴等的）技術(shù)參數(shù)、氣缸油的應(yīng)用等等。前幾篇文章我們具體介紹了低硫燃油的各項(xiàng)參數(shù)，燃油的測試，燃油的燃燒特性以及燃燒不良所造成的后果。

對于某些案例，有船東開始懷疑是否氣缸潤滑出了問題，難道是40堿值氣缸油不適用于目前的低硫油？還是注油率不夠？或是普通HSFO狀態(tài)下的所推薦的注油率不適用于新型低硫燃油的應(yīng)用？為了幫助大家對氣缸油有更加深入的認(rèn)識，現(xiàn)在我們針對氣缸油做些詳細(xì)介紹，希望可以幫助大家解決一些疑惑。

關(guān)鍵詞：超磨，粘溫特性，清潔性，積碳，氣缸油配方，堿值，注油率，磨損率

1.氣缸油的重要參數(shù)

說到氣缸油，大家都是在講70還是40，除了堿值有區(qū)別，很多人會認(rèn)為各家的氣缸油基本都差不多，只是品牌和價(jià)格有所區(qū)別罷了。

一款合格的氣缸油除了能滿足酸堿中和的基本要求外，需要在四個主要方面發(fā)揮應(yīng)有的作用，如圖1所示，氣缸油（不同顏色代表不同的產(chǎn)品）性能千差萬別，越靠近外圍的性能越好：

• 250攝氏度下的粘度，氣缸油是否能在高溫下保持油膜的完整性和連續(xù)性。

• 總沉積物控制，一方面是氣缸油的清潔能力，另一方面是氣缸油在高溫下形成沉積物的趨勢；

• 總氧化度控制，油膜在高溫下是否容易發(fā)生熱裂解而產(chǎn)生沉積物；

• 揮發(fā)性，氣缸油揮發(fā)性的高低決定了高溫下油膜的厚度，而油膜厚度決定了是否能提供足夠的保護(hù)；

圖1:氣缸油的重要性能和參數(shù)

1.1粘度/高溫粘度

主機(jī)廠對氣缸油的粘度有一個最低要求：18.5 ~ 21.9 cSt@100C ，粘溫指數(shù)VI不能低于95。

在圖2中用紅色粘溫曲線代表最低要求，而藍(lán)色代表了市面上質(zhì)量比較好的氣缸油產(chǎn)品。

圖2：兩種氣缸油的粘溫曲線對比圖

圖2中，在250攝氏度時(shí)，藍(lán)色的粘度為2.03 cSt，要比紅色的高0.23 cSt，不要小看這細(xì)微的差別，往往就是這點(diǎn)區(qū)別在關(guān)鍵時(shí)候發(fā)揮了重要的作用。

在【關(guān)于燃油參數(shù)的探討】中介紹了燃燒室各個部件的典型溫度（圖3），缸套上部的溫度接近250攝氏度，所以氣缸油能否經(jīng)得起高溫的考驗(yàn)，我們必須要考量氣缸油在250攝氏度時(shí)的粘度，是否能夠形成足夠的油膜來保護(hù)缸套和活塞環(huán)。而不只是單單看100度時(shí)的粘度。正常情況下溫度每升高10攝氏度，滑油的氧化速度就會翻翻。

圖3:燃燒室各個部件的典型溫度

1.2總沉積物控制

氣缸油要有足夠的清潔性，特別是當(dāng)燃油質(zhì)量不好的情況下，需要?dú)飧子陀袕?qiáng)大的清潔分散能力來去除燃燒不良產(chǎn)生的異常產(chǎn)物，保持活塞頭以及活塞環(huán)槽的清潔度。如圖4中所示，A油的沉積物控制力要比B油好很多。

圖4：活塞環(huán)槽沉積物控制對比

研究結(jié)果顯示，活塞環(huán)槽積碳厚度越大，那么對活塞環(huán)的磨損就越大，嚴(yán)重時(shí)還會引發(fā)活塞環(huán)卡滯甚至拉缸。所以控制沉積物對延長活塞環(huán)甚至缸套壽命至關(guān)重要。

圖5:積碳厚度和活塞環(huán)磨損率的關(guān)系

1.3 總氧化度測試

圖6.熱管測試 – 熱穩(wěn)定性對比

氣缸油要能承受高溫，否則分子結(jié)構(gòu)可能會被破壞，使得添加劑失效，粘度增加，產(chǎn)生酸性物質(zhì)、油泥以及沉積物。熱管測試（hot tube test） 用來評估氣缸油在活塞頭和活塞環(huán)槽形成積碳的趨勢。測試中將氣缸油通過玻璃管，加熱到300+攝氏度。然后觀察玻璃管內(nèi)積碳的程度。

如圖7所示，數(shù)字越低說明熱穩(wěn)定性越好，玻璃管內(nèi)的沉積物越少?，F(xiàn)在新型發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)使得燃燒室溫度和壓力越來越高，對氣缸油越來越具有挑戰(zhàn)性，如果氣缸油的熱穩(wěn)定性不好，那么就很容易在高溫下發(fā)生高溫裂解形成積碳。容易造成活塞頭和活塞環(huán)槽的沉積物堆積，嚴(yán)重甚至引發(fā)異常磨損。

圖7.熱管測試結(jié)果對比

 1.4 高溫?fù)]發(fā)性

氣缸油揮發(fā)性決定了在高溫下是否能保持足夠油膜的厚度，揮發(fā)性主要取決于氣缸油采用了哪種基礎(chǔ)油原料，不同類型的基礎(chǔ)油原料的高溫粘度和揮發(fā)性是不一樣的（圖8）。氣缸油基礎(chǔ)油一般是有多種原料調(diào)和而成，表1是部分具有代表性的原料，Solvent xxx Neutral，其中xxx代表了粘度等級，如S600N，也可以稱為SN600，一般粘度越高價(jià)格越貴。

表1：不同基礎(chǔ)油原料的參數(shù)

圖8：不同原料的粘度和揮發(fā)性的比較

前面講到，主機(jī)廠要求氣缸油在100攝氏度的粘度在18.5~21.9cSt，一般氣缸油的基礎(chǔ)油需要幾種原料調(diào)和而成，為了提高粘度，有時(shí)必須加入Bright Stock（簡稱BS，白油或光亮油），因?yàn)橘|(zhì)量一般的BS在高溫下容易氧化形成油泥和積碳，所以有的氣缸油配方為了增強(qiáng)性能而加入PIB（聚異丁烯）等合成型的增稠劑，PIB的高溫表現(xiàn)非常顯著，而且VI非常高，有利于提高氣缸油的高溫粘度。但是PIB的價(jià)格往往比較高，所以如何在成本和性能之間找到最佳的配方，各家滑油供應(yīng)商的方法往往不太一樣。好的氣缸油一般會采用Heavy Neutral，如SN600或以上，再加入高質(zhì)量的BS或PIB。還有一點(diǎn)需要大家注意的是，因?yàn)楣?yīng)網(wǎng)絡(luò)和成本因素，不是每個滑油供應(yīng)商都可以保證其產(chǎn)品性能在全球范圍內(nèi)的一致性，需要大家注意。

那油膜厚度意味著什么呢？一是可以建立有效的潤滑體系（圖9），油膜越厚越容易形成彈性流體潤滑，從而避免異常磨損。

圖9：不同的潤滑類型，邊界潤滑、混合型潤滑以及彈性流體潤滑

二是對金屬表面形成比較好的抗腐蝕保護(hù)，避免酸過度侵蝕缸套和活塞環(huán)表面（圖10），厚油膜有足夠的“空間”進(jìn)行酸堿中和以及提供有效“距離”的防護(hù)。

圖10：油膜厚度和酸腐蝕防護(hù)性能的關(guān)系

綜上所述，通過對氣缸油各項(xiàng)重要性能非常簡要的介紹，大家可能會意識到：不是市面上的氣缸油都差不多，相反氣缸油的性能千差萬別。

隨著發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)的日新月異以及排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格，氣缸油的科技含量被迫提升，市面上的氣缸油產(chǎn)品五花八門、魚龍混雜，有十幾年前的老配方，也有超前開發(fā)的新配方。我們需要看到氣缸油的總體性價(jià)比，而不是簡單的進(jìn)行單價(jià)的對比，需要看整體的“潤滑成本”，也就是氣缸油總消耗量以及對發(fā)動機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)來算總成本支出，有時(shí)簡單的潤滑失效可能造成數(shù)十萬美金的損失。

2.氣缸油的選擇

針對新型的0.5%低硫燃油，氣缸油特別是40堿值氣缸油是否拿到了主機(jī)廠針對0.5%低硫燃油的最新認(rèn)證是非常重要的。氣缸油需要通過4000小時(shí)的在船測試，并且主機(jī)廠對測試機(jī)器有具體要求，需要有較新型號的發(fā)動機(jī)參與測試，在測試中期和測試結(jié)束后需要對油品的性能表現(xiàn)和發(fā)動機(jī)的磨損情況做全面評估才能獲得主機(jī)廠的認(rèn)證。

所以并不是市面上所有的40堿值氣缸油都能通過測試，有的滑油供應(yīng)商會有兩種或以上的40堿值產(chǎn)品，有時(shí)由于供應(yīng)問題會交替供應(yīng)不同的產(chǎn)品，需要大家注意一定要選擇主機(jī)廠推薦清單上的產(chǎn)品。

2.1 MAN的要求

根據(jù)MAN的服務(wù)通函SL2019-671/JAP，對于0.5%的低硫油，有一句“Start by using a 40 BN cylinder oil，depending on condition, up to 100 BN cylinder oil can be used”，“從40堿值氣缸油開始，然后根據(jù)發(fā)動機(jī)狀況，最高到100堿值可以被使用”。針對這句話有兩層含義，一是40堿值的氣缸油理論上足以應(yīng)付0.5%的低硫油，前提機(jī)器運(yùn)行正常；二是如果所使用的氣缸油清潔能力不足或潤滑性能不夠，導(dǎo)致有異常積碳或磨損發(fā)生，那么就需要考慮調(diào)高注油率或者是換用更高堿值的氣缸油產(chǎn)品。

MAN推薦的油品清單可以參考服務(wù)通函SL2019-686/JUSV （2019年12月）。對于新型低硫燃油來說，有的40堿值氣缸油可以滿足實(shí)際使用需求，而有的不行，所以需要從40堿值開始試用。文章前半部分也講到每種氣缸油的性能是千差萬別的，需要在實(shí)際使用中來體驗(yàn)和證實(shí)。

圖11：摘自MAN SL2019-671/JAP

在MAN服務(wù)通函SL2019-671/JAP中對不同的檢查狀況有相應(yīng)的建議。發(fā)現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象后會要求增加氣缸油的注油率來幫助解決問題，但也提到了如果發(fā)動機(jī)狀況恢復(fù)正常后需要調(diào)低注油率。

圖12：活塞環(huán)間狀況（摘自SL2019-671/JAP）

圖12中1是正常狀態(tài)；如果第一道活塞環(huán)間有積碳（2）或第一道/第二道活塞環(huán)間都有積碳（3），那么需要考慮：將注油率加大0.2g/kwh，如果注油率已經(jīng)超過1.0g/kwh，則可以考慮換堿值更高的氣缸油。

圖13：活塞環(huán)狀況（摘自SL2019-671/JAP）

圖13中的1活塞環(huán)狀態(tài)良好；2（傳統(tǒng)鍍層）和4（陶瓷鍍層）的活塞環(huán)有磨損痕跡，需要將注油率升高到1.2g/kwh，然后根據(jù)監(jiān)控/檢查的結(jié)果調(diào)降注油率；3的活塞環(huán)有損壞的痕跡，建議先將注油率升高到1.2g/kwh，監(jiān)控這個缸的狀態(tài)，考慮在合適的時(shí)候把活塞環(huán)換掉，并檢查缸套的狀況。

另外MAN也強(qiáng)調(diào)，要密切監(jiān)控氣缸殘油的殘留堿值和總鐵含量，具體限值請參考MAN服務(wù)通函SL2019-671/JAP，不同缸徑的缸套鐵含量限值不一樣。在以后的文章會針對氣缸殘油檢測做詳細(xì)介紹和分析。

2.2 WGD的要求

WGD對于氣缸油的選擇，針對圖14有兩項(xiàng)要求：

• 定期檢測氣缸殘油的堿值和總鐵含量，限值請參考WGD Issue 004 2019-12中的圖2（25堿值及以下的氣缸油）和圖3（40堿值及以上的氣缸油），以確保在安全區(qū)域內(nèi)運(yùn)行發(fā)動機(jī)。

• 通過掃氣口定期檢查活塞和活塞環(huán)的狀況

圖14：摘自WGD Issue 004 2019-12

WGD推薦的油品清單請參考WGD Issue 0042019-12指南，目前只有一家滑油供應(yīng)商的產(chǎn)品（Mobilgard 540X）可以用在雙燃料發(fā)動機(jī)上，而雙燃料主機(jī)的高溫高壓工況更加具有挑戰(zhàn)性。

3. 氣缸油的注油率

主機(jī)廠對不同類型的機(jī)器以及注油器有個通用的推薦值，最低從0.6g/kwh或0.8g/kwh開始，這個推薦是基于燃油的硫含量（高硫燃油）以及正常的燃油質(zhì)量。照理說現(xiàn)在我們使用0.5%的低硫燃油，從酸堿中和的角度來說，最低注油率綽綽有余，那注油率是否可以參照最低的推薦值呢？低硫燃油和高硫燃油，以及在不同的機(jī)器上，注油率會存在一定差異性。事實(shí)上在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，由于目前新型低硫油的成分相對比較復(fù)雜，主機(jī)廠推薦的最低注油率已然不能滿足新的需求，最主要的因素是新型低硫燃油燃燒不像以往那么順利，形成的產(chǎn)物也是花樣繁多，一方面需要?dú)飧子陀凶銐虻那鍧嵞芰?，保持發(fā)動機(jī)部件的清潔性，另一方面在燃燒產(chǎn)物異常的情況下，需要有額外的氣缸油把雜質(zhì)及時(shí)沖刷帶走。所以在使用新型低硫燃油時(shí)，我們會發(fā)現(xiàn)相比正常情況下要臨時(shí)提高注油率才能緩解相應(yīng)的問題。

但是在相對較高的堿值注入的情況下（使用高堿值氣缸油或高注油率），需要注意的是大部分的氣缸油中殘留的過量堿值在高溫下會燒結(jié)形成灰白色的碳酸鈣，這種物質(zhì)如果過度的沉積在活塞頭或活塞環(huán)槽中，就會引發(fā)過度磨損。此外過多的灰分可能會損壞增壓器、廢棄循環(huán)系統(tǒng)（EGR），甚至后處理系統(tǒng)（SCR），并有可能降低增壓器的運(yùn)行效率，從而增加油耗。如圖15所示，在使用質(zhì)量不太好的低硫油情況下，需要額外的氣缸油來沖刷燃燒產(chǎn)物，那么高堿值的氣缸油往往會產(chǎn)生負(fù)面效果，如產(chǎn)生額外的沉積物和磨損等，當(dāng)然還要取決于氣缸油本身的性能（如前文講的四個主要參數(shù)特點(diǎn)）。

圖15：活塞頭和排氣閥的積碳

下圖16著名的“浴盆”曲線闡述了我們的“中庸”之道，不偏不倚謂之中。之前有兩個因素來決定注油率的高低，一個是缸套磨損率，另一個就是氣缸油消耗量，在兩者之間謀求一個平衡?，F(xiàn)在又要增加一個低硫燃油的因素，在使用成分復(fù)雜的新型低硫燃油情況下，如果氣缸油的清潔性能不夠，或是燃燒產(chǎn)生的雜質(zhì)太多，油膜強(qiáng)度不夠，則如主機(jī)廠的建議，可以考慮稍稍加大注油率，就當(dāng)作“磨合期”需要沖洗雜質(zhì)一樣，在跑一段時(shí)間后（例如48小時(shí)），檢查掃氣口，如果發(fā)現(xiàn)有白色沉積物，則需要及時(shí)下調(diào)注油率，以確保沒有白色沉積物的產(chǎn)生。這也說明了堿值（灰分）和清潔性之間平衡的重要性。

圖16：注油率和缸套磨損率的關(guān)系

另外，不同的氣缸油在相同的注油率下，對缸套的磨損率也是不一樣的，如圖17。這就說明了為什么好的氣缸油在相同的注油率下能更好地保護(hù)發(fā)動機(jī)。

圖17：不同氣缸油在相同注油率下缸套的磨損率

以前我們在三條同型姐妹船上做過長期測試，航線相同，燃油基本一致，發(fā)動機(jī)工況也差不多。然而三種品牌的相同堿值的氣缸油性能表現(xiàn)大相徑庭。如圖18所示，A油在相對低的注油率下還能保持很好的狀態(tài)，并且殘油檢測結(jié)果都比較好；相比之下B和C油就差強(qiáng)人意，殘油檢測結(jié)果也表明鐵含量偏高。

圖18：不同氣缸油的表現(xiàn)

重要的是如何判定使用中的注油率是否合適，需要在日常檢查中積累經(jīng)驗(yàn)，必要時(shí)的掃氣口檢查，以及定期的氣缸殘油檢測是非常有必要的，特別是在發(fā)動機(jī)工況變化時(shí)，如換了燃油以后，負(fù)荷變化比較大時(shí)，甚至是海況比較惡劣的情況下，需要增加檢測的頻率以確保發(fā)動機(jī)的安全運(yùn)行。

4. 關(guān)于40堿值氣缸油

如果單單是中和0.5%的硫分，那么40堿值綽綽有余。在燃油質(zhì)量沒有異常的情況下，如果選擇的氣缸油堿值過高，或者注油率太大，都會造成氣缸殘油的殘留堿值太高，短期（一般定義為兩周）可能影響不大，但長期使用勢必會造成缸套的異常磨損（磨損量接近或大于主機(jī)廠的極限值，如0.1mm/1000 hours）。

磨損量在日常的掃氣口檢查中很難發(fā)現(xiàn)，只有在吊缸的時(shí)候去詳細(xì)測量或借助一些專業(yè)工具放入掃氣口來測量缸徑（很少有船會配備此類工具），從而得到準(zhǔn)確的磨損數(shù)據(jù)。因?yàn)槠胀z查很難發(fā)現(xiàn)這些緩慢的異常磨損，很容易被忽視，一般會認(rèn)為，為了保證安全，注油率就高不就低，但日積月累就會造成缸套壽命縮短的問題。

氣缸油的清凈分散劑是具有basic（中堿性）或者是overbased（超堿性），所以傳統(tǒng)配方的氣缸油清潔性能和堿值是成一定的比例的，給大家造成的理解誤區(qū)就是，堿值越高，清潔性能越好。

現(xiàn)在新型的低硫油往往有些異常組分，這些組分產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物需要被及時(shí)清理掉，否則累積在燃燒室金屬表面就會造成一些不良的后果。所以原本是由氣缸油的清潔分散能力來完成的工作就交給了過量的堿值來完成，從而發(fā)現(xiàn)清潔問題沒有根本解決，反而造成殘留堿值過高而引發(fā)的一些問題。

所以堿值和清潔性平衡非常重要，一方面有合適的酸堿中和能力，另一方面有足夠的清潔性，而市面上一些傳統(tǒng)配方的40堿值氣缸油不能勝任目前新型低硫燃油的挑戰(zhàn)。如圖19所示，新型氣缸油在保持堿值前提下，增加了清潔性能，以滿足實(shí)際使用中的需求。

圖19：不同氣缸油的堿值和清潔能力的區(qū)別

而且兩種配方的氣缸油表現(xiàn)差異是非常明顯的，如圖20所示。

圖20：兩種配方氣缸油的表現(xiàn)

結(jié)束語

了解氣缸油的重要性能參數(shù)對發(fā)動機(jī)安全運(yùn)行的意義，選用合適的氣缸油產(chǎn)品以及配以合適的注油率。各船使用的燃油和氣缸油狀況都不一樣，如發(fā)現(xiàn)氣缸內(nèi)部沉積物異?；蛘呋钊^/活塞環(huán)部位比較臟，如果當(dāng)前使用的氣缸油清潔能力不夠，可以考慮稍稍加大氣缸油注油率或換用高堿值氣缸油數(shù)日，待情況改善后再調(diào)降注油率或切換到原來的氣缸油產(chǎn)品。

對于成分復(fù)雜的新型低硫燃油，由于燃燒的產(chǎn)物異常，產(chǎn)生的雜質(zhì)需要被及時(shí)帶離氣缸，在這種情況下，所推薦的低注油率往往不能滿足需求，需要考慮臨時(shí)加大注油率來沖刷雜質(zhì)，在一定程度上可以緩解燃燒造成的問題。

了解氣缸油酸堿中和能力和清潔能力的平衡，需要認(rèn)識到有時(shí)候并不是堿值越高越好，在此基礎(chǔ)上選擇合適的氣缸油產(chǎn)品以及調(diào)整合適的注油率，并做好燃油的識別以及在船處理操作，以確保主機(jī)安全運(yùn)行。

由于航行中不能每天都進(jìn)行掃氣口檢查，所以在日常船舶管理中定期檢測氣缸殘油堿值和鐵含量的變化趨勢，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的前兆，并及時(shí)采取一些補(bǔ)救措施，從而避免氣缸“超磨”狀況的突發(fā)。如何有效利用氣缸殘油檢測，會在以后做詳細(xì)介紹。

希望此文可以幫助大家解決氣缸油使用上的一些疑慮，由于公眾號開通比較晚沒有留言功能，大家有相關(guān)疑問可以發(fā)私信。