韓 旭 翟 爽

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司機(jī)電技術(shù)服務(wù)中心 天津 300452)

海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船(即FPSO)，是對(duì)開采的石油進(jìn)行油氣分離、處理含油污水，以及動(dòng)力發(fā)電、供熱、原油產(chǎn)品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，同時(shí)集人員居住與生產(chǎn)指揮系統(tǒng)于一體的綜合性的大型海上石油生產(chǎn)基地。內(nèi)燃機(jī)組作為發(fā)電機(jī)的原動(dòng)設(shè)備，為FPSO中關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備，其功率通常在5 000～8 000 kW。由于內(nèi)燃機(jī)組全部為進(jìn)口機(jī)型，潤(rùn)滑油也均為指定的專用進(jìn)口品牌?，F(xiàn)階段使用的進(jìn)口品牌潤(rùn)滑油價(jià)格高昂、陸地調(diào)配周期長(zhǎng)、油品技術(shù)咨詢與服務(wù)滯后，影響生產(chǎn)的正常開展。隨著中國(guó)工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，國(guó)產(chǎn)品牌潤(rùn)滑油產(chǎn)品質(zhì)量不斷上升，價(jià)格與服務(wù)同比進(jìn)口品牌已有很大優(yōu)勢(shì)[1-4]。因此，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)流程、專家論證、后評(píng)估驗(yàn)證，用國(guó)產(chǎn)品牌潤(rùn)滑油替代原內(nèi)燃機(jī)組進(jìn)口潤(rùn)滑油品牌具有可行性[5-6]。本文作者通過(guò)詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，制定了內(nèi)燃機(jī)組進(jìn)口潤(rùn)滑油替代方案與實(shí)施方法，通過(guò)油品分析、混溶實(shí)驗(yàn)、專家論證、現(xiàn)場(chǎng)換油后評(píng)估及設(shè)備拆解驗(yàn)證了換油方案的可行性。

1 潤(rùn)滑油換型方案制定流程與實(shí)施方法

1.1 可行性分析與研究

內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑油能否進(jìn)行替代，并非簡(jiǎn)單地對(duì)比不同油品的性能參數(shù)與理化指標(biāo)就可以進(jìn)行換油。由于內(nèi)燃機(jī)組中油路分布廣、潤(rùn)滑點(diǎn)眾多，其潤(rùn)滑油會(huì)經(jīng)過(guò)曲軸連桿機(jī)構(gòu)、大小頭瓦、活塞、氣缸等關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件，在替換時(shí)不可能對(duì)所有潤(rùn)滑點(diǎn)均進(jìn)行清洗，所以替換油與原用油必然會(huì)存在混溶。因此，制定潤(rùn)滑油換型方案須進(jìn)行前期調(diào)研，即從原用油和替代油性能參數(shù)、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行綜合分析，同時(shí)須對(duì)2種油進(jìn)行不同比例的混溶實(shí)驗(yàn)，來(lái)證明潤(rùn)滑油替代的可行性。

前期調(diào)研包括：收集機(jī)組與所用潤(rùn)滑油的基本信息；收集機(jī)組的運(yùn)行速度、負(fù)荷、工作溫度等工況參數(shù)；統(tǒng)計(jì)油品的換油周期、換油指標(biāo)、年消耗；了解潤(rùn)滑系統(tǒng)流程與潤(rùn)滑點(diǎn)。

混溶實(shí)驗(yàn)即將原用油與替換油分別按照9∶1、7∶3、5∶5、3∶7、1∶9的比例混兌[7]，混兌后必須進(jìn)行如下項(xiàng)目檢測(cè)[8-10]：

(1)相容性：在100 ℃條件下，將2種潤(rùn)滑油混合24 h，如果樣品呈均勻狀，無(wú)分層，無(wú)油泥、沉淀物析出，則說(shuō)明2種油品可以相容。

(2)運(yùn)動(dòng)黏度：按ASTM D445分別檢測(cè)不同混兌比例的潤(rùn)滑油40與100 ℃下的運(yùn)動(dòng)黏度，并與2種油品新油的運(yùn)動(dòng)黏度進(jìn)行對(duì)比。

(3)黏度指數(shù)：按ASTM D2270分別檢測(cè)不同混兌比例的潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度隨溫度變化的特征值。

(4)總堿值：由于內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑油的添加劑中含有大量的堿性清凈分散劑，按ASTM D2896對(duì)混兌的潤(rùn)滑油進(jìn)行堿值檢測(cè)，通過(guò)堿值的變化來(lái)確定混溶后的油品氧化性是否變化。

(5)開口閃點(diǎn)：按ASTM D92檢測(cè)混兌油品發(fā)生蒸汽閃火的最低溫度，觀察混兌比例的變化與該指標(biāo)的變化趨勢(shì)。

(6)傾點(diǎn)：按ASTM D97檢測(cè)混兌油品能流動(dòng)的最低溫度，觀察混兌比例的變化與該指標(biāo)的變化趨勢(shì)。

(7)最大無(wú)卡咬負(fù)荷(四球法)：按GB/T 3142檢測(cè)混兌油品的承載能力。

(8)元素光譜分析：按ASTM D6595分析不同混兌比例的潤(rùn)滑油中添加劑元素含量的變化，如鋅(Zn)、磷(P)、鈣(Ca)等。

(9)泡沫特性：按ASTM D892分析不同混兌比例的潤(rùn)滑油的抗泡沫性能。

(10)旋轉(zhuǎn)氧彈：按ASTM D942分析不同混兌比例的潤(rùn)滑油的氧化安定性，防止油品在系統(tǒng)內(nèi)易產(chǎn)生酸性氧化物。

1.2 專家論證

確定替代油品并對(duì)混兌實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)后，組織專家對(duì)制定的換型方案進(jìn)行技術(shù)審查，審查的內(nèi)容為

(1)換型油品的生產(chǎn)質(zhì)量控制體系的審查，確保后續(xù)油品質(zhì)量穩(wěn)定；

(2)現(xiàn)場(chǎng)換油后，機(jī)組運(yùn)行的取樣時(shí)間點(diǎn)、取樣頻次的加密程度；

(3)油品更換的方式、更換潤(rùn)滑油合適的時(shí)間；

(4)潤(rùn)滑油整體優(yōu)化方案節(jié)省費(fèi)用的測(cè)算。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)換油與后評(píng)估

經(jīng)過(guò)前期的方案制定和專家論證后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)換油工作。換油后機(jī)組運(yùn)行24、48、72 h后分別對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行取樣檢測(cè)，之后每半個(gè)月對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行取樣檢測(cè)。在機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程中必須關(guān)注以下事項(xiàng)：現(xiàn)場(chǎng)換油后潤(rùn)滑油消耗量；機(jī)組運(yùn)行參數(shù)跟蹤；定期對(duì)機(jī)組進(jìn)行吊缸檢查；潤(rùn)滑油理化指標(biāo)跟蹤。

2 案例分析

渤海世紀(jì)號(hào)FPSO主電站由5臺(tái)德國(guó)MAN B&W內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組組成，其設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。設(shè)備潤(rùn)滑時(shí)，滑油由泵打入曲軸、缸套、渦輪增壓器、軸承、滑油冷卻器再回到油底盒。

表1 渤海世紀(jì)號(hào)FPSO內(nèi)燃機(jī)組設(shè)備參數(shù)Table 1 Equipment parameters of internal combustion engine unit of Bohai century FPSO

主電站內(nèi)燃機(jī)組潤(rùn)滑油每年總消耗量為396 000 L，月度總消耗量為33 000 L，合計(jì)費(fèi)用每月約62.7萬(wàn)。

2017年7月，通過(guò)與國(guó)內(nèi)各知名潤(rùn)滑油生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行等質(zhì)量對(duì)標(biāo)匹配，最后確定選擇昆侖DCB4030H船用中速筒狀活塞柴油機(jī)機(jī)油作為替換油品。

為檢測(cè)2種油品的相容性，將CALTEX Taro 30 DP SAE 40與昆侖DCB4030H分別按9∶1、7∶3、5∶5、3∶7、1∶9的比例混兌后進(jìn)行相容性試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示?？梢?jiàn)，2種油品按不同比例混兌后油樣均勻、無(wú)分層，各項(xiàng)參數(shù)均符合實(shí)驗(yàn)室控制標(biāo)準(zhǔn)。

表2 CALTEX Taro 30 DP SAE 40與昆侖DCB4030H混溶試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Mixed test data of CALTEX Taro 30 DP SAE 40 and Kunlun DCB4030H

2017年12月組織專家對(duì)內(nèi)燃機(jī)組潤(rùn)滑油替換項(xiàng)目進(jìn)行審查，形成以下意見(jiàn)：

(1)替代油廠家有質(zhì)量控制體系，能夠保證后續(xù)油品質(zhì)量穩(wěn)定；

(2)現(xiàn)場(chǎng)換油后加密監(jiān)測(cè)，分別在24、48、72 h取樣檢測(cè)，對(duì)比數(shù)據(jù)，以保證機(jī)組運(yùn)行安全；

(3)建議采用整體更換方式進(jìn)行換油，時(shí)間節(jié)點(diǎn)選擇在機(jī)組大修后，對(duì)原潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)行清潔后更換替代油；

(4)在編制換油實(shí)施方案時(shí)應(yīng)對(duì)換油安全性、設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)性、潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)等方面工作進(jìn)行細(xì)化；

(5)對(duì)換油后運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)估，數(shù)據(jù)對(duì)比周期為換油后機(jī)組運(yùn)行4 000 h，取樣監(jiān)測(cè)周期為每720 h取樣一次;

(6)主機(jī)潤(rùn)滑油替換方案整體可行，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況實(shí)施。

2018年10月，潤(rùn)滑油生產(chǎn)廠家技術(shù)人員配合對(duì)內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)行替換?，F(xiàn)場(chǎng)換油完畢后，機(jī)組運(yùn)行24、48、72 h分別取樣檢測(cè)，之后每半個(gè)月對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行取樣檢測(cè)，潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)結(jié)果正常。主機(jī)更換昆侖DCB 4030H潤(rùn)滑油后使用約4 000 h，每720 h取樣進(jìn)行化驗(yàn)，化驗(yàn)報(bào)告顯示油品狀態(tài)全部正常，數(shù)據(jù)趨勢(shì)穩(wěn)定。換油后4 000 h的第三方監(jiān)測(cè)報(bào)告表明，油品各項(xiàng)指標(biāo)(黏度、閃點(diǎn)、水分、堿值等)及元素含量均處于正常范圍。如表3所示。

表3 換油前及換油后不同運(yùn)行周期潤(rùn)滑油主要性能指標(biāo)Table 3 Main test indexes before and after replacing Kunlun DCB4030H lubricating oil

機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)4 000 h進(jìn)行吊缸檢查，測(cè)量缸套內(nèi)徑、活塞環(huán)槽和軸瓦、軸頸配合間隙，計(jì)算缸套磨損量，評(píng)價(jià)活塞頭部、裙部及活塞環(huán)、冷卻腔清潔程度，評(píng)估潤(rùn)滑油運(yùn)行監(jiān)測(cè)報(bào)告，綜合評(píng)估更換滑油后設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。綜合評(píng)估結(jié)果表明，機(jī)組摩擦副磨損程度處于正常水平，無(wú)異常磨損情況發(fā)生。圖1—3分別示出了氣缸內(nèi)部、連桿軸瓦、活塞磨損情況，可見(jiàn)其運(yùn)行4 000 h磨損程度輕微。

圖1 氣缸內(nèi)部磨損情況Fig 1 Internal wear of cylinder

3 結(jié)論

海上FPSO上內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑油更換項(xiàng)目經(jīng)過(guò)前期論證、混溶實(shí)驗(yàn)、專家論證、現(xiàn)場(chǎng)換油與評(píng)估，效果良好，取得了潤(rùn)滑油國(guó)產(chǎn)化的成功。國(guó)產(chǎn)化替換后機(jī)組各工藝量參數(shù)正常，潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平穩(wěn)；換油后機(jī)組運(yùn)行達(dá)到預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降本，全年潤(rùn)滑油費(fèi)用下降22.7%。該潤(rùn)滑油替換模式可全面推廣，為海上FPSO節(jié)省成本，實(shí)現(xiàn)降本增效。