馬克的潤滑油世界

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鹼質(BN)的概念與應用

prepared by Mark Chuang


一般使用者於設備或引擎發生問題,第一時間常怪罪潤滑油品質不佳,這種觀念實在有待商榷。(ref.1)基本上,潤滑油只是輔助的媒介,協助排除劣質燃料油經燃燒所造成的副產物,如潤滑油中BN(Base Number) 添加劑會中和燃料油中硫份因燃燒所形成的酸性物質,並藉由潤滑油中的清淨分散添加劑將不溶物、灰份、碳渣、瀝青及燃燒生成物等均勻分散於潤滑油中,最後由循環系統經過濾設備將這些不期待存在的物質全部排除。燃料油中的硫份經過燃燒過程後,在適當的溫度與壓力下與水分作用即會產生具腐蝕性的酸性物質。雖然由燃油中的硫份轉換為最終的腐蝕性酸性物質的量並不多,但這些些微的酸性物質往往是造成引擎缸套進一步磨損的主要原因,不可等閒事之。

fig_酸鹼中和過程

清淨添加劑
船舶潤滑油中的清淨添加劑是一個關鍵性成分,旨在維持潤滑油的性能並確保引擎和機械部件的順暢運行。讓我們深入了解清淨添加劑的組成和功能。
  1. 無機核 (Inorganic Core or Base)
    • 位於中間的無機核是清淨添加劑的主要組成部分之一。
    • 具有高鹼性,主要功能是中和潤滑油中的酸性物質。
    • 無機核的成分通常包括碳酸鈣 (CaCO3) 和氫氧化鈣。有時也可以選用金屬鎂。
    • 同時,無機核還具有一定的抗磨損和抗氧化功能。
  2. 有機表面劑 (皂基)
    • 外圍的有機表面劑是另一重要組成部分。
    • 主要功能是連結潤滑油中存在的酸性物質並與無機核進行中和。
    • 有機表面劑通常被稱為“皂基”。
    • 最終,它們確保未隨排氣排出的反應生成物、未反應的添加劑和燃燒生成物均勻分散於油中,避免形成大顆粒而堵塞系統。
  3. 清淨劑的差異
    • 清淨劑的差異在於它能包含多少鹼性物質以及表面劑的類型和數量。
    • 鹼性物質的存在與表面劑的數量之間存在一定的關係。
    • 當表面劑數量不足時,鹼性物質將無法穩定存在。
  4. 在今船舶市場上,潤滑油中使用的清淨添加劑系統通常包括三種傳統上常用的種類
    • 磺酸鹽 (Calcium Sulphonates)
    • 酚鹽 (Calcium Phenates)
    • 水楊酸鹽 (Calcium Salicylates)
    • 為了滿足特殊應用的需求,現今的潤滑油通常會混合使用不同種類的清淨添加劑。

汽缸油注油率(Cylinder oil feed rate)與鹼質的關係
隨著原油價格不斷攀升,二衝程汽缸油成本壓力持續增加。作為一次性消耗品,汽缸油的合理使用至關重要。讓我們深入探討汽缸油注油率與鹼質之間的相互關係。
  1. 注油率的調整
    • 早期汽缸油注油器採用機械式,由船員手動調整。然而,船員常常誤解加大注油率會使引擎更安全,結果造成汽缸油的浪費。
    • 過多的汽缸油可能導致積碳問題,反而進一步損害汽缸和活塞。
  2. 注油率的建議
    • 設備廠家通常建議最低注油率(例如MAN B&W建議最低注油率為0.6g/kW-hr)。
    • 合適的注油率需根據長期實際追蹤和檢查來確定,主機廠家建議透過Port Inspection或汽缸殘油化驗進行進一步分析。一般會設定在0.85-0.95g/kW-hr。
  3. 電子式控制
    • 現今的汽缸油注油器普遍採用電子式控制,可以精確調整注油量和注油時間。
  4. 鹼質選擇與硫含量關聯
    • 汽缸油中的鹼質選擇與燃料油中的硫含量直接相關。
    • 使用高硫燃料油時,建議選用高鹼質的汽缸油,以中和酸性燃燒產物。
    • 使用低硫燃料油時,則需選用低鹼質的汽缸油。

摩擦率、汽缸油注油率與燃油含硫量的關係
在使用相同種類的汽缸油(BN固定)的情況下,如果燃料油的硫含量從高轉為低,則必須調整汽缸油的注油率,以確保引擎不會過度磨損。過多的汽缸油意味著過多的鹼質(BN)。經中和反應後的硫酸鈣(CaSO4)和未經反應燃燒的碳酸鈣(CaCO3)大部分會隨著掃氣過程通過排氣閥排出,但部分會附著在汽缸壁上。隨著活塞的上下運動,這些附著物會像砂紙一樣磨損汽缸壁,從而阻礙油膜在汽缸壁上建立,加速磨損的發生導致polish的發生。

fig_典型酸性產生反應過程
fig_摩擦率-注油率與燃油含硫量關係

fig_Piston top land積碳導致汽缸壁拋光現象(Polish)
fig_注油率過高導致白色粉末聚積於活塞冠周圍

參考資料來源

  • ref.1_“Lubrication of medium speed engines with very low lube oil consumption, problems and solutions” – CIMAC 2004, Kyoto