蔡璐
中海油气（泰州）石化有限公司
船用系统油亦称为曲轴箱油，是功率大、单位耗油量低的低速十字头型船舶发动机的曲轴箱油，主要用于曲轴箱零部件的润滑。该油品每条船消耗量约在5 000～20 000 L/年，使用周期长，船东替换油品时会采用混兑方式，以降低成本[1]。但是，目前市面上大部分是磺酸盐类或者水杨酸盐船用油。基于市场现状，开发了一款磺酸盐和水杨酸盐混合类的船用系统油。
船用系统油能润滑船舶发动机的轴承，在高温条件下提供足够的油膜厚度，减少曲轴与十字头等轴承的磨损；
另外，船用系统油受到冷却水、燃油、气缸油污染的概率大，可造成机件腐蚀，与油形成乳化液。本文通过基础油和添加剂的复配，研制出一种具有良好清净分散性能、抗氧抗腐蚀性、抗磨性能的船用系统油（牌号3008），油品满足GB/T 38049—2019《船用内燃机油》的技术指标。
基础油
船用系统油的调和主要是通过基础油和添加剂的混合，以符合技术指标的要求。船用系统油3008的100℃运动黏度范围是9.3～12.5 mm2/s，黏度指数≥93，因此要求基础油不仅要有适宜的黏度，还要有较好的黏温性能。在现在的润滑油基础油加工工艺中，采用加氢工艺生产API Ⅱ类基础油是最常见的。但是由于原油性质的差异性，会造成基础油与添加剂配伍后的性质不一样。某石化公司加工生产的石蜡基润滑油500N，系采用异构脱蜡技术生产的APIⅡ/Ⅱ+类润滑油基础油。本文采用500N（某石化公司）和150BS作为基础油调配成品油，基础油理化性质见表1。
表1 基础油理化性质分析
清净剂
润滑油在使用过程中，因发生氧化反应而产生积炭、胶状物质和大颗粒不溶物，清净剂中的表面活性成分能将这些物质浮于油品表面，不会造成不溶物质沉积在油底壳中[2]。按照有机酸官能团划分，市面上常用的清净剂主要有烷基苯磺酸盐、硫化烷基酚盐、烷基水杨酸盐和羧酸盐等[3]。按照碱值高低划分，可分为超高碱值、高碱值、中碱值、低碱值。清净剂的碱值高低，与其酸中和性能、胶体稳定性及摩擦保护膜的形成有密切关系。高碱值烷基苯磺酸钙的高温清净性更优，更能发挥对结焦物的增溶、分散作用[4]。高碱值硫化烷基酚盐在油品中较易分离，因此具有较好的酸中和能力，清净性优越，含有酚羟基官能团和少量的硫元素，可显著提高油品的抗氧化性和抗磨性能[5]。烷基水杨酸盐在润滑油中形成胶束，能与不溶物形成胶质，即烷基水杨酸盐将不溶物包溶在胶团中[6]。本项目复配烷基苯磺酸钙A、硫化烷基酚钙B、烷基水杨酸钙C作为清净剂。利用成漆板、成焦板曲轴箱模拟试验方法和高温储存后的外观情况考察不同复配比例对高温清净性的影响，试验结果见表2。
表2 清净剂的加剂量对高温清净性的影响
从表2可以看出，在复配体系DT1、2、3中，随首硫化烷基酚盐B的比例增加，成漆板评级和成焦板胶重趋向变好，成漆板评级为1.5级，成焦板胶重为28.9 mg。在复配体系DT2、4、5中，清净剂总量不变时，烷基水杨酸盐C含量越多，经过80 ℃，48 h高温储存后，光照下有成团絮状物，漂浮于锥形瓶。因此，需要平衡好烷基苯磺酸盐A和烷基水杨酸盐C的复配比例。烷基苯磺酸盐、硫化烷基酚盐和烷基水杨酸盐三者比例为1.1∶1.7∶1.4时（DT4），表现出三剂之间有较好的协同作用。
分散剂
分散剂主要以丁二酰亚胺为主，加入到船用内燃机油中，可以控制曲轴箱中的油泥产生，提高油品的分散性能。根据分子结构和大小的不同，分散剂可分为单丁二酰亚胺、双丁二酰亚胺、多丁二酰亚胺和高分子丁二酰亚胺，其中单丁二酰亚胺高温稳定性不好，多丁二酰亚胺低温分散性差，高分子丁二酰亚胺具有较好的高温稳定性能，同时具有良好的低温分散性能[7]，因此选用高分子丁二酰亚胺D，利用成漆板、成焦板模拟试验方法和分水性试验考察不同比例分散剂对高温稳定性和分水性能的影响，试验结果见表3。
表3 分散剂的加剂量对高温清净性和分水性能的影响
从表3数据可以看出，提高无灰分散剂的加剂量，漆膜评级结果变好，胶重从37.7 mg增长至44.3 mg，成焦板胶重变大，指标变差，说明高温肯定性随分散剂比例的增加而变差；
DP1的分水性最佳，DP2次之，DP3和DP4的分水性能最差，说明油品的水分离性能随首无灰剂加剂量的增加而变差。当润滑油与水接触时，油品发生乳化，添加剂加剂量增加，表面活性剂含量增多，极性变小，与水相结合的乳液在离心分离后，水相难以聚集，游离水减少，体积由1.7 mL下降至1.1 mL，乳化液略微增多，体积由0.2 mL上升至0.4 mL，油品的分水性能变差，说明配方中分散剂比例的增加，油品的分水性变差。由于油品高温清净性变差（胶重增加）和分水性能变差（游离水变少，乳化液增多）均非所期待的结果，综合考虑，最终选择分散剂高分子丁二酰亚胺加剂量为1.4%（质量分数，以下均是）时（DP2），可以在船用系统油对高温稳定性和分水性能两方面得到平衡。
抗氧抗磨剂
船用系统油主要是在低速十字头发动机的曲轴箱中起到润滑、冷却、清净分散等作用，因此容易被燃料油、气缸油残油等物质污染，不可避免发生氧化反应生成油泥、积炭等不溶物。
本研究选用二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP），满足油品的抗氧抗磨性能要求，有效缓解齿轮与轴承之间的摩擦。考察了抗磨剂的加剂量对抗磨性能的影响，见表4。
表4 抗磨剂的加剂量对抗磨性能的影响
从表4可以看出，随首ZDDP加剂量的增加，其FZG试验失效级明显上升，之后趋于不变。按照船用系统油的理化性能要求，ZDDP的加剂量选择0.7 %（质量分数）。
抗泡剂
润滑油在使用过程中，由于有空气存在，常会产生泡沫，尤其是当油品中含有具有表面活性的添加剂时，则更容易产生泡沫，而且泡沫还不易消失。因此要开发成熟的船用内燃机油，抗泡性是重要的质量指标。有机硅型抗泡剂的特点是加剂量少，抗泡性好，但是酸性介质中不稳定。非硅型抗泡剂的特点是在油中易分散，但是与某些添加剂复合后抗泡性差。本文将硅型和非硅型两类抗泡剂按比例复合，加入到成品油中，以平衡两类抗泡剂的优缺点。不同抗泡剂的泡沫性能试验结果见表5。
表5 抗泡剂对泡沫性的影响
从表5可以看出，提高有机硅型抗泡剂或者非硅型抗泡剂加剂量，能明显改善消泡效应，但是加剂量过高，会影响抗泡剂在油品中的溶解性，从外观查看油品略显浑浊，因此采用硅型和非硅型两类抗泡剂按比例复合，当有机硅型抗泡剂和非硅型抗泡剂，两者质量比为1∶4（DF8）时，能达到最佳的抗泡效果。
全配方性能评定
船用系统油由选用基础油（500N、150BS），复配1.1%的烷基苯磺酸钙、1.7%硫化烷基酚钙、1.4%烷基水杨酸钙清净剂，1.2%丁二酰亚胺分散剂，0.7%ZDDP，0.01%硅型和0.04%非硅型抗泡剂制备船用系统油。成品油的理化性能评价见表6。
由表6结果可以看出，研制的油品理化性能均满足GB/T 38049—2019《船用内燃机油》的技术指标要求，同时具有良好的清净分散性能、抗氧抗腐蚀性和抗磨性能。
研制的船用系统油具有良好的清净分散性能、抗氧抗腐蚀性、抗磨性能，符合GB/T 38049—2019要求。在十字头二冲程低速柴油机曲轴箱中，起到润滑轴承和导板、齿轮传动系统及冷却活塞的作用，至今已生产销售2 000 t，2020—2021年应用于海洋石油船舶领域，具有优良的使用性能。
选用某石化公司加工生产的石蜡基润滑油，通过对清净剂、分散剂和抗氧抗磨剂的评定，研制出一种船用系统油。该油品理化分析数据符合GB/T 38049—2019要求，具有良好的清净分散性能、抗氧抗腐蚀性、抗磨性能。该油品适用于润滑轴承和导板、齿轮传动系统，冷却活塞。
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