機(jī)油品質(zhì)指標(biāo)探討

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本文作者：陳樹林1宋素玲2趙敏2作者單位：1.呼和浩特鐵路局機(jī)務(wù)檢測所機(jī)務(wù)化驗室2.呼和浩特鐵路局包頭西機(jī)務(wù)段化驗室

鐵路內(nèi)燃機(jī)車三代柴油機(jī)油：隨著鐵路運輸向重載、高速、安全節(jié)能的方向發(fā)展，對柴油機(jī)油的要求越來越高，鐵道部科學(xué)研究院金化所及其他單位開始了三代油研制。參考當(dāng)時具有國際先進(jìn)水平的LMOA三代油的質(zhì)量要求，選用大慶原油加工的基礎(chǔ)油，加入清凈分散劑、抗氧、抗磨等多種添加劑，采用正交試驗法優(yōu)選配方，經(jīng)理化性分析、模擬試驗，以及美國卡爾皮勒1-G2及L-38國際標(biāo)準(zhǔn)臺架試驗綜合評定，確定了配方、工藝和技術(shù)條件，研制出三代油。三代油于1993年7月通過鐵道部技術(shù)鑒定，達(dá)到LMOA三代油的質(zhì)量水平，1998年10月其技術(shù)指標(biāo)上升為鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。三代油加入了堿性磺酸鹽、高堿性硫化烷基酚鹽、無灰分散劑、硫磷雙辛基堿性鋅鹽及抗泡劑等，以提高其清凈分散性、熱氧化安定性、抗摩抗擦傷性、堿性保持性及抗泡性等。采用經(jīng)過精制的500SN和150BS調(diào)配作為基礎(chǔ)油，以確保柴油機(jī)良好的使用性能。

鐵路內(nèi)燃機(jī)車單、多級四代柴油機(jī)油：(1)鐵路內(nèi)燃機(jī)車單級四代柴油機(jī)油。1984年我國從美國GE公司先后進(jìn)口的420臺ND5內(nèi)燃機(jī)車，加上國產(chǎn)的DF4D和DF4C機(jī)車等大馬力內(nèi)燃機(jī)車，都要使用單級四代油，且用量逐年增加。單級四代油需要用美國雪佛龍化學(xué)公司的添加劑（OLOA2939）與國內(nèi)基礎(chǔ)油調(diào)和而成。為了節(jié)約外匯，降低成本，滿足日益增長的四代油需求，開始了添加劑國產(chǎn)化的研究。由鐵道部科學(xué)研究院金化所與中石化及所屬單位成功研制出國產(chǎn)四代油，并于1991年11月通過鐵道部、中石化總公司聯(lián)合鑒定，經(jīng)過綜合評定達(dá)到國外20世紀(jì)80年代末四代油水平，在全路推廣使用。（2）鐵路內(nèi)燃機(jī)車多級四代柴油機(jī)油。我國內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)油需要適用的溫度范圍較寬，在北方地區(qū)，冬季室外溫度在-35～0℃，機(jī)車長時間的停留使機(jī)油粘度增加甚至凝固，會造成啟機(jī)困難；而柴油機(jī)頂部工作溫度高達(dá)200～300℃時，機(jī)油很快變稀、不易形成油膜，難以保證機(jī)件良好潤滑，磨損和油耗都會增加。在機(jī)油中加入粘度指數(shù)改進(jìn)劑時，機(jī)油粘溫特性得到很大改善，有利于柴油機(jī)油在高、低溫情況下的潤滑，這是多級油與單級油的區(qū)分之處。1991年由鐵道部科學(xué)研究院與中石化總公司所屬單位開展多級油研制工作，于1995年12月成功研制出國產(chǎn)多級四代油，并于1999年1月了TB/T2956—1999《鐵路內(nèi)燃機(jī)車單、多級四代柴油機(jī)油》，該標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)被TB/T2956—2009替代。

鐵路內(nèi)燃機(jī)車單、多級五代柴油機(jī)油：國產(chǎn)單、多級五代柴油機(jī)油依據(jù)的國產(chǎn)五代油暫行技術(shù)指標(biāo)是參照LMOA、美國機(jī)車生產(chǎn)廠家GE公司和GM公司鐵路內(nèi)燃機(jī)車五代油的技術(shù)規(guī)格確定研制的。2001年鐵道部科教司下達(dá)了“鐵路內(nèi)燃機(jī)車多級五代機(jī)油的研制”科技發(fā)展項目，鐵道部科學(xué)研究院金化所成立五代油課題組，在完成五代油配方的理化性能及臺架試驗后，從2002年6月起，在上海鐵路局歷經(jīng)1年多現(xiàn)場試驗，又通過一系列的理化性能、發(fā)射光譜、鐵譜和紅外光譜分析篩選評定后，成功研制出國產(chǎn)多級五代柴油機(jī)油。

鐵路內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)油現(xiàn)行質(zhì)量指標(biāo)

目前，我國鐵路內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)油執(zhí)行的是TB/T2956—2009，明確了有關(guān)油品的理化指標(biāo)和模擬性能的要求，還對臺架試驗做出了相應(yīng)的要求，見表1。

內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)油用油質(zhì)量狀況及性能

1導(dǎo)致?lián)Q油的質(zhì)量問題及原因分析

目前，在呼和浩特鐵路局干支線客貨運使用的內(nèi)燃機(jī)車為123臺，由2007—2011年的年度機(jī)化報表數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到，平均的換油率為8.7%，其中粘度高的占39.1%，石油醚不溶物超標(biāo)占44.3%，是換油的主要原因。導(dǎo)致這2項質(zhì)量指標(biāo)超標(biāo)引起換油的原因主要有2方面。（1）機(jī)車工況。由于柴油的不完全燃燒，或是柴油機(jī)工作溫度高，發(fā)生過熱、結(jié)焦等，產(chǎn)生的積炭促進(jìn)機(jī)油老化。不溶物超標(biāo)多發(fā)生在DF4D機(jī)車上，主要是由于機(jī)車柴油機(jī)設(shè)計不足，導(dǎo)致機(jī)油中煙炱增加量大。（2）機(jī)油質(zhì)量性能的使用狀況。機(jī)油氧化后生成各種含氧化合物，如有機(jī)酸、醇類、醛類、酮類、脂類、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等，使油顏色變深，粘度增大，酸值提高并產(chǎn)生沉渣，一些高分子含氧化合物在低溫下形成油泥，在高溫下形成積炭和漆膜，導(dǎo)致粘度高和石油醚不溶物超標(biāo)。

2機(jī)油中的煙炱顆粒團(tuán)

機(jī)油中煙炱顆粒團(tuán)是粘度增大的主要物質(zhì)，盡管在研制柴油機(jī)油時，使用了對煙炱具有很好分散能力的分散劑，以減少煙炱顆粒團(tuán)聚，降低煙炱結(jié)構(gòu)尺寸，提高柴油機(jī)油對煙炱的容納能力，但是仍然會發(fā)生不同程度的聚結(jié)，形成較大的煙炱顆粒團(tuán)結(jié)構(gòu)。煙炱顆粒團(tuán)具有很高的硬度，煙炱含量高不僅僅增大粘度，還將導(dǎo)致摩擦副摩擦增大。有關(guān)資料報道，采用反射和透射掃描電鏡對使用的機(jī)油中煙炱顆粒團(tuán)進(jìn)行分析，其成分主要是C，還有少量的O、S、Ca以及微量Si、Al和P等，其中一些成分是添加劑帶入的。

3基礎(chǔ)油

柴油機(jī)油是基礎(chǔ)油和添加劑調(diào)配制成的，基礎(chǔ)油的質(zhì)量至關(guān)重要，通常要進(jìn)行精制加工。基礎(chǔ)油制備工藝有，減壓蒸餾、脫膠質(zhì)、瀝青、加氫轉(zhuǎn)化、催化脫蠟、白土補充精制等。基礎(chǔ)油由烷烴、環(huán)烷烴、芳烴，以及少量氧、氮、硫、膠質(zhì)、瀝青等組成。烴的主要組成中，以芳烴最不易氧化，環(huán)烷烴次之，烷烴高溫下最易氧化，常溫和低溫下還較穩(wěn)定。芳烴本身氧化產(chǎn)生酚類，酚是抗氧劑，又能阻止和保護(hù)其他烴類氧化，所以機(jī)油中芳烴含量對氧化安定性影響較大，但芳烴缺點是粘度大，閃點低，殘?zhí)扛撸虼耍庸ぞ苹A(chǔ)油及三類烴含量最佳比例十分重要。

4添加劑

機(jī)油使用性能另一個因素就是添加劑，其作用機(jī)理有清凈分散劑、抗氧、抗腐、抗磨劑、粘度指數(shù)改進(jìn)劑、抗泡劑等。使用質(zhì)量不好的添加劑或不按規(guī)定配方生產(chǎn)的柴油機(jī)油，在使用中會出現(xiàn)換油期短、活塞生成積碳等，影響柴油機(jī)的壽命。TB/T2956—2009規(guī)定的出廠檢驗項目共11項，用戶也依據(jù)出廠化驗單檢驗的各項進(jìn)行驗收。以三代油為例進(jìn)行實驗，按照三代油配方用500SN和150BS調(diào)配作為基礎(chǔ)油，再添加鐵路定點廠家生產(chǎn)的三代油復(fù)合添加劑，可調(diào)制出符合標(biāo)準(zhǔn)的三代油。同樣，用500SN和三代油復(fù)合添加劑，不加150BS基礎(chǔ)油，也可調(diào)制出符合標(biāo)準(zhǔn)的三代油，化驗常規(guī)的11項指標(biāo)都合格。500SN和150BS這2種基礎(chǔ)油烴含量組分不同，性能也有差異，所以，只化驗常規(guī)的11項質(zhì)量指標(biāo)具有局限性。從實驗室的調(diào)配油化驗情況分析，說明作為機(jī)油的某些性能，僅化驗機(jī)油常規(guī)的11項指標(biāo)很難保證柴油機(jī)油良好的使用性能。可以在現(xiàn)場有條件的情況下，按照TB/T2956—2009要求，進(jìn)行氧化安定性試驗（強化法）、曲軸箱模擬試驗，對三代油的抗氧化性能及清凈分散性能進(jìn)行檢驗。

5機(jī)油總堿值

內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)油總堿值的大小，可體現(xiàn)添加劑的種類和用量，最初清凈劑用的都是中性鹽，隨著大功率增壓柴油機(jī)日益增多和含硫柴油的增加，各種清凈劑逐步向堿式鹽和高堿性鹽的方向發(fā)展，機(jī)油總堿值指標(biāo)越高，添加劑加量就越大。在堿存在條件下，脂類易發(fā)生皂化反應(yīng)生成羧酸和醇，也會降低油品性能。在呼和浩特鐵路局的實際運用中，沒有出現(xiàn)由于總堿值低而換油的情況，且所有的報廢機(jī)油的總堿值損耗率平均不到20%。這與三代油優(yōu)良的抗氧性能及柴油含硫量低的因素有關(guān)，因此在研制新的柴油機(jī)油時可以適當(dāng)降低總堿值。

結(jié)語

柴油機(jī)油的性能及壽命取決于基礎(chǔ)油的質(zhì)量、添加劑的種類、用量和油品規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)。機(jī)油應(yīng)具有良好的抗氧化、抗磨和清凈分散性能，減少機(jī)油中煙炱凝聚的幾率、控制粘度增長速度的功能，以及保持一定的堿度、防止不溶物形成的功能，同時具有良好的粘溫特性等。為保證和提高用油質(zhì)量，延長機(jī)油的使用壽命，值得進(jìn)一步研究是否需要增加新油的檢測項目。同時，結(jié)合實際使用，在研制新的鐵路柴油機(jī)油時可適當(dāng)降低總堿值。