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船用润滑油水污染检测技术及控制

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摘要:船用润滑油水污染会影响机械设备的工作状态,增加设备故障率,对船用润滑油水污染检测技术及控制进行研究能够有效降低甚至避免船用润滑油水污染对机械设备的影响。文章论述了水污染会降低机械设备部件强度、加速设备磨损;针对船用润滑油三种水污染类型(海水污染、冷凝水污染、外部淡水污染)的来源进行了分析。介绍了船用油水污染定性、定量常用检测技术,包括目视法、热板爆响法、卡尔—费休滴定法、元素检测技术。从机械设备的安装与日常维护、对润滑油本身的处理两方面,提出了避免船用润滑油发生水污染的控制措施。

关键词:船舶;润滑油;水污染;检测技术

0引言

船舶机械设备工作的外在环境就是水环境,所以船用润滑油更易被水污染,水是船用润滑油最主要的污染物之一。如果船用润滑油在早期能够及时发现被水污染,并采取相应污染控制措施,就可以避免机械设备发生严重故障,甚至能够避免一些不可挽回的事故,节约机械设备维修成本,因此,船用润滑油水污染检测及控制技术能够确保船舶机械设备保持良好工作状态。

1润滑油水污染对船上机械设备的影响

船上需用润滑油的设备主要有动力系统设备(如柴油机、齿轮箱、轴系轴承)、液压设备及空气压缩机,这些设备直接影响整个船舶工作状态,尤其动力系统设备是船舶的核心设备,所以水对这些设备所用润滑油的污染将影响这些设备的工作状态,进而影响整条船的工作状态。(1)降低机械设备部件强度有水的润滑油之所以会降低船舶机械设备部件强度是因为水的参与会使机械设备部件发生锈蚀、腐蚀、气蚀。锈蚀:水、氧气和金属三者同时接触,金属表面就会锈蚀,这是金属的固有特性,润滑油中进入的水会与金属表面发生氧化反应,形成锈蚀斑块。腐蚀:金属表面受周围介质的化学或电化学作用而被破坏称为金属的腐蚀[1]。润滑油中的水会和油中本身存在的一些物质(如硫和氯)发生化学反应生成有机或无机酸性物质,大大增加了润滑油中的酸含量,无机酸对任何金属都有强烈的腐蚀作用,而少量的有机酸对金属腐蚀作用不大,反而能够增加润滑油的油性以保持良好的边界润滑性能,但有机酸含量较大时,就会对一些金属产生腐蚀,尤其船舶柴油机中铜、铅等材质的零部件(如轴承)对酸敏感性较高,极易受到酸的腐蚀。气蚀:对于船舶柴油机主机来说,其润滑部位主要有气缸、曲轴,当柴油机运行过程中这些部位温度较高,尤其是气缸温度,高达几百度,进入油中的水会很快变成水蒸气,水蒸气气泡在金属表面爆裂导致气蚀点;水会减弱润滑油的抗泡消泡能力,使得油液中的空气气泡无法释放或消除,当带有气泡的润滑油(如液压油、空压机油)受到压力而气泡爆裂,会在金属表面产生气蚀。机械设备部件上锈蚀、腐蚀或气蚀部位应力负荷承受强度就会降低,机械部件强度自然会降低。(2)加速设备磨损润滑油中有了过量的水参与,后果是降低黏压特性、降低润滑性能、产生磨损颗粒,这些不良后果都会加速设备的磨损。降低黏压特性:当润滑油所受压力增加时,分子间距减小而分子间作用力增大,其黏度随之增高,从而对摩擦副进行保护,这就是润滑油的黏压特性[1]。水会降低润滑油的黏压特性,尤其是空压机油和液压油,这些设备对润滑油会产生较大压力,使得润滑油黏度升高,但水的黏度随压力的变化很小,可以忽略不计,所以水的参入会降低润滑油的黏压特性,增加摩擦副的磨损[2]。降低润滑性能:过量的水长期存在于润滑油中会使油液乳化,降低润滑性能,甚至使润滑油润滑失效,失去润滑作用,机械设备磨损自然会加大。产生磨损颗粒:水的锈蚀和腐蚀都会产生金属颗粒,这些颗粒就是磨损颗粒,进一步大大增加了设备的磨损;水和油液中的添加剂发生反应生成的沉淀物和胶质等不溶物会造成滤网堵塞,增加磨损颗粒,加速设备磨损。

2船用油水污染类型及来源

船舶机械设备有其特有的润滑系统和冷却系统,船舶工作环境、润滑和冷却系统的结构原理及安装位置决定了船舶润滑油水污染主要有三种类型:海水污染、冷凝水污染、外部淡水污染。船舶柴油机润滑系统一般由曲轴箱润滑、废气涡轮增压器润滑和曲轴箱油净化等系统组成[3],这些系统都设有循环油柜,用来储存润滑油,其润滑过程简要来说就是将加热后有一定温度的润滑油(加热润滑油是为保持其黏度)通过油泵从油柜里抽出,经过滤器进入一系列油路管道,最终到达被润滑设备相应部位,最后回流到油柜,周而复始地进行循环。这些油路管道有不同的阀门及密封点,同时整个润滑系统一般还装设通气管、溢流管等,所以油路管道内本身就不是真空,空气、水蒸气本身就充斥在管路中,若管路中部分阀门未拧紧或密封不好,加之船舶本身工作在湿润的环境,外界水蒸气将会大量进入管道内,当柴油机停机,润滑停止后,润滑油冷却,油路管道冷却,管道内就会出现冷凝水[3-4]。另外柴油机缸套、缸盖、缸垫烧蚀、曲轴箱密封及其他密封失效等也会使外界水蒸气进入形成冷凝水。柴油机的冷却介质有淡水、海水、润滑油和柴油等四种,一般较常用的是淡水直接冷却柴油机,海水再强制冷却淡水。润滑系统和冷却系统虽各自独立,但一般二者的管道是相邻安装的,且他们润滑和冷却的设备都是曲轴箱,一旦阀门未拧紧、水泵密封失效或其他管路密封不好甚至管道破裂,这些淡水或海水就会出现泄漏,极易直接污染润滑管路、油柜或者漏入曲轴箱进而污染润滑油,这就造成了外部淡水污染和海水污染[3]。船舶空压机、液压系统的润滑管路及冷却管路相较柴油机要简单,但同样存在阀门泄漏、管道破裂、密封失效等情况,同样会产生冷凝水污染、外部淡水污染和海水污染。

3船用油水污染检测技术

船用油水污染检测的一个重要目的是通过油品的检测实现机械设备早期故障的预测及故障诊断,所以船用油水污染的检测应分两大步,第一步是检测含水量多少,第二步鉴别水污染类型,为查清污染来源提供参考依据。

3.1船用油水含量检测技术润滑油中的水以游离、乳化、溶解三种形式存在。没有溶入油中的水为游离水;进入油中的水与油经过激烈的搅动混合形成W/O型乳化体,即水在油中以乳化形态存在;进入油中的水既没有成为游离态,也没与油形成乳化态,则水溶解于油中。针对这三种水存在形式的油液,可以采取不同的方法检测水的含量,达到事半功倍的效果。(1)目视法对于游离水、乳化态水一般用肉眼就可以看出含水量大约是多少,所以目视法能够快速地发现油液中是否存在水及其含量大概值。但目视法也存在局限,对于颜色较深、黏度较大的润滑油,游离水、乳化态水目测就不一定能准确发现,所以色浅、黏度小的润滑油适用于目视法[2]。实际工作中船舶液压系统用油一般呈浅红色,游离水、乳化态较明显,适用目视法;但船舶动力系统用油、空压机油一般呈黑色,采用目视法的效率和准确性就不是太高。目视法实际操作方法及含量判定:采用透明取样瓶取样,取样后静置1~2h以上,然后观察样液中是否有游离水或样液已呈乳化态,如果出现游离水或已乳化,则表明油液含水量已在0.1%以上,这对于船用油,尤其是液压油,一般来说是已处于可接受的上限,需要对机械设备或油采取措施了。(2)热板爆响法对于有溶解水的油液或目视法难以明显观察到游离水或乳化态的油液(如船用柴油机油),可以采用热板爆响法,它是一种半定量的现场简易检测方法,适用于在船上现场快速检测水是否存在及其含量,从而快速判断润滑油是否被水污染。热板爆响法原理是:润滑油沸点高于水,将热板温度控制在水沸点之上,油沸点之下,当油滴入热板,油液中的水分迅速汽化形成气泡,当水分含量超过0.1%时,气泡体积会急剧膨胀达1000倍以上,产生爆裂声,而油中的空气泡,加热后其体积膨胀不超过两倍,不产生爆裂声。所以可以根据气泡数量、大小及爆裂声来判断润滑油中是否含水及含量多少。表1为热板爆响法检测水半定量判断依据。表中油滴指铁筷子粗的塑料棒插入油样瓶后拿出自然下滴而形成的油滴。(3)卡尔—费休滴定法卡尔—费休滴定法能够精确测量润滑油中的含水量,是目前广泛使用的水含量检测方法,它分库仑法和容量法,其检测水分含量的原理是一样的。

3.2船用油水污染类型检测技术目视法、热板爆响法及卡尔—费休滴定法等方法能有效定性或定量地检测出含水量多少,但不能鉴别是什么类型的水,特别是船用油,能够有效检测出污染水的类型对排查机械故障至关重要;另外,由于蒸发效应,单纯通过检测含水量多少来检测船用油是否水污染,不一定完全可靠,有时含水量不一定超标,但油液中Na、Mg、Cl等特征元素超标,油液中也可能进水了,所以一般还要检测特征元素来进一步确定水污染的存在及类型。(1)元素检测技术元素检测技术主要有原子发射光谱技术、原子吸收光谱技术及X射线荧光光谱技术。从操作方便性、2018注册送白菜网站性、经济性、日常维护、检测效率等因素综合考虑,原子发射光谱是当前船用油检测比较常用的技术。(2)不同类型水污染船用油特征元素含量船用油污染主要是海水污染、冷凝水污染、外部淡水污染三种类型,它们的特征元素含量[6]是不同的。

4船用油水污染的控制

对船用油水污染的控制就是努力消除一切能够使得水进入润滑油的因素,从而避免船用润滑油发生水污染,可以从机械设备的安装与日常维护、对润滑油本身的处理两方面采取措施,进行水污染控制。(1)从机械设备的安装与日常维护方面可以采取如下措施:①采用封闭式油箱储油,同时在油箱呼吸孔上安装干燥器等干燥设施;②经常检查润滑油系统管道是否有裂痕、各种阀门是否拧紧;③经常检查各密封装置密封性能是否良好,尤其是主机的曲轴箱密封、轴系密封等部位;④定期检查冷却系统的管道、阀门是否有泄漏、密封装置是否良好。(2)从对润滑油本身的处理方面可以采取如下措施:①润滑油从油库运输到船上的过程中要防止装油装置的密封泄漏,尽量不要淋雨或湿度较大的时间运输;②油在船上储存过程中要保持环境处于干燥状态、装油桶密封良好;③加油时间不要与冷却系统加水同时进行,最好二者间隔一段时间再操作;④及时从油箱底部排放油箱中沉积的游离水;⑤定期进行水检测,及时发现水污染,避免大的损失。

5结论

水污染是船用油的一种重要污染,它直接影响船上机械设备的工作状态及运行成本,及时对船用油水分的检测及对水污染进行控制能够有效提高润滑油的换油周期、延长机械设备寿命、节约成本。

参考文献:

[1]汪德涛.润滑技术手册[M].北京:机械工业出版社,2002:297.

[2]周亚斌,马国梁,张继勇.在用润滑油水污染问题研究[J].润滑油,2017,32(2):36-39.

[3]朱建元,胡以怀.船舶柴油机[M].北京:人民交通出版社,2008:196-217.

[4]罗红英,熊仕涛.船舶柴油机使用及维护[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2013:183-194.

[5]杨其明,严新平,贺石中,等.油液监测分析现场实用技术[M].北京:机械工业出版社,2006:108,111,113.

[6]吴善跃,金兰,钱怡.船舶柴油机润滑水污染类型鉴别研究[J].中国修船,2017,30(2):10-14.

作者:刘享明,孙贵芳,王广志 单位:中国人民解放军91315部队

润滑油杂志责任编辑:张雨    阅读:人次

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