Ảnh hưởng của các quy định lên việc lựa chọn dầu xy lanh (Phần III)

Ở phần cuối này, chúng ta sẽ đi sâu hơn về dầu xy lanh và tác động của nó lên hoạt động của tàu

IV. ẢNH HƯỞNG ĐẾN DẦU BÔI TRƠN XY LANH
Không sử dụng đúng dầu bôi trơn xy lanh trong động cơ hai kỳ với mức cấp dầu tối ưu sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tài chính đối với các nhà khai thác tàu:

1. Dầu bôi trơn xy lanh là sản phẩm sử dụng một lần. Nếu mức cấp dầu không tối ưu thì có thể gây tốn kém và tiêu thụ dầu không cần thiết.
Nhiều tàu đặt mức cấp dầu xy lanh cao hơn so với mức cần thiết khoảng 50% hoặc hơn, nghĩa là có một lượng đáng kể dầu xy lanh bị lãng phí mỗi năm do sự bôi trơn quá mức này. Với tàu lớn, bôi trơn quá mức có thể gây tốn chi phí thêm 100,000$ một năm

2. Sử dụng dầu bôi trơn không đúng và không phù hợp với nhiên liệu có thể gây hậu quả nghiêm trọng cho máy như mài mòn các chi tiết động cơ quá mức.
Và có thể rút ngắn tuổi thọ chi tiết động cơ và chi phí thay thế tốn kém do động cơ có khả năng hư hỏng nghiêm trọng.
Để duy trì trong một thị trường cạnh tranh đầy thách thức, các nhà khai thác tàu sử dụng đúng dầu bôi trơn cũng như tối ưu hóa lượng dầu sử dụng cho mỗi tàu.

4.1 Ảnh hưởng của Quy định SOx đối với Dầu bôi trơn
4.1.1 Hoạt động với Nhiên liệu hàng hải truyền thống
Trong quá trình đốt cháy, lưu huỳnh trong nhiên liệu sẽ bị oxy hóa và tạo thành SOx (sulphur dioxide SO2 và sulphur trioxide SO3).
Các hợp chất SOx phản ứng với nước được sinh ra từ sự đốt cháy tạo thành axit sunfurous và axit sunfuric.
Các hợp chất ăn mòn này, nếu không được trung hòa sẽ ăn mòn thành sơmi xy lanh. Vì một trong những chức năng chính của dầu bôi trơn xy lanh là hoạt động như một chất trung hòa.

Trị số BN (trị số kiềm) của dầu bôi trơn đại diện cho “khả năng trung hòa” của dầu bôi trơn.

Trị số kiềm (BN) là gì?
Trị số BN thường được gọi là “độ kiềm” hay “base” của dầu nhờn, nhưng nó thật sự là lượng axit, được biểu thị dưới dạng số lượng milligrams tương đương của kiềm kali hydroxit, đó là lượng cần thiết để trung hòa tất cả các phân tử kiềm có trong một gram mẫu.
Nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh càng cao thì sự tạo thành các hợp chất axit càng cao và trị số BN của dầu cao hơn là cần thiết để trung hòa hiệu quả.

Vì vậy, sự cân bằng là cần thiết. Trị số BN của dầu bôi trơn phải phù hợp với hàm lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu đốt.

Rủi ro là gì?
Trị số BN quá thấp? Sản phẩm phụ sunfuric gây ăn mòn trong quá trình đốt cháy còn sót lại không được trung hòa. Điều này gây ra sự ăn mòn quá mức cho sơ mi xy lanh dẫn đến kim loại tiếp xúc kim loại và gây cà mòn khi mất đi sự bôi trơn của dầu.
Trị số BN quá cao? Có độ kiềm cao (canxi cacbonat, CaCO3) hơn so với yêu cầu sẽ tạo thành cặn cứng. Cặn này có thể đóng cứng trên đỉnh piston, và có thể dẫn đến việc đánh bóng bề mặt sơ mi xy lanh cũng như tạo cặn tro ở buồng đốt, supap xả và tuabin tăng áp. Một lần nữa, mất sự bôi trơn của dầu dẫn đến việc kim loại tiếp xúc kim loại và gây mài mòn dính.

Dầu nhiên liệu nặng (với hàm lượng lưu huỳnh tối đa 3.5%)
Khuyến nghị:
• Đối với các động cơ thế hệ mới hơn tuân thủ NOX Cấp II và các động cơ trước đó với sự điều chỉnh để hoạt động dưới điều kiện tải thấp, OEMs khuyến nghị sử dụng dầu xy lanh có hàm lượng 100BN.

• Đối với các động cơ cũ hơn và không hoạt động dưới những điều kiện ăn mòn lạnh thì tiêu chuẩn là dầu có BN70.

Hỗn hợp chưng cất/ hỗn hợp HFO (với hàm lượng lưu huỳnh tối đa 0.5%)
Khuyến nghị: Các dầu xy lanh 25 - 40BN cho các động cơ hai kỳ. Cần chú ý đến sự theo dõi và kiểm soát mức cấp dầu một cách thận trọng.

Nhiên liệu chưng cất và Dầu khí hàng hải (với hàm lượng lưu huỳnh tối đa 0.1%)
Khuyến nghị: Dầu xy lanh hàm lượng BN thấp (~25BN) cho các động cơ hai kỳ.

4.1.2 Sự chuyển đổi nhiên liệu
Do trị số BN của dầu bôi trơn cần phải phù hợp với hàm lượng lưu huỳnh của nhiên liệu và điều kiện hoạt động của động cơ, nên việc chuyển đổi giữa các nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh khác nhau sẽ gây ra sự không phù hợp.

Rủi ro là gì?
Rủi ro sẽ phụ thuộc vào khoảng thời gian mà tàu hoạt động với dầu bôi trơn có hàm lượng lưu huỳnh không phù hợp trong nhiên liệu.

Khuyến nghị: Kể từ khi giới thiệu chuyển đổi giữa các nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh khác nhau, đã không có “ thời kỳ an toàn” nào được thiết lập bởi OEMs. Các tàu được phát hiện có nguy cơ đặc biệt khi rời khỏi ECAs.

Vì vậy lời khuyên là chuyển đổi dầu bôi trơn khi chuyển đổi nhiên liệu, luôn phải cẩn thận cân chỉnh thời gian thay đổi nhiên liệu với thay đổi dầu bôi trơn.

4.1.3 Hoạt động với nhiên liệu thay thế (như LNG, methanol, ethane và LPG)
Đối với hoạt động nhiên liệu kép, hai loại nhiên liệu rất khác nhau được sử dụng thay thế cho nhau.

Khuyến nghị: Các nhà khai thác có thể chuyển đổi giữa hai loại dầu bôi trơn xy lanh – một loại cho hoạt động với khí, một loại cho hoạt động với nhiên liệu lỏng.

Ngoài ra, phụ thuộc vào quá trình hoạt động chủ yếu của tàu, có thể sử dụng một loại dầu bôi trơn duy nhất cho các động cơ nhiên liệu kép của tàu được thiết kế phù hợp với điều kiện hoạt động chính.

4.2 Ảnh hưởng của Qui định NOx & EEDI đối với Dầu bôi trơn
4.2.1 Quy định NOx Cấp II & EDDI
Quy định NOx Cấp II (kết hợp với nguyên tắc Chỉ số Thiết kế Hiệu quả Năng lượng) đã dẫn tới việc phát triển các loại động mới để đáp ứng yêu cầu.

Bằng cách kéo dài hành trình piston, các thiết kế động cơ mới hơn này giúp cải thiện được sự tiêu thụ dầu nhiên liệu.

Rủi ro là gì?
Để đạt được điều này cần tăng các xy lanh hoạt động dưới áp suất cháy cao nhất và giảm nhiệt độ hoạt động.

Từ đó tạo ra các điều kiện dưới điểm sương, có nghĩa là nước có thể ngưng tụ trên thành sơ mi xy lanh dẫn đến sự tạo thành axit sunfuric đáng kể khi so với những thiết kế động cơ truyền thống.

Nếu axit sunfuric quá mức không được trung hòa bởi dầu bôi trơn xy lanh, sẽ đẩy nhanh sự mài mòn sơ mi xy lanh. Hiện tượng này được gọi là sự ăn mòn lạnh.

Khuyến nghị:
Trước tiên, nếu nghi ngờ bị ăn mòn lạnh, quan trọng nhất là xác định vấn đề nghiêm trọng như thế nào. Các nhà sản xuất OEM khuyến cáo rằng phải hoàn thành việc giám sát dầu ở khoang gió quét để nắm được những gì đang xảy ra trong động cơ.

MAN Diesel khuyến cáo sử dụng ‘Sweep Test’ và Wärtsilä khuyến nghị dùng ‘Quick Test’.

Các thử nghiệm này phải được thực hiện như một phần của chương trình giám sát tình trạng đã được thiết lập. Các thử nghiệm giúp đảm bảo biết rõ hiệu suất của động cơ vì thế mức cấp dầu có thể được cài đặt phù hợp, và các thử nghiệm này phải được lặp lại bất cứ khi nào thông số thay đổi, chẳng hạn như sử dụng nhiên liệu mới.

Điều này không chỉ giúp chọn đúng loại dầu xy lanh mà còn cho biết mức cấp dầu tối ưu phù hợp với động cơ, điều kiện hoạt động và dầu xy lanh khi sử dụng.

4.2.2 Sự Giám khí NOx Cấp III
Sự ảnh hưởng lên dầu bôi trơn xy lanh sẽ phụ thuộc vào công nghệ giảm thiểu khí NOx đến mức phù hợp:

Công nghệ giảm chất xúc tác có lựa chọn SCR (Selective Catalytic Reduction)
SCR là kỹ thuật sau đốt cháy. Việc lựa chọn dầu bôi trơn xy lanh nên dựa trên sự phù hợp giữa trị số BN của dầu bôi trơn với hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu của nhiên liệu hàng hải được sử dụng. Ảnh hưởng có thể có của sự ăn mòn lạnh cũng phải được xem xét.

Những cân nhắc cụ thể đối với công nghệ SCR:

• Các chất phụ gia của dầu bôi trơn xy lanh có thể ảnh hưởng đến hiệu suất lâu dài của các chất xúc tác SCR, vì vậy sự thích hợp của dầu bôi trơn xy lanh phù hợp với công nghệ này là yếu tố chính để cân nhắc.

• Nên sử dụng dầu bôi trơn xy lanh có tro sunfat thấp nhằm tăng tuổi thọ cho cả hệ thống SCR và các bộ lọc muội than có liên quan.

Công nghệ tuần hoàn khí thải
Các động cơ mới hơn hiện nay có thể tích hợp công nghệ EGR, hoạt động bằng cách lọc, làm mát và tuần hoàn lại một phần khí thải vào trong buồng đốt. Khí được lọc có hàm lượng oxy thấp hơn, dẫn đến nhiệt độ đốt đỉnh giảm và làm giảm sự tạo thành NOx.

4.3 Ảnh hưởng của động cơ thế hệ mới và Quy trình hoạt động thay đổi lên Dầu nhờn
Để tuân thủ những quy định NOx Cấp II, đã có những động cơ thế hệ mới. Quy trình hoạt động của động cơ cũng đang thay đổi theo hướng tăng hoạt động tải thấp và hoạt động một phần tải.

Rủi ro là gì?
Các động cơ thế hệ mới đặc biệt dễ bị vấn đề ăn mòn lạnh (xem mục 4.2).

Sự ăn mòn lạnh là một vấn đề phải cân nhắc, và có thể nghiêm trọng hơn khi tàu hoạt động ở tải thấp trong khoảng thời gian dài vì vậy động cơ hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn trong tình trạng này.

Khuyến nghị: Các khuyến nghị của các OEM sẽ khác nhau và phải tham khảo ý kiến của OEM về từng loại động cơ cụ thể để lựa chọn dầu bôi trơn tối ưu dưới các điều kiện tải khác nhau, dù vậy OEM luôn khuyến nghị có một chương trình giám sát dầu xy lanh ở khoang gió quét.

Ở những động cơ mới hơn một số thay đổi về thiết kế đang được thực hiện bao gồm thay đổi hệ thống làm mát sơ mi xy lanh (liner) và điểm phun dầu xy lanh để khắc phục vấn đề ăn mòn lạnh.

Đời động cơ, sửa đổi động cơ, tải động cơ và hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu phải được tính đến khi lựa chọn dầu bôi trơn xy lanh.

V. TƯƠNG LAI
Khi luật pháp về khí thải liên quan đến nhiên liệu từ các nhà khai thác tàu tiếp tục phát triển, cùng với việc thúc đẩy hiệu suất, thì vai trò của dầu bôi trơn xy lanh và yêu cầu phải hoạt động dưới các điều kiện động cơ khác nhau sẽ dần đối mặt với nhiều thách thức hơn.

Việc dự kiến giảm hàm lượng lưu huỳnh toàn cầu vào năm 2020 hoặc năm 2025 sẽ tác động đến việc sử dụng nhiên liệu hàng hải trong đội tàu toàn cầu và điều này có nghĩa là các nhà khai thác tàu sẽ cần xem xét lại các dầu bôi trơn xy lanh sử dụng trên tàu dựa theo cơ sở của từng tàu .

Ngoài ra, nhu cầu về một chương trình giám sát nhằm đảm bảo sự an toàn và hoạt động hiệu quả của động cơ sẽ ngày càng trở nên quan trọng. Do đó các nhà khai thác tàu và các chủ tàu sẽ không chỉ lựa chọn dầu bôi trơn phù hợp nhất cho nhu cầu của họ, mà còn chọn nhà cung cấp đáp ứng các yêu cầu vận hành và có thể cung cấp mức độ hỗ trợ toàn cầu tốt cho đội tàu của họ.

Báo cáo này được thực hiện bởi Fathom Maritime Intelligence cùng với ExxonMobil