0 引言

汽轮机油（又称涡轮机油，本文简称机油）广泛应用于舰船蒸汽动力系统润滑、冷却和调速。由于舰船舱室空间狭小，机油挥发分解可能严重影响舱室空气品质^[1]。以美国为代表的发达国家在满足设备系统使用性能的基础上，结合舱室空气污染实测，对机油制订了明确的环保指标和添加剂使用标准^[2]。

几十年来，随着舰船设计、建造和使用水平的不断提高，为控制舰船舱室空气污染，我国开展了一些研究工作，如制定舱室空气组分容许浓度限值标准^[3-4]，组织舱室空气组分定性定量实测^[5-7]，加强舱室非金属材料选用控制^[8]和污染传播特性研究^[9]等，取得了显著效果。但是，其中针对机油污染释放的研究相对较为薄弱，未开展实际舰船环境下的机油散发挥发性有机化合物（VOCs）分析，也未在国家标准中明确毒性和环保要求^[10-11]。

本文采用环境监测领域广泛应用的Tenax-TA吸附管，通过实验室热脱附-气相色谱-质谱联用仪（ATD-GC/MS），分析某中型蒸汽动力舰船航行期间机油散发VOCs的组成特征，可为舰船舱室空气治理提供指导。

1 试验部分 1.1 主要试验仪器和材料

仪器设备：安捷伦6850+5975气相色谱-质谱联用仪，Marks TD100自动热脱附，QC-2型大气采样器、皂膜流量计等。

色谱柱：毛细管色谱柱60 m×0.32 mm×1.80 μm，DB-624。

采样管：Tenax-TA采样管，60-80目Tenax TA填料。

标准样品：苯系物，2, 6-二叔丁基苯酚（DTBP），甲基萘等。

1.2 试验条件

色谱柱升温程序：预热至45 ℃并保持5.0 min，以4 ℃/min的速率上升到250.0 ℃并保持5 min。

进样分流比：10:1；

载气：氦气。

质谱扫描质量数范围：50~550 m/z。

1.3 试验方法 1.3.1 样品采集和前处理

双样采集，样品采样速率为150 mL/min，采样时间为10 min，采样体积为1.5 L。采样前后利用流量计对采样流量进行校准，并记录采样期间环境温度和大气压力。采样完毕后，将样品密封保存，返回实验室分析。

1.3.2 定性定量分析

采用标准质谱库（NIST08）检索对样品中的VOC组分进行定性分析。

参照美国国家环保局（US EPA）推荐的TO-1方法对样品中的VOC进行外标定量分析。

2 结果与讨论

某中型舰船蒸汽动力系统采用双独立设计，使用68号L-TSA汽轮机油。海上正常航行期间（舱室通风、空调系统正常运行），对蒸汽动力系统典型机油散发口（汽轮发电机组、汽轮给水泵冒气口）进行采样，并采集舱室背景环境作为对照。

2.1 污染物组成

图 1为蒸汽动力系统典型冒气口和舱室环境采样样品的总离子流色谱图。

从图 1中可看出：

1）环境中存在大量污染物组分，如苯系物等。

2）冒气口存在的高浓度污染物在环境中均有检出，且冒气口浓度普遍高于环境浓度。

2.2 污染物浓度 2.2.1 标准曲线

甲苯定量标准曲线如图 2所示。

参考NIST谱库定性，对样品中可能存在的高浓度物质进行定量，典型定量物质的保留时间和标准曲线见表 1。

2.2.2 结果分析

典型冒气口和环境检出的污染物总量（TVOC）如图 3所示。结果表明：

1）同类型冒气口的污染物总量基本一致，但不同类型冒气口之间存在较大差异，如汽轮发电机组冒气口浓度为汽轮给水泵冒气口的近5倍，最高达16.1 mg/m³。

2）冒气口污染物总量显著高于舱室环境浓度（0.83 mg/m³），为环境污染物的主要来源之一。

2.2.3 典型污染物浓度

样品中的典型污染物浓度及其比例见表 2。结果表明：

1）除三氯乙烯外，冒气口的典型污染物浓度普遍高于舱室环境，但均未超过标准限值^[3]。

2）冒气口污染物中浓度最高的为DTBP，平均占污染物总量的25%；第2高的为甲基萘（含1-甲基萘和2-甲基萘两种同分异构体），平均占污染物总量的17%。

3）DTBP和甲基萘占环境污染物总量的12%，远低于冒气口组分比例，考虑除通风外，环境中无针对性的污染物净化手段，因此，这可能是物质在环境中发生二次反应转化，或在环境中存在高浓度的其他组分散发，DTBP和甲基萘所占比例被相对稀释。

2.3 讨论

机油散发口检出的污染物中，甲基萘为基础油的组要成分，在舰船舱室环境中多次定性检出，但未见定量研究报导；DTBP为机油抗氧化剂的主要成分之一，在某些条件（如通过静电除尘设备）下会反应生成对人员健康存在较大危害的2, 6-二叔丁基-4-硝基苯酚（DBNP），美国已禁止在军用机油中添加^{[2, 12]}。

目前，DTBP未在我国重点关注的舰船舱室空气组分清单中，前期开展的舰船舱室空气组分定量检测中也均未开展定量检测，后续研究中应加强对该类物质的关注。

3 结语

研究表明，我国蒸汽动力舰船机油散发为舱室环境污染的主要来源之一。在进行舰船舱室空气治理时，应加强源头控制，开展蒸汽动力系统机油品质改进和系统优化设计，如减少对人员健康危害大的挥发性添加剂使用，控制释放总量等。