船用汽輪機(jī)組油霧危害及其凈化技術(shù)研究

白韜光，王亞鴻，朱曉清，劉曉明

（704研究所，上海 200031）

0 引 言

船用汽輪發(fā)電機(jī)組在工作過程中，機(jī)組產(chǎn)生的油霧不斷散發(fā)到艙室中。而艙室大氣環(huán)境相對封閉，隨著時間的積累，嚴(yán)重影響機(jī)艙工作環(huán)境和船員身心健康。為此對油霧產(chǎn)生的原因、性質(zhì)、組分和危害進(jìn)行了分析，并對各種油霧凈化技術(shù)作了研究，確定了適合船用艙室條件的油霧凈化技術(shù)，產(chǎn)品經(jīng)用戶使用驗證，運(yùn)行良好，完全解決了油霧污染問題。

1 油霧產(chǎn)生的原因

汽輪發(fā)電機(jī)組自帶潤滑系統(tǒng)，潤滑油來自于機(jī)組的油箱。油箱和減速器頂部各有一個冒氣口。油箱冒氣口既能釋放滑油中的空氣，又能確保油箱與大氣相通，使之不至于在機(jī)組的重力回油時，油箱內(nèi)產(chǎn)生正壓，阻礙回油，影響機(jī)組工作。減速器頂部設(shè)置的冒氣口是為了釋放滑油中的空氣。油箱和減速器的冒氣口均不斷有油霧冒出，其中油箱冒氣口油霧氣量較大，油霧冒氣量隨著機(jī)組工作負(fù)荷的提高而增加。

2 油霧性質(zhì)、組分及危害性

2.1 類別

常用潤滑油主要分為礦物潤滑油、合成潤滑油和動植物潤滑油3類。礦物潤滑油主要是石油制品，有機(jī)械油、齒輪油、汽輪機(jī)油、機(jī)床專用油等。本文研究的對象為汽輪機(jī)箱齒輪高速旋轉(zhuǎn)甩油和溫度升高后油氣蒸發(fā)混合油霧。該油品種為 68號汽輪機(jī)潤滑油，是由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等組成的碳?xì)浠衔?。汽輪機(jī)油是在潤滑油的基礎(chǔ)上加少量添加劑所組合而成。

2.2 理化性質(zhì)

汽輪機(jī)油（透平油）主要用于汽輪機(jī)的軸承和減速齒輪箱的潤滑和冷卻。在柴油機(jī)中用來潤滑廢氣渦輪增壓器和調(diào)速器。潤滑油理化指標(biāo)見表1。

表1 潤滑油理化指標(biāo)

2.3 潤滑油安全工作溫度

汽輪機(jī)油閃點(diǎn)一般高于 150℃[1]，68號汽輪機(jī)油閃點(diǎn)為195℃。潤滑油的使用規(guī)定在工作溫度低于閃點(diǎn)20～30℃，經(jīng)調(diào)研，某船汽輪機(jī)箱工作溫度為55℃～75℃，符合安全工作范圍。

2.4 油霧組分

對油霧進(jìn)行組分檢測試驗，試驗用油為汽輪機(jī)油，牌號為L-TSA68，試驗條件是模擬船用實際工況，將汽輪機(jī)油加熱到60℃，對其產(chǎn)生的油霧進(jìn)行組分分析和定型鑒定，測試手段采用氣相色譜/質(zhì)譜/計算機(jī)聯(lián)用儀方法進(jìn)行測定。定量試驗結(jié)果見表2。定性試驗結(jié)果見表3。

表2 定量試驗分析結(jié)果

表3 定型試驗分析結(jié)果

2.5 油霧危害性

由汽輪機(jī)油箱冒出的油霧，不斷散發(fā)到機(jī)艙空氣中，經(jīng)過一定時間的積累，油霧濃度增加，影響機(jī)艙空氣質(zhì)量，對人員的身體健康及執(zhí)行任務(wù)造成一定影響。某船汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)艙油霧污染嚴(yán)重，以致于船員到該機(jī)艙工作時不得不帶上口罩以免吸入油霧。從油霧組分來看，污染源油霧含有 35種有機(jī)物成分和 2種無機(jī)物成分，濃度含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)，且某些污染成分含有較大的毒性，對艙室環(huán)境和船員健康產(chǎn)生極大危害?？梢?，為減少油霧污染環(huán)境，提高艙室空氣質(zhì)量，營造良好空氣環(huán)境，提升船員健康和作戰(zhàn)力，對油霧進(jìn)行凈化處理十分必要。

3 油霧處理技術(shù)

目前，國內(nèi)外對油霧處理技術(shù)主要有：1) 機(jī)械分離技術(shù)；2) 濕式凈化技術(shù)；3) 過濾凈化技術(shù)；4) 活性炭吸附技術(shù)；5) 高壓靜電式凈化技術(shù)[2]。

3.1 機(jī)械分離技術(shù)

油霧從切線方向進(jìn)入，經(jīng)過強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)離心力將油霧粒子拋出，積聚成油珠后，經(jīng)重力下流至底部。該種設(shè)備投資小、運(yùn)行費(fèi)用小、無二次污染、維修管理方便。缺點(diǎn)是阻力大、占地大。

3.2 濕式凈化技術(shù)

油霧粒子通過與噴嘴噴出的水霧、水膜相接觸，經(jīng)過相互的慣性碰撞、滯留、細(xì)微顆粒的擴(kuò)散和相互凝聚等作用，隨水滴流下，從而使油霧離子從氣流中分離出來。該種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、投資小、占地小、運(yùn)行費(fèi)用小、維修管理方便；缺點(diǎn)是阻力大、產(chǎn)生油污水二次污染；凈化效率在85%左右。

3.3 過濾凈化技術(shù)

油霧廢氣首先經(jīng)過一定數(shù)目的金屬格柵阻截大顆粒污染物；然后經(jīng)過纖維墊等濾料后，顆粒物由于被擴(kuò)散、截留而被脫除。通常選用的濾料材料為吸油性能高的高分子復(fù)合材料。該種設(shè)備投資小、運(yùn)行費(fèi)用小、無二次污染、維修管理方便；缺點(diǎn)是阻力大、占地大、需要經(jīng)常更換濾料；凈化效率可達(dá)90%以上。

3.4 活性炭吸附技術(shù)

用粒狀活性炭或活性炭纖維氈吸附油霧中的污染物粒子。此種設(shè)備特點(diǎn)與過濾法凈化設(shè)備相似，但該設(shè)備對油霧異味分子的去除有較好的效果。凈化效率可達(dá)95%。缺點(diǎn)是活性炭容易吸附飽和，更換成本較高。

3.5 高壓靜電式凈化技術(shù)

油霧污染物在通過高壓電場進(jìn)行電離的過程中，油霧粒子在極短的時間內(nèi)因碰撞俘獲氣體離子而導(dǎo)致荷電，受電場力作用向正極集油板運(yùn)動，從而達(dá)到分離效果。其去除機(jī)理與其他方法的區(qū)別在于：分離力是靜電力，直接作用在油霧粒子上，而不是作用在氣流上，因此具有能耗小、阻力小的特點(diǎn)。在美國MIL軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-T-24398[3]和MIL-P-23917[4]中，對高壓靜電式船用油霧處理設(shè)備作出了詳細(xì)的規(guī)定，可見在美國艦船中高壓靜電式油霧處理設(shè)備還是有一定的應(yīng)用。

4 技術(shù)方案的確定

通過對各種油霧處理技術(shù)的對比分析，可以確定：在艙室汽輪發(fā)電機(jī)油霧處理工況中，可采用過濾吸附式和高壓靜電式2種技術(shù)或以這2種技術(shù)為主其他技術(shù)為輔的復(fù)合技術(shù)。對這2種技術(shù)的詳細(xì)分析見表4。

表4 過濾式油霧凈化裝置和靜電式油霧凈化裝置技術(shù)比較

過濾吸附復(fù)合式技術(shù)樣機(jī)試驗表明：各項指標(biāo)均滿足要求，可以解決油霧污染問題。此外，尾氣組分、電磁兼容和船用安全性進(jìn)行了三個方面對比，在船用封閉艙室油霧處理場合下，過濾吸附技術(shù)比高壓靜電技術(shù)更具優(yōu)勢。

過濾吸附式油霧凈化裝置原理（見圖1）及性能指標(biāo)如下：

圖1 過濾吸附式油霧凈化裝置

該產(chǎn)品主要性能：

形式：微負(fù)壓真空抽吸式

處理風(fēng)量：30 m3/h

凈化效率：99.8%

更換周期：100天

空氣噪聲：＜70dB（A）；

結(jié)構(gòu)振動加速度：＜130 dB（A）

維修空間：0.6m

平均修復(fù)時間：MTTR≤2h

5 結(jié) 語

通過對各種凈化技術(shù)的研究，提出了采用過濾吸附式油霧凈化裝置，經(jīng)過試驗，其凈化效果好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，十分適合船用汽輪機(jī)組油霧凈化處理。

[1] 冀和平，等. 防火防爆技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2] 郝吉明，等. 大氣污染控制工程[M]. 北京：高等教育出版社，1989.

[3] 美國軍用標(biāo)準(zhǔn). 船用蒸汽煙霧靜電除塵器[S]. MIl-p-23917-1963.

[4] 美國軍用標(biāo)準(zhǔn). 船用蒸汽煙霧靜電除塵器[S]. MIl-p-23917-1967.