旋轉(zhuǎn)氧彈法測(cè)定汽輪機(jī)油氧化安定性研究

李　嬙，梁曉燕，張杏梅（.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南　50003；.國(guó)能惠民生物發(fā)電有限公司，山東　濱州　5700）

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旋轉(zhuǎn)氧彈法測(cè)定汽輪機(jī)油氧化安定性研究

李嬙1，梁曉燕2，張杏梅1
（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003；2.國(guó)能惠民生物發(fā)電有限公司，山東濱州251700）

摘要：測(cè)定汽輪機(jī)油的氧化安定性雖然不能充分地表示汽輪機(jī)油的使用特性，但可以判斷汽輪機(jī)油在使用過(guò)程中的氧化傾向，從而間接了解精制深度及可能使用的年限，在一定程度上評(píng)定汽輪機(jī)油的使用價(jià)值，具有重要意義。旋轉(zhuǎn)氧彈法是一種快速氧化測(cè)定法，通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)氧彈法測(cè)定潤(rùn)滑油氧化安定性試驗(yàn)的測(cè)試條件，分析影響測(cè)試結(jié)果的因素，通過(guò)添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的T501抗氧化劑，驗(yàn)證T501對(duì)汽輪機(jī)油旋轉(zhuǎn)氧彈值的影響。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)氧彈值；氧化安定性；T501抗氧化劑

0　引言

隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，大容量汽輪機(jī)組日益增多，對(duì)運(yùn)行汽輪機(jī)油的質(zhì)量和性能提出了更高的要求。汽輪機(jī)油俗稱(chēng)透平油，主要用于汽輪機(jī)和相聯(lián)動(dòng)機(jī)組的滑動(dòng)軸承、減速齒輪、調(diào)速器和液壓控制系統(tǒng)的潤(rùn)滑，同時(shí)還有冷卻和調(diào)速作用。根據(jù)汽輪機(jī)油的作用，為確保汽輪機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，汽輪機(jī)油必須具備良好的氧化安定性，適宜的粘度和良好的粘溫性，良好的抗乳化性，良好的防銹防腐性，良好的抗泡性和空氣釋放性。汽輪機(jī)油在長(zhǎng)達(dá)10至15年的使用過(guò)程中，不可避免地發(fā)生一系列氧化、聚合、分解等化學(xué)反應(yīng)，汽輪機(jī)油嚴(yán)重氧化后會(huì)產(chǎn)生大量的酸性物質(zhì)和不溶性油泥，造成設(shè)備卡澀和腐蝕，玷污潤(rùn)滑系統(tǒng)并降低潤(rùn)滑油冷卻器的效率，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常工作。因此，汽輪機(jī)油的氧化安定性是重要的一項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)。

1　潤(rùn)滑油抗氧化劑概述

油品的氧化是一個(gè)自由基鏈反應(yīng)過(guò)程，產(chǎn)生自由基和氫過(guò)氧化物［1］。為提高油品的氧化安定性，通常在油品中加入一定量的抗氧劑，以增加其抗氧化能力，延長(zhǎng)使用壽命。常見(jiàn)的抗氧化劑有屏蔽酚型抗氧劑、芳胺型抗氧劑和苯三唑型抗氧劑。不同類(lèi)型的抗氧劑應(yīng)用于不同的領(lǐng)域；不同類(lèi)型的抗氧劑對(duì)于不同類(lèi)型的基礎(chǔ)油的感受性也不一樣［2］。由于受使用溫度和油溶性的限制，用于石油產(chǎn)品中的抗氧劑數(shù)量還是比較有限的［3］。T501抗氧劑化學(xué)名稱(chēng)為2，6-二叔丁基對(duì)甲酚，屬于屏蔽酚型抗氧劑，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)成熟、應(yīng)用范圍最廣泛的一種抗氧劑，其具有易溶于油、不產(chǎn)生沉淀、不吸潮、不揮發(fā)、無(wú)毒等特點(diǎn)，特別適合在汽輪機(jī)油中使用。

2　潤(rùn)滑油氧化安定性試驗(yàn)方法

評(píng)定油品氧化安定性的方法很多，有烘箱氧化法、加壓表示掃描量熱法（PDSC）、加抑制劑礦物油的氧化特性測(cè)定法（TOST）、多金屬氧化試驗(yàn)法等20余種。

根據(jù)使用的主要氧化儀器設(shè)備和試驗(yàn)條件的不同，我國(guó)潤(rùn)滑油氧化安定性測(cè)試方法大體上可以分為4類(lèi)：旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)法、氧化管試驗(yàn)法、設(shè)備模擬試驗(yàn)法和儀器分析試驗(yàn)法［4］。

2.1旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)法

將試樣、水和銅催化劑線圈放入一個(gè)帶蓋的玻璃盛樣器內(nèi)，置于裝有壓力表的氧彈中。氧彈充入620 kPa壓力的氧氣，放入規(guī)定的恒溫油浴中，以100 r/min的速度與水平面成30°角軸向旋轉(zhuǎn)，試驗(yàn)達(dá)到規(guī)定的壓力降所需的時(shí)間（min）即為試樣的氧化安定性指標(biāo)。試驗(yàn)需要的時(shí)間越少，表示潤(rùn)滑油的抗氧化能力越差。

2.2氧化管試驗(yàn)法

氧化管試驗(yàn)法［4］是指在金屬催化的條件下，向試樣中通入一定流量的空氣或氧氣，在一定溫度下，氧化規(guī)定時(shí)間后，用酸值、粘度、殘?zhí)吭黾又档戎笜?biāo)表征潤(rùn)滑油的氧化程度。在氧化安定性標(biāo)準(zhǔn)中以氧化管試驗(yàn)方法居多，試驗(yàn)溫度一般在90～160℃之間；氧化管試驗(yàn)法的油樣量都較大，為10～1 000 mL （10-100g）；除了SH/T 0123標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法外，都加有不同的金屬催化劑。

2.3設(shè)備模擬試驗(yàn)法

設(shè)備模擬試驗(yàn)法［4］是指將油樣加入到模擬設(shè)備中，模擬不同潤(rùn)滑油實(shí)際工作環(huán)境，在規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)溫度下進(jìn)行熱氧化后，根據(jù)殘留物、漆膜膠重、粘度、總酸值和催化金屬片的變化等指標(biāo)表征潤(rùn)滑油的氧化程度。

2.4儀器分析試驗(yàn)法

儀器分析試驗(yàn)法是利用PDSC、高效液相色譜測(cè)定儀、傅里葉紅外光譜測(cè)定儀和TGA等測(cè)試儀器，加入微量油樣，在程序升溫、規(guī)定時(shí)間和金屬催化的條件下，通過(guò)誘導(dǎo)期或諾亞克參比質(zhì)量損失分?jǐn)?shù)指標(biāo)表征潤(rùn)滑油的氧化程度。儀器分析試驗(yàn)法測(cè)定快速、需要樣品量少［4］。

其中，傅立葉紅外光譜法是根據(jù)不同物質(zhì)會(huì)有選擇性的吸收紅外光區(qū)的電磁輻射來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、對(duì)各種吸收紅外光的化合物的定量和定性分析的一種方法，具有特征性強(qiáng)、測(cè)定快速、不破壞試樣、試樣用量少、操作簡(jiǎn)便、分析靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)。紅外分析發(fā)現(xiàn)相對(duì)于胺型抗氧劑，酚型抗氧劑消耗得更快［5］，通過(guò)傅立葉紅外光譜法能快速有效的檢測(cè)汽輪機(jī)油中T501抗氧化劑的消耗情況，從而分析油品的氧化狀況。

3　試驗(yàn)分析

2012年6月，國(guó)家汽輪機(jī)油新標(biāo)準(zhǔn)GB 11120—2011正式實(shí)施［6］，規(guī)定采用SH/T 0193—2008方法在150℃下對(duì)油品進(jìn)行出廠檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)。然而旋轉(zhuǎn)氧彈法注重油品的氧化壽命，對(duì)氧化衰減過(guò)程中抗氧劑的消耗情況未作測(cè)定［7］。與旋轉(zhuǎn)氧彈法相比，通過(guò)傅立葉紅外光譜法測(cè)定油中抗氧劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)方便快捷，故對(duì)旋轉(zhuǎn)氧彈法測(cè)定油品的氧化安定性的影響因素和汽輪機(jī)油中T501抗氧化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)氧彈值的影響分別進(jìn)行了研究。

3.1試驗(yàn)條件的改變對(duì)旋轉(zhuǎn)氧彈值的影響

旋轉(zhuǎn)氧彈法測(cè)定潤(rùn)滑油氧化安定性，試驗(yàn)所用銅絲的純度和質(zhì)量以及氧彈的充氣壓力對(duì)測(cè)試結(jié)果影響很大。銅絲的純度和氧氣的純度可購(gòu)買(mǎi)到符合要求的產(chǎn)品，所以針對(duì)銅絲的質(zhì)量和充氣壓力的變化使用同一個(gè)氧彈對(duì)1到4號(hào)樣品分別進(jìn)行了6次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

SH/T 0193—2008潤(rùn)滑油氧化安定性的測(cè)定旋轉(zhuǎn)氧彈法中規(guī)定，銅絲長(zhǎng)度3 m，重量（55．6±0．3）g；氧彈的充氣壓力為620 kPa，較難控制。

重復(fù)性計(jì)算公式：

r=0．12X（1）式中：r為重復(fù)性；X為重復(fù)測(cè)定結(jié)果的算術(shù)平均值，min。

判定方法為：同一操作者，用同一儀器對(duì)同一樣品進(jìn)行測(cè)定，所得連續(xù)測(cè)定結(jié)果之差d，對(duì)于汽輪機(jī)油，不應(yīng)超過(guò)r值，重復(fù)性驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表2，表中d1～d5依次為第1次到第6次的連續(xù)測(cè)定結(jié)果之差。

從表1和表2中數(shù)據(jù)可看出，使用相同的氧彈測(cè)定同一個(gè)樣品在銅絲重量為50～60 g之間，充氣壓力為620～640 kPa之間，對(duì)測(cè)試結(jié)果影響不大，連續(xù)測(cè)定結(jié)果d均不超過(guò)r，完全滿足方法的重復(fù)性要求。

表1　不同質(zhì)量的銅絲及充氣壓力對(duì)旋轉(zhuǎn)氧彈值的檢測(cè)數(shù)據(jù)

表2　重復(fù)性驗(yàn)證表

3.2T501抗氧化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)氧彈值的影響

為了提高油品的抗氧化安定性，一般會(huì)在油品調(diào)和時(shí)加入T501抗氧劑，新油中添加量控制在0．3%～0．5%，運(yùn)行油中T501抗氧化劑量應(yīng)大于0．15%，當(dāng)?shù)陀诖速|(zhì)量分?jǐn)?shù)，就應(yīng)補(bǔ)加，否則將降低油品的運(yùn)行壽命。由此可見(jiàn)T501抗氧化劑對(duì)提高油品抗氧化安定性的重要性。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)是在不含任何添加劑的基礎(chǔ)油中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的T501抗氧化劑，油品的旋轉(zhuǎn)氧彈值的變化情況。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，T501抗氧化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與旋轉(zhuǎn)氧彈值的關(guān)系見(jiàn)圖1。

表3　不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)T501抗氧化劑的油品旋轉(zhuǎn)氧彈值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1　 T501抗氧化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與旋轉(zhuǎn)氧彈值的關(guān)系

從表3和圖1中可見(jiàn)，隨著T501質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，油品的旋轉(zhuǎn)氧彈值增加，且呈線性關(guān)系。旋轉(zhuǎn)氧彈值100 min時(shí)，T501質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約在0．15%左右。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的運(yùn)行油中T501質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不低于0．15%，油品的旋轉(zhuǎn)氧彈值在100 min以上時(shí)，可確保油品的氧化安定性。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)研究，可以得出在旋轉(zhuǎn)氧彈實(shí)驗(yàn)中，銅絲重量為50～60 g之間，充氣壓力為620～640 kPa之間，對(duì)測(cè)試結(jié)果影響不大，能夠完全滿足方法的重復(fù)性要求；在T501含量未飽和的前提下，隨著T501質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，油品的旋轉(zhuǎn)氧彈值呈近似線性關(guān)系增加，且油品中T501質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．15%時(shí)，旋轉(zhuǎn)氧彈值大約在100 min，運(yùn)行油的旋轉(zhuǎn)氧彈值應(yīng)大于100 min，以保證油品的氧化安定性。

參考文獻(xiàn)

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Lubricating Oil Determ ination w ith Oxidation Stability Rotating Pressure Vessel M ethod

LI Qiang1，LIANG Xiaoyan2，ZHANG Xingmei1
（1．State Grid Shandong Electric Power Reaserch Institute，Jinan 250003，China；
2．Guoneng Huimin Bio-Power Co．，Ltd．，Binzhou 251700，China）

Abstract:Although determination of the oxidation stability of lubricating oil can not fully demonstrate characteristics of the lubricating oil，it can be used to judge the oxidation tendency of lubricating oil in use and thereby indirectly helps us to know refined depth and possible use of life，and so to certain extent it has significance in evaluating the use value of the lubricating oil．Rotating oxygen bomb method is a fast oxidation method．By changing the test conditions of lubricating oil determination with oxidation stability rotating pressure vessel method，the influencing factors of test results are analyzed．By adjusting the content of antioxidant T501，validation is done of the effect of T501 antioxidant on the date of an oil rotary oxygen bomb．

Key words:rotary oxygen bomb value；oxidation stability；T501 antioxidant

中圖分類(lèi)號(hào)：TE626．3+6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-9904（2016）02-0062-04

收稿日期：2015-10-06

作者簡(jiǎn)介：

李嬙（1991），女，從事電力用油油務(wù)分析工作；梁曉燕（1987），女，從事電力用油油務(wù)分析工作；張杏梅（1965），女，高級(jí)工程師，從事電力用油油務(wù)分析工作。