汽輪機(jī)油劣化原因分析及處理

劉金英

摘要：汽輪機(jī)油通常包括蒸汽輪機(jī)油、燃?xì)廨啓C(jī)油，水力汽輪機(jī)油及抗氧汽輪機(jī)油等，主要用于汽輪機(jī)油和相聯(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。汽輪機(jī)油的作用主要是潤(rùn)滑作用，冷卻作用和調(diào)速作用。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。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)油;油品劣化;吸附劑;添加劑

天津大港發(fā)電廠2號(hào)汽輪機(jī)用油為32號(hào)汽輪機(jī)油，主油箱容量約為24噸，在2016年09月28日的定期監(jiān)督中發(fā)現(xiàn)2號(hào)汽輪機(jī)油酸值達(dá)到0.246mg/L，已接近導(dǎo)則注意值，表明油品劣化程度逐漸加重。

酸值是反映汽輪機(jī)油劣化變質(zhì)程度的一項(xiàng)重要化學(xué)指標(biāo)，酸值升高說(shuō)明汽輪機(jī)油發(fā)生了劣化，產(chǎn)生了酸性物質(zhì)，酸值越高，其劣化的速度也就越快。油中劣化生成的酸性產(chǎn)物不僅會(huì)降低油品的潤(rùn)滑性能，而且還嚴(yán)重腐蝕設(shè)備金屬部件等。潤(rùn)滑油嚴(yán)重劣化時(shí)會(huì)生成油泥沉淀等，造成調(diào)速系統(tǒng)卡澀，伺服閥、油動(dòng)機(jī)等設(shè)備動(dòng)作失靈，嚴(yán)重威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。為此我們對(duì)汽輪機(jī)油及時(shí)進(jìn)行分析，查找油質(zhì)劣化的原因，以便采取相應(yīng)處理措施，避免造成油質(zhì)嚴(yán)重劣化換油而帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失。

1油質(zhì)評(píng)估

為了解2號(hào)汽輪機(jī)油的油質(zhì)狀況，對(duì)汽輪機(jī)油進(jìn)行了油質(zhì)全分析試驗(yàn)，分析結(jié)果如下：

油樣外觀透明;無(wú)機(jī)械雜質(zhì);運(yùn)動(dòng)粘度（40℃）31.19mm²/s，開(kāi)口閃點(diǎn)220℃;酸值0.246mg/g;液相銹蝕為無(wú)銹;水分21.9mg/L;破乳化度（54℃）/19.6min;旋轉(zhuǎn)氧彈（150℃/64min）;T501抗氧化劑含量0.066%。

依據(jù)GB/T7596—2017《電廠運(yùn)行中礦物渦輪機(jī)油質(zhì)量》，大港發(fā)電廠2號(hào)汽輪機(jī)油外觀、運(yùn)動(dòng)粘度、開(kāi)口閃點(diǎn)、機(jī)械雜質(zhì)、液相銹蝕、水分、破乳化度、符合運(yùn)行油標(biāo)準(zhǔn)要求。酸值為0.246mg/L已呈現(xiàn)于偏高趨勢(shì)，油的酸值升高是因?yàn)橛推纷陨砹踊鸬?，另?號(hào)汽輪機(jī)油的旋轉(zhuǎn)氧彈值64min，已臨近于SH/T0636-2013《L-TSA汽輪機(jī)油換油指標(biāo)》中的規(guī)定值。（標(biāo)準(zhǔn)指出旋轉(zhuǎn)氧彈值小于60min時(shí)需采取措施處理或更換新油），以上數(shù)據(jù)表明2號(hào)汽輪機(jī)油運(yùn)行中油質(zhì)劣化，抗氧化性能差。

2劣化原因分析

2.1受熱和氧化變質(zhì)。

汽輪機(jī)油的劣化主要是油在運(yùn)行中熱氧化所導(dǎo)致，氧是使汽輪機(jī)油發(fā)生劣化的化學(xué)反應(yīng)的根源，油中溶有空氣，特別是在高溫下，會(huì)加速油的氧化變質(zhì)，一般來(lái)說(shuō)，油溫超過(guò)60℃以后，溫度每增加10℃，油的氧化速度將增加一倍。因其油品氧化而產(chǎn)生的環(huán)烷酸皂、膠體等物質(zhì)都是乳化劑，使油更容易劣化。

2.2雜質(zhì)和水分的影響。

運(yùn)行汽輪機(jī)油由于吸潮、軸封漏氣等原因使油中存在一定量的水分，而系統(tǒng)磨損產(chǎn)生的金屬顆粒、系統(tǒng)管道銹蝕產(chǎn)生的鐵銹以及空氣中的灰塵侵入都會(huì)使油中存在一定量的顆粒雜質(zhì)。油中的水分和顆粒雜質(zhì)不僅對(duì)油的氧化有著催化加速作用而且使油中產(chǎn)生泡沫、聚集油泥產(chǎn)生油垢，影響油中空氣的分離，會(huì)進(jìn)一步促使油氧化，形成惡性循環(huán)。因此運(yùn)行中要經(jīng)常對(duì)油進(jìn)行過(guò)濾，將油中水分和雜質(zhì)及時(shí)清除，如濾油不及時(shí)，久而久之，酸值增大。嚴(yán)重影響汽輪機(jī)油的使用壽命。

2.3油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。

油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免系統(tǒng)中存在過(guò)熱點(diǎn)，局部過(guò)熱對(duì)于運(yùn)行油的氧化變質(zhì)尤為顯著，嚴(yán)重時(shí)甚至引起油的碳化結(jié)焦，如果運(yùn)行中油質(zhì)劣化，遇到顏色異常變深，就需要查找油系統(tǒng)是否存在過(guò)熱點(diǎn)。

2.4油品的化學(xué)組成、添加劑。

雖然導(dǎo)致運(yùn)行汽輪機(jī)油變質(zhì)的外界因素很多，但油品的化學(xué)組成是決定油品性能的關(guān)鍵因素，潤(rùn)滑油的主要成分是烴類化合物，一般采用添加抗氧化劑來(lái)改善油品的抗氧化性，旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)是評(píng)估油品氧化安定性較為理想的方法，實(shí)踐證明，旋轉(zhuǎn)氧彈值和運(yùn)行時(shí)間有著密切的關(guān)系。

2.5輻射的影響。

光的照射特別是紫外光能引起油中自由基的生成，加快油的氧化速度，引起油的顏色加深，酸值增大。

2.6綜上分析，2號(hào)汽輪機(jī)油旋轉(zhuǎn)氧彈值64min，已臨近于導(dǎo)致規(guī)定值，T501抗氧化劑含量很低，因此油的抗劣化性能很差，酸值增大。

3解決方法

3.1汽輪機(jī)油酸值升高，油質(zhì)老化明顯，油品氧化生成酸性物質(zhì)較多，如環(huán)烷酸皂、瀝青質(zhì)酸、膠體、油泥等，這些等物質(zhì)都是乳化劑，很難采用一般方法將其酸性組分去除，使酸值合格。為此我們采用極性吸附再生方法處理，以使其各項(xiàng)指標(biāo)合格。

3.2極性吸附劑的原理

吸附劑對(duì)不同分子的吸附力是一種電性力，它是由位于固體表面上的原子產(chǎn)生的。因?yàn)楣腆w表面上的原子只受到內(nèi)部各方向的原子的吸引，所以對(duì)空間這一面有剩余的力場(chǎng)。當(dāng)極性分子運(yùn)動(dòng)到吸附劑表面附近時(shí)，極性分子的偶極矩就會(huì)與吸附劑表面上的原子互相吸引，使極性分子被選擇性地吸附在吸附劑表面上。有機(jī)化合物中的含硫、氧、氮的基團(tuán)，都是具有偶極矩的極性基團(tuán)，含有這些基團(tuán)的極性分子會(huì)被優(yōu)先從油中吸附出來(lái)。劣化油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、有機(jī)酸、有機(jī)酸鹽和氮化合物都是極性較強(qiáng)的分子，能優(yōu)先吸附;有些硫化合物的極性較弱，它們與具有誘導(dǎo)偶極的芳香烴極性相近，它們又比飽和烴優(yōu)先吸附。溫度對(duì)吸附有很大的影響，溫度升高會(huì)增加分子的動(dòng)能，使分子較易擺脫吸附劑表面吸附力的控制。因此，如達(dá)到吸附平衡時(shí)，升高溫度會(huì)減少吸附量。但在廢油再生時(shí)，由于潤(rùn)滑油餾分的勃度較大，因此極性分子的擴(kuò)散速度是比較慢的，需較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到吸附平衡;而在一般吸附精制的條件下只能有較短的時(shí)間，達(dá)不到平衡。因此，為了達(dá)到一定程度的吸附，需要加快擴(kuò)散速度，而升高溫度會(huì)明顯降低油的勃度而加快擴(kuò)散速度。因而我們?cè)谖骄茣r(shí)要加溫，而且廢油的勃度越大，溫度也要越高。

3.3在線極性吸附再生處理

將2號(hào)汽輪機(jī)油進(jìn)行在線極性吸附再生凈化處理，此在線再生凈化裝置設(shè)備包括再生除膠器、粗濾器、精濾器、供油泵等部件。再生器由兩臺(tái)并聯(lián)組成，每個(gè)再生器內(nèi)各裝有7支再生除膠濾芯，流量：6m³/h，主要靠裝于再生除膠濾芯內(nèi)的吸附劑將油中劣化產(chǎn)物（如乳化物、膠質(zhì)、油泥和酸性產(chǎn)物等）除去，從而達(dá)到去除油泥、降低酸值、提高破乳化度的作用。過(guò)濾部件包括粗濾器及精濾器。粗濾器內(nèi)裝有18支線隙式濾芯，過(guò)濾精度為5μm，其納污容量大，可以去除油中大量機(jī)械雜質(zhì);精濾器內(nèi)裝有1支精密濾芯，過(guò)濾精度為3μm。采用粗濾器與精濾器組合使用，可以充分保證再生后油的清潔度。采用高效吸附劑填充的再生除膠濾芯和精密顆粒過(guò)濾器合理配置。

處理過(guò)程從2016年10月28日開(kāi)始，處理時(shí)間持續(xù)30天，對(duì)油質(zhì)進(jìn)行跟蹤化驗(yàn)，數(shù)據(jù)如下。

2016.10.28取主油箱檢測(cè)酸值為0.246mgKOH/g濾油（第一套濾芯）;

2016.10.30取主油箱檢測(cè)酸值為0.242mgKOH/g;

2016.11.03取主油箱檢測(cè)酸值為0.240mgKOH/g;

2016.11.07取主油箱檢測(cè)酸值為0.229mgKOH/g;

2016.11.09取主油箱檢測(cè)酸值為0.229mgKOH/g，更換第二套濾芯;

2016.11.12取主油箱檢測(cè)酸值為0.212mgKOH/g;

2016.11.14取主油箱檢測(cè)酸值為0.205mgKOH/g;

2016.11.17取主油箱檢測(cè)酸值為0.202mgKOH/g;

2016.11.21取主油箱檢測(cè)酸值為0.200mgKOH/g，更換第三套濾芯;

2016.11.24取主油箱檢測(cè)酸值為0.185mgKOH/g;

2016.11.28取主油箱檢測(cè)酸值為0.185mgKOH/g，油品酸值處理合格;

2016.12.01取2號(hào)汽輪機(jī)油檢測(cè)破乳化度為19.6min，合格;

2016.12.02取2號(hào)汽輪機(jī)油檢測(cè)液相銹蝕為無(wú)銹，合格;

2016.12.03取2號(hào)汽輪機(jī)油檢測(cè)旋轉(zhuǎn)氧彈（150℃/min）64min，臨近導(dǎo)則注意值，抗氧化劑含量為0.066%，當(dāng)運(yùn)行油抗氧化劑含量低于0.15%時(shí)需補(bǔ)加;

2017.02.05取2號(hào)汽輪機(jī)油檢測(cè)酸值為0.195mgKOH/g;

2017.04.05機(jī)組停機(jī)時(shí)加入130kg T 501抗氧化劑，經(jīng)24小時(shí)運(yùn)行后，取樣檢測(cè)旋轉(zhuǎn)氧彈值為（150℃/min）151分鐘，合格;

2017.11.05取2號(hào)汽輪機(jī)油檢測(cè)酸值為0.193mgKOH/g;至今，2號(hào)汽輪機(jī)油酸值穩(wěn)定在0.195mgKOH/g左右。

3.4 T501抗氧化劑的添加

T501抗氧化劑學(xué)名2、6二叔丁基對(duì)甲酚，屬于酚類抗氧化劑，此抗氧化劑在油尚未氧化和氧化初期加入，能延長(zhǎng)油品氧化的誘導(dǎo)期，與油品氧化生成的自由基生成穩(wěn)定的化合物，終斷其連鎖反應(yīng)，有抑制其氧化的作用。汽輪機(jī)油添加劑主要成分為羰基衍生物，是酮、醛和羧酸衍生物，具有抗氧化、破乳化、防銹等優(yōu)秀功能。羰基屬于極性分子，再生過(guò)程中易被極性吸附劑吸附，濾油結(jié)束時(shí)，經(jīng)委托檢測(cè)，2號(hào)汽輪機(jī)油應(yīng)補(bǔ)充抗氧化添加劑。對(duì)于新油、再生油的添加劑量一般為0.3%-0.5%，對(duì)于運(yùn)行油，其含量低于0.15%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)加。2017年04月5日機(jī)組停機(jī)時(shí)加入130kg T 501抗氧化劑，經(jīng)24小時(shí)運(yùn)行后，取樣檢測(cè)旋轉(zhuǎn)氧彈值為（150℃/min）151分鐘，合格。

4總結(jié)

極性吸附劑對(duì)劣化的汽輪機(jī)油處理效果明顯，能夠快速地降低酸值，并除去劣化油品中的環(huán)烷酸皂、瀝青質(zhì)酸、膠體、油泥等有機(jī)雜質(zhì)。汽輪機(jī)油中的添加劑在極性吸附再生過(guò)程中被極性吸附劑吸附，濾油處理后應(yīng)補(bǔ)加T501抗氧化劑，使其在運(yùn)行油中的含量不低于0.15%。本次極性吸附再生處理2號(hào)汽輪機(jī)油共進(jìn)行30天，處理后的油質(zhì)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，處理好的油質(zhì)補(bǔ)加了抗氧化劑，在將近兩年的運(yùn)行跟蹤監(jiān)督中，油質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)保持穩(wěn)定，濾油處理取得成功，為今后的油務(wù)工作積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]《電力用油分析及油務(wù)管理》書(shū)籍作者：孫堅(jiān)明，孟玉嬋，劉永洛書(shū)籍出版：中國(guó)電力出版社