從國際燃?xì)廨啓C油品規(guī)格看燃?xì)廨啓C油的發(fā)展

杜雪嶺

中國石化潤滑油有限公司上海研究院

隨著天然氣發(fā)電的發(fā)展和分布式能源的應(yīng)用普及，燃?xì)廨啓C設(shè)備在環(huán)保及提高熱效率方面都具有其獨特的優(yōu)勢。目前國際上主要由GE、SIEMENS、MHPS等大型燃?xì)廨啓C制造商占據(jù)主流市場，國內(nèi)重型燃機制造主要采用和國際公司合作或技術(shù)引進模式進行。本文介紹了國際燃?xì)廨啓C制造及發(fā)展情況，對主要燃?xì)廨啓C制造商的潤滑油品規(guī)格發(fā)展進行了梳理，總結(jié)其對油品的性能要求，提出燃汽輪機油的發(fā)展方向。

燃?xì)廨啓C是以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動力機械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動機。燃?xì)廨啓C分為輕型燃?xì)廨啓C和重型燃?xì)廨啓C，其中重型燃?xì)廨啓C主要為陸用發(fā)電和工業(yè)驅(qū)動裝置提供動力。

世界重型燃?xì)廨啓C技術(shù)發(fā)展遵循提高熱效率的路線，朝著透平氣動效率更高、功率更大、材料高溫性能更加優(yōu)越的方向發(fā)展。GE（通用電氣）、SIEMENS（西門子）、MHPS（三菱日立）、ANSALDO(安薩爾多）等國際主要燃?xì)廨啓C制造商的燃?xì)廨啓C產(chǎn)品占據(jù)了國際主要的市場。大部分燃?xì)廨啓C制造商針對其自身燃?xì)廨啓C的特點，建立了各自的燃?xì)廨啓C油規(guī)格，并且油品需要取得技術(shù)認(rèn)證才能用于其設(shè)備中。在燃?xì)廨啓C技術(shù)發(fā)展的影響下，燃?xì)廨啓C軸承環(huán)境溫度不斷提高，可達(dá)到250 ℃以上，使得燃?xì)廨啓C油的工作環(huán)境日趨苛刻。

國內(nèi)重型燃?xì)廨啓C產(chǎn)業(yè)制造方面，分別以哈爾濱電氣集團、上海電氣集團、東方電氣集團為核心，形成了相應(yīng)的燃?xì)廨啓C制造產(chǎn)業(yè)群，目前全行業(yè)具備了年產(chǎn)四十套左右燃用天然氣的F和E級重型燃?xì)廨啓C以及與之配套的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)全套發(fā)電設(shè)備的能力，可以基本滿足我國電力工業(yè)的市場需求。國內(nèi)燃?xì)廨啓C制造商燃?xì)廨啓C的生產(chǎn)主要采用和國際電氣公司合作或技術(shù)引進的模式，如上汽與SIEMENS、ANSALDO合 作 生 產(chǎn)F級燃?xì)廨啓C，東汽與MHPS 合作生產(chǎn)F級、J級燃?xì)廨啓C，哈汽和GE合作生產(chǎn)F、H級燃?xì)廨啓C，因此相關(guān)的重型燃?xì)廨啓C用燃?xì)廨啓C油的性能要求主要參考國外標(biāo)準(zhǔn)或OEM（原始設(shè)備制造商）油品規(guī)格要求。東汽正在進行的G50燃機開發(fā)項目是目前國產(chǎn)化功率最大、效率最高的燃?xì)廨啓C，其發(fā)展也將后續(xù)為國產(chǎn)燃機制造技術(shù)及用油規(guī)格技術(shù)發(fā)展帶來一定影響。

國際燃?xì)廨啓C制造及發(fā)展

國際燃?xì)廨啓COEM制造商情況

從1939年世界第一臺發(fā)電用重型燃?xì)廨啓C誕生以來，經(jīng)過半個多世紀(jì)的技術(shù)進步和企業(yè)重組，GE、SIEMENS和MHPS公司各自形成了完整的技術(shù)體系和產(chǎn)品系列并壟斷了全球市場。GE公司于2015年收購法國ALSTOM（阿爾斯通能源）公司后，向ANSALDO公司出售了阿爾斯通公司燃?xì)廨啓C業(yè)務(wù)部門的核心部分，ANSALDO也由此成 為 繼SIEMENS、GE和MHPS后第四個擁有H級燃?xì)廨啓C技術(shù)的公司。另外在中小型燃?xì)廨啓C領(lǐng)域，制造商主要有日本Kawasaki Heavy Industry（川崎重工）、美國Solar Turbine（索拉燃機）、德國MAN Energy Solution（曼恩能源方案公司）、荷蘭OPRA Turbine等公司。

根據(jù)巴克萊銀行分析報告，2019年上半年GE的燃?xì)廨啓C訂單量占全球49.66%，SIMENS為 26.13%，MHPS為 12.36%，ANSALDO為6.41%，具體情況見圖1。

國際大中型燃?xì)廨啓C典型產(chǎn)品性能參數(shù)見表1。

燃?xì)廨啓C發(fā)展趨勢

燃?xì)廨啓C未來發(fā)展趨勢如下：

◇進一步提高溫度、壓力，從而進一步提高機組的功率。提高燃?xì)獬鯗厥菍崿F(xiàn)提高熱效率的一個重要因素，H級燃機燃?xì)鉁囟冗_(dá)到1 550～1 600 ℃，熱效率達(dá)到42%以上，燃?xì)獬鯗氐南乱粋€目標(biāo)是1 700 ℃，熱效率可達(dá)44%～45%。國際燃?xì)廨啓C市場正由當(dāng)代級（E/F）向先進級（H/J）發(fā)展。

◇進一步降低NOX（氮氧化物）等污染排放。世界各燃?xì)廨啓C制造商致力于開發(fā)高效低污染穩(wěn)定燃燒技術(shù)，開發(fā)干式低污染(DLN)燃燒室技術(shù)，明顯降低污染排放。

◇可靠性和可維修性不斷提高。燃?xì)廨啓C先進材料、涂層、冷卻技術(shù)以及模塊化設(shè)計方法的應(yīng)用，極大提高了燃?xì)廨啓C的可靠性和可維修性。

燃?xì)廨啓C油規(guī)格發(fā)展

國際燃?xì)廨啓COEM制造商油品規(guī)格

國際上大部分燃?xì)廨啓COEM制造商針對其自身燃?xì)廨啓C設(shè)計特點，建立了各自的燃?xì)廨啓C油規(guī)格。國際主要OEM制造商燃?xì)廨啓C油品規(guī)格情況見表2。

GE油品規(guī)格

GE針對燃?xì)廨啓C油品的用油要求按照設(shè)備情況及工作狀況分別進行規(guī)定。GE在2015年收購阿爾斯通部分業(yè)務(wù)后，采用原阿爾斯通技術(shù)的設(shè)備油品規(guī)格轉(zhuǎn)化為GE HTGD 90117油品規(guī)格，GEK系列油規(guī)格中GEK32568k明確規(guī)定了軸承環(huán)境溫度大于260 ℃的燃?xì)廨啓C用油，GEK121608明確規(guī)定了軸承環(huán)境溫度大于260 ℃的聯(lián)合循環(huán)汽輪機和燃?xì)鈾C用油。其中HTGD 90117油品規(guī)格要求最為嚴(yán)格，規(guī)定了鋅元素的含量、蒸汽抗乳化、抗泡性能和過濾性等理化指標(biāo)；氧化性能方面，該規(guī)格規(guī)定了旋轉(zhuǎn)氧彈值不小于1 000 min和TOST氧化壽命不小于7 000 h，要求油品具有優(yōu)異的抗乳化性能、抗泡性能、過濾性能和氧化安定性能。

SIEMENS油品規(guī)格

SIEMENS針對燃?xì)廨啓C油品規(guī)格 有TLV901304和TLV901305。TLV901305規(guī)格適用于軸承、聯(lián)軸器等部件最高溫度達(dá)130 ℃的渦輪機設(shè)備，而TLV901304規(guī)格適用于最高溫度為110 ℃的渦輪機設(shè)備，TLV901305規(guī)格要求相較于TLV901304規(guī)格具有更好的熱安定性。兩個油品規(guī)格都規(guī)定了蒸汽抗乳化指標(biāo)不小于300 s和TOST氧化壽命時間大于3 000 h。TLV901305作為高熱安定性油品規(guī)格規(guī)定了旋轉(zhuǎn)氧彈的具體指標(biāo)。從油品規(guī)格可以看出，SIEMENS要求燃?xì)廨啓C油具有優(yōu)異的氧化安定性能和良好的抗乳化性能。

圖1 2019年上半年世界燃?xì)廨啓C訂單量

表1 國際大中型燃?xì)廨啓C制造商典型產(chǎn)品性能參數(shù)

MHPS燃?xì)廨啓C油品規(guī)格

MHPS針對不同等級設(shè)備提出了不同的燃汽輪機油油品規(guī)格，并隨著機組設(shè)備技術(shù)的不斷提升不斷更新其規(guī)格版本，目前MS04-MACL005(R3)和MS04-MA-CL006（R0）代表了最高等級的油品規(guī)格。MHPS對燃?xì)廨啓C用油規(guī)格要求相對全面并且要求嚴(yán)格：

◇除規(guī)定嚴(yán)格的抗泡性、抗乳化性和鋅含量外，尤其是氧化安定性指標(biāo)，CL005規(guī)定酸值達(dá)2.0 mgKOH/g時間要求為不小于7 000 h，CL006規(guī)定酸值達(dá)2.0 mgKOH/g時間要求為不小于14 000 h。

表2 國際主要OEM制造商燃?xì)廨啓C油品規(guī)格

◇針對熱氧化安定性能設(shè)置了一系列測試，規(guī)定采用ASTM D7873《加抑制劑油品在120 ℃無水條件下的氧化安定性和不溶物測定法》進行壽命和油泥的測定，CL005要求在該試驗條件下的氧化壽命大于1 000 h，旋轉(zhuǎn)氧彈衰減至25%時油品的油泥含量不大于100 mg/kg；CL006要求在該試驗條件下的氧化壽命大于2 100 h，旋轉(zhuǎn)氧彈衰減至25%時油品的油泥含量不大于100 mg/kg，并要求進行高溫氧化安定性（175 ℃，72 h）的試驗。

總體上，MHPS規(guī)格對于油品的熱氧化安定性和油泥生成量具有較高的要求。

結(jié)論

☆ GE、SIEMENS、MHPS、ANSALDO等國際主要燃?xì)廨啓C制造商的燃?xì)廨啓C產(chǎn)品占據(jù)了國際主要的市場，燃?xì)廨啓C未來將向高參數(shù)、高性能、低污染發(fā)展。

☆國際上大部分燃?xì)廨啓COEM制造商針對其自身燃?xì)廨啓C設(shè)計特點，建立了各自的燃?xì)廨啓C油規(guī)格，各公司都規(guī)定了嚴(yán)格的抗泡、抗乳化性能要求，并通過鋅含量的規(guī)定嚴(yán)格限制含鋅有機添加劑的使用，在氧化安定性上有提高油品熱氧化安定性能的趨勢。其中SIEMEN 的要求相對較寬松，MHPS公司要求最為嚴(yán)格，設(shè)置了120 ℃下的Dry-Tost氧化安定性試驗方法和高溫氧化安定性（175 ℃，72 h）的指標(biāo)，考察油品的高溫穩(wěn)定性和低油泥析出趨勢，對油品的開發(fā)提出了更高的挑戰(zhàn)。

☆燃?xì)廨啓C的技術(shù)不斷發(fā)展進步對潤滑油品提出了更高的要求，燃?xì)廨啓C油需具備優(yōu)良的抗乳化性能、抗泡性能和突出的高溫抗氧化性能，要求油品具有更長的使用壽命和更低的油泥析出趨勢。