破乳化劑對汽輪機油抗乳化性能改善試驗研究

華意國，羊文君

（新浦化學（泰興）有限公司，江蘇泰興 225404）

0 引言

某公司1#、2#汽輪機主油箱潤滑油在常規(guī)油品監(jiān)督檢測時，發(fā)現(xiàn)破乳化性能檢測不合格，破乳化時間40～60 min，該檢測數(shù)據(jù)明顯高于GB/T 14541—2017《電廠用運行礦物渦輪機油維護管理導則》中所規(guī)定的“≤30 min”警戒極限值。潤滑油其他指標，酸值、水分、閃點、運動黏度等指標檢測正常，滿足GB/T 7596—2017《運行中礦物渦輪機油質(zhì)量標準》，潤滑油的外觀透明，無可視的雜質(zhì)和懸浮物，顏色較前1 周期也沒有明顯的變化。最終全分析檢驗結(jié)果顯示，僅有抗乳化性指標超限，已經(jīng)達到了NB/SH/T 0636—2013《L－TSA 汽輪機油換油指標》中所建議的換油條件（＞40 min），尤其是2#機潤滑油的破乳化時間最高時已經(jīng)超出60 min。

汽輪機油又稱為透平油，在汽輪機機組正常運行中，潤滑油主要有密封、冷卻和散熱以及潤滑等作用，運行中的機組軸封不嚴導致水、汽進入油系統(tǒng)中的隱患做不到絕對避免，汽、水進入油系統(tǒng)會導致潤滑油中抗銹蝕劑、抗氧化劑損失，會造成潤滑油加劇劣化，劣化產(chǎn)物多為環(huán)烷酸皂、膠質(zhì)等，此類物質(zhì)屬于乳化劑，具有腐蝕性；加之潤滑油的破乳化性能較弱，在強烈的攪拌、高溫和流動條件下，潤滑油發(fā)生乳化比較容易實現(xiàn)。此狀態(tài)下油品乳化具有破乳化時間不合格、外觀和水分檢測結(jié)果正常等特點。油品發(fā)生乳化后，潤滑、散熱冷卻的作用將有所下降，給運行的設備帶來危害。

通常在處理潤滑油破乳化時間超出規(guī)范要求的指標時，最直接有效的方法就是進行潤滑油更換，該方法需要停機處理，綜合成本較高；另外是可以在機組無需停止運行的情況下，向潤滑油系統(tǒng)注入抗乳化劑，達到使?jié)櫥涂谷榛阅艿玫教嵘哪康?。通過對潤滑油全分析結(jié)果的判斷，僅是抗乳化時間單個指標超限，可以通過補加抗乳化劑的方法，使?jié)櫥偷目谷榛阅艿玫礁纳啤?/p>

1 汽輪機油破乳化時間超標的危害

潤滑油通常由基礎油、添加劑以及稠化劑3 大類物質(zhì)組成，基礎油又涵蓋礦物油、加氫油以及合成油3 個類型，其中礦物油性價比較高，是采用物理蒸餾法從石油中提煉出來的產(chǎn)物，又稱為礦物油，實際成產(chǎn)過程中，通過工藝控制可得到不同黏度級別，潤滑性能優(yōu)良的基礎油，應用相對廣泛。成品潤滑油中添加劑的用量一般在0.5%～25%?；A油的缺點是多為一次性損耗使用，使用中易氧化和易老化，設備表面積碳嚴重，而且黏溫特性差，即便是加氫處理，與大多數(shù)合成油的差距仍然相當明顯。但礦物油中加入各種類型的添加劑可以提高油品的質(zhì)量，具有很好的經(jīng)濟性。添加劑一般有清凈劑、抗磨劑、抗氧劑、減摩劑、分散劑、抗腐防銹劑、抗泡劑、黏度指數(shù)改進劑、降凝劑、抗乳化劑等類型。其中抗乳化劑的添加可更好的提升潤滑油抗乳化性能，可以形成更好的油膜附著在傳動設備表面，減小摩擦，抗乳化劑的消失會導致潤滑油破乳化時間超標，并導致較大的危害。

（1）潤滑油發(fā)生乳化后，乳化液可在軸承等處析出水分,并由此破壞油膜、增大摩擦,引起軸承過熱，嚴重時會造成燒瓦事故。

（2）潤滑油深度乳化后，乳化液沉積于油系統(tǒng)中，妨礙油的循環(huán)，造成供油不足，影響設備散熱，導致設備故障。

（3）潤滑油乳化可通過檢測其破乳化時間加以判斷，是汽輪機油劣化主要的形式之一，同時也是影響汽輪機油使用壽命的主要因素，NB/SH/T 0636—2013 標準中將該指標作為判斷是否換油的六大指標之一。

（4）潤滑油乳化后更具腐蝕性，設備易受乳化液的侵蝕。

2 試驗目的

（1）通過試驗找出破乳化性能降低的原因。

（2）確定破乳化劑及用量。

（3）提高潤滑油破乳化性能使達到國標要求，滿足生產(chǎn)需要。

（4）對補加抗乳化劑后潤滑油其他指標的變化規(guī)律或趨勢提供研究數(shù)據(jù)支持。

3 破乳化方法的選擇

（1）常規(guī)處理的方法是全部更換該潤滑油，但由于兩臺機組系統(tǒng)油量較大，整體更換費用較大，不及時處理又可能對設備安全運行造成危害。

（2）未發(fā)生乳化的潤滑油通常含水量較少，可通過離心脫水的方法將水分去除；油品輕度乳化可采用真空過濾或物理吸附、加熱、添加破乳劑等方法進行處理，其中增加破乳劑為化學處理的方式，對現(xiàn)有的潤滑油系統(tǒng)中添加破乳化添加劑，以提高潤滑油破乳化性能,需要通過逐步試驗的方法，以實現(xiàn)對油品其他參數(shù)沒有負面影響的可行性進行分析，確保不會帶來其他新的危害和影響。

（3）破乳劑具有單一性或針對性，尚未發(fā)現(xiàn)適用范圍較廣的破乳劑，一期汽輪機機組潤滑油中水分較低，油品外觀顏色稍深且透明，沒有明顯的乳化現(xiàn)象，只是破乳化性能處于較低水平，選擇添加破乳化劑的破乳方法具有快捷、方便、安全、可靠的特點。

4 顯色反應試驗及破乳化劑確定

（1）采用顯色反應鑒別潤滑油表面活性物質(zhì)的類型，確定乳狀液形態(tài)后加入相反類型的表面活性物質(zhì),代替附著在油、水界面膜上的表面活性物質(zhì)，可使乳化液發(fā)生乳化轉(zhuǎn)型。精準控制破乳劑的使用量，相液臨界點前停止補加，如此可在乳狀液轉(zhuǎn)型過程中實現(xiàn)油品抗乳化性能的提升。

（2）顯色反應工作將委托中石化上海研究所完成，通過試驗確定破乳劑的類型，已經(jīng)乳化的汽輪機油可以通過顯色反應鑒別器表面活性物質(zhì)的類型，并以此確定乳狀液的形態(tài)，然后加入相反類型的表面活性物質(zhì)促使汽輪機油發(fā)生乳化轉(zhuǎn)型。

（3）最終確定選用上海某公司生產(chǎn)的LZ－5957 破乳劑。

5 破乳化劑用量試驗

（1）破乳劑加入量是已經(jīng)乳化潤滑油卡抗乳化性能提升的最重要的因素，試驗分兩個階段，前一階段是破乳劑的用量與破乳化時間成正比，后階段是兩者成反比，即：隨破乳劑用量的逐漸加大，破乳時間前期下降，后期增加。主要是因為過度添加破乳劑直接導致油品乳化，油品的抗乳化性也快速下降。所以需要在相液臨界點前停止補加，如此可實現(xiàn)油品抗乳化性能提升至最佳狀態(tài)。

（2）對此中石化上海研究所通過小試和混油試驗得出的用量為0.02%，而上海某公司的用量為30×10-6～350×10-6的指導意見。為了進一步了解破乳劑的最佳用量，經(jīng)過進行反復試驗和分析，得出試驗結(jié)果。

（3）用量試驗通過小試和混油試驗來完成，方法依據(jù)《運行中汽輪機油破乳化度的測定》，添加劑用量分別為0×10-6、10×10-6、20×10-6、30×10-6、40×10-6、150×10-6、200×10-6，實驗對象為1#機主油箱和2#機主油箱，試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 破乳劑破乳化試驗

（4）通過對破乳劑最佳用量的試驗，最終確定添加量以及破乳溫度40 ℃,并對添加破乳劑破乳后的油質(zhì)進行連續(xù)跟蹤分析。

6 試驗結(jié)果

1#機組破乳劑添加量在20×10-6～40×10-6，主油箱潤滑油破乳化性能有明顯的上升趨勢，添加量在150×10-6時破乳化時間達到最低點，但潤滑油外觀稍有渾濁現(xiàn)象，表明油品已經(jīng)發(fā)生輕微的乳化現(xiàn)象。故確定破乳化劑最佳理論添加量在20×10-6～40×10-6，最終實際投加33×10-6。

2#機組破乳劑添加量在30×10-6～100×10-6，主油箱潤滑油破乳化性能有明顯的上升趨勢，添加量在150×10-6時破乳化時間達到最低點，但潤滑油外觀稍有渾濁現(xiàn)象，表明油品已經(jīng)發(fā)生輕微的乳化現(xiàn)象。故定破乳化劑最佳理論添加量在30×10-6～100×10-6，最終確定投加50×10-6。

7 破乳劑添加方式和用量

破乳劑從油箱上部人孔處加入，當前1#機主油箱總用油量估算為10 t，1#機由于無法精準推算實際油量，添加約33×10-6的量，折算LP－5957 用量約為330 g（表2）。

表2 1#機主油箱添加方式

破乳劑從油箱上部人孔處加入，當前2#機主油箱總用油量估算為10 t，2#機由于無法精準推算實際油量，添加約50×10-6的量，折算LP－5957 用量為500 g（表3）。

表3 2#機主油箱添加方式

8 試驗記錄

（1）第1 次添加1#機主油箱加破乳化劑330 g，約346 ml。

（2）第2 次添加2#機主油箱加破乳化劑500 g，約550 ml。

表4 為測破乳化時間試驗數(shù)據(jù)。

表4 測破乳化時間試驗數(shù)據(jù)

9 試驗結(jié)論

通過加入上海某公司生產(chǎn)的LZ－5957 破乳劑，經(jīng)過對兩臺機組油品的多次試驗及數(shù)據(jù)分析，最終的1#、2#汽輪機潤滑油質(zhì)數(shù)據(jù)達到《電廠用運行礦物汽輪機油維護管理導則》及《電廠運行中汽輪機油質(zhì)量》規(guī)定要求。使用LZ－5957 破乳劑沒有對潤滑油其他理化指標構(gòu)成影響，抗乳化劑使用量折價1500 元，節(jié)省45 萬元更換新油的費用，取得較高的經(jīng)濟效益。

本方法的研究應用，為L－TSA32 汽輪機油的抗乳化性能改善，探索出可行的操作方法，確定可行的處理步驟，可以為同行單位提供借鑒參考，既可以避免大量廢油產(chǎn)生對環(huán)境的影響，又可以改善油品性能，保證設備安全穩(wěn)定運行的同時，節(jié)約公司設備潤滑油品費用。