中國石化長城GS200高硫燃氣發(fā)動機油在顏巴赫機組的應(yīng)用考察

蔡茂

中國石化潤滑油有限公司華北分公司

采用中國石化潤滑油公司研發(fā)的長城GS200 高硫燃氣發(fā)動機油，在廣東省某大型垃圾填埋場顏巴赫J320GS 系列發(fā)電機組開展了應(yīng)用試驗。經(jīng)過兩個周期試驗，數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，該款高硫燃氣發(fā)動機油產(chǎn)品具備良好的抗氧化、抗硝化、抗磨損性能以及良好的潤滑性能，產(chǎn)品使用周期可達近1 000 h，試驗周期內(nèi)發(fā)電機組的發(fā)動機部件工作正常，無任何因潤滑問題引起的設(shè)備故障。

隨著人們生活水平日益提高，產(chǎn)生的生活垃圾也越來越多，因此處理好生活垃圾對環(huán)境保護和人們的健康有著至關(guān)重要的作用。作為固體廢棄物的一種，長期以來生活垃圾主要以填埋、堆肥、焚燒等方式進行處理。不論以哪種方式，只要通過科學(xué)合理途徑處理，在保護環(huán)境的同時均能帶來一定經(jīng)濟效益，如垃圾填埋。通過填埋后主要產(chǎn)生兩大產(chǎn)物——填埋氣和滲濾液。其中，填埋氣主要成分為甲烷和二氧化碳，通過氣體回收，甲烷可用于發(fā)電創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

填埋氣發(fā)電系統(tǒng)主要是由填埋氣收集系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組成，填埋氣經(jīng)收集后，經(jīng)壓縮機加壓輸送至內(nèi)燃機發(fā)電機組，經(jīng)燃燒轉(zhuǎn)化成電能傳輸?shù)诫娏ι龎赫?，再輸送到電網(wǎng)系統(tǒng)供終端使用。目前，填埋氣發(fā)電綜合發(fā)電裝置之一主要是固定式燃氣發(fā)動機，發(fā)電機組常用的較著名國際品牌有顏巴赫、道依茨、瓦克夏、卡特彼勒等，此外也有一些國內(nèi)知名品牌，如勝動、寶駒、濟柴等。本文主要介紹長城GS200 高硫燃氣發(fā)動機油在深圳某垃圾填埋場顏巴赫J320GS 系列發(fā)電機組的應(yīng)用考察情況。

燃料特點及發(fā)動機油的要求

燃料特點

固定式燃氣發(fā)動機主要以天然氣為燃料，燃料成分主要是甲烷，同時也含有少量其他氣體。與汽柴油等液體燃料不同，天然氣燃料本身無潤滑特性，因此，在燃燒工作過程易造成發(fā)動機進、排氣閥及閥座磨損。相對汽柴油，該類型燃料腐蝕性更強，燃料中的CO2溶于冷卻的水蒸汽可形成有一定腐蝕性的碳酸；燃料中的H2S 本身具有腐蝕性，在水、氧存在的情況下可形成硫酸而腐蝕金屬；燃料中含有的少量鹵素碳氫化合物（CFCs）也具有強的腐蝕性；燃料對運動部件的磨損更嚴重。沼氣燃料中的硅顆粒易在發(fā)動機里結(jié)塊，造成閥門及襯里的磨粒磨損，同時燃料本身的無潤滑性，也易引起發(fā)動機進排氣系統(tǒng)的磨損。

發(fā)動機油的要求

由于氣體燃料本身無潤滑特性和冷卻功能，因此天然氣發(fā)動機燃燒溫度更高，加上發(fā)動機的長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，這就要求燃氣發(fā)動機油需要具有更好的高溫抗氧化能力以及良好的潤滑性能，而油品中的灰分含量多少，對潤滑性能起著決定性作用，若灰分含量過低，可能會因潤滑不良而造成閥、閥座磨損及氣門閥嵌入閥座，若灰分含量過高，則易引起積炭嚴重，從而造成活塞擦傷、火花塞堵塞等一系列問題，因此，燃氣發(fā)動機油應(yīng)具有合適的灰分。此外，結(jié)合燃氣發(fā)動機工作特點以及具體燃料特點，燃氣發(fā)動機油還需要有較好的抗硝化、抗磨損、耐腐蝕，以及良好的堿值保持能力等綜合性能[1，2]。

試驗部分

本次試驗依托深圳某填埋場填埋區(qū)氣體深度收集處理提升項目，填埋氣收集管網(wǎng)和脫硫系統(tǒng)，將沼氣送至集氣站，然后利用預(yù)處理系統(tǒng)進行預(yù)處理，脫除有毒有害氣體后，再進行發(fā)電。

試驗設(shè)備

發(fā)電設(shè)備為11 臺燃氣發(fā)電裝置機組，型號為顏巴赫J320GS 系列燃氣發(fā)電機組，單臺發(fā)電功率1 067 kW，詳細參數(shù)見表1。

表1 顏巴赫J320GS系列發(fā)電機組技術(shù)參數(shù)

長城GS200 高硫燃氣發(fā)動機油性能

長城GS200 高硫燃氣發(fā)動機油系采用高黏度指數(shù)加氫基礎(chǔ)油及新型的功能添加劑體系，專門為滿足現(xiàn)代高功率、固定式燃氣發(fā)動機的性能需求而設(shè)計的低灰型產(chǎn)品，能有效減少碳沉積物的形成，延長火花塞的壽命，降低閥門的磨損。該產(chǎn)品具有優(yōu)異的抗氧化性能、清凈分散性能以及抗磨損性能，具體理化性能指標(biāo)見表2。

表2 長城GS200高硫燃氣發(fā)動機油理化性能指標(biāo)

填埋場氣體成分

試驗用氣的氣質(zhì)成分見表3。

表3 填埋場氣體成分

試驗要求

分兩個周期進行試驗，每個周期即為從更換新油開始到該油品的任何一項指標(biāo)達到規(guī)定的極限值為止。首次采集以油桶包裝內(nèi)的新油油品作為基礎(chǔ)樣，以新油的檢測結(jié)果作為各自試驗的基礎(chǔ)值。油品化驗測試按相關(guān)要求，每隔250 h 進行油樣取樣，分析了解燃氣發(fā)電機潤滑油使用狀況。每次取樣至少300 mL，檢測內(nèi)容包含總堿值、總酸值、pH 值、運動黏度、水分、閃點、氧化值、硝化值、光譜元素等需要檢測的指標(biāo)。換油指標(biāo)要求詳見表4。

表4 換油指標(biāo)要求（客戶指定）

試驗結(jié)果及討論分析

運動黏度變化情況

試驗油品運動黏度變化趨勢見圖1。

從圖1 可以看出，試驗過程中油品的運動黏度呈緩和上漲趨勢，未出現(xiàn)大幅波動情況，運動黏度變化均在換油指標(biāo)要求范圍內(nèi)，且距離換油指標(biāo)要求均具有較大余量，說明油品具有較好的抗氧化性以及抗剪切性能。

圖1 試驗油品運動黏度在兩個試驗周期內(nèi)的變化趨勢

酸、堿值變化情況

試驗油品酸、堿值變化趨勢見圖2。

從 圖2 可 以 看 出， 隨 著 試驗的進行，酸值在250 h 后呈現(xiàn)明顯上升趨勢，堿值呈現(xiàn)下降趨勢。在1 000 h 時第二周期酸值（4.37）出現(xiàn)了超出換油指標(biāo)（新油1.45+2.5=3.95）要求現(xiàn)象；堿值在兩個試驗周期內(nèi)均未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，且都在2.5 以上，說明堿值保持能力較好。酸值的上升和堿值的下降均與氣質(zhì)中硫化氫含量較高有關(guān)，盡管如此，從酸值上升和堿值下降程度來看，油品在試驗中表現(xiàn)出了良好的抗氧化性能和中和酸性物質(zhì)的能力。

圖2 試驗油品酸值、堿值在兩個試驗周期內(nèi)的變化趨勢

氧化值、硝化值變化情況

試驗油品氧化值、硝化值的變化趨勢見圖3。

從圖3 可以看出，隨著試驗的進行，氧化值、硝化值整體呈逐漸上升趨勢，但在整個試驗過程以及在1 000 h 時均未超過12 A/cm，遠低于換油指標(biāo)值20 A/cm的要求，表明油品具有較好的抗氧化、抗硝化能力。

圖3 試驗油品氧化值、硝化值在兩個試驗周期內(nèi)的變化趨勢

元素含量變化情況

試驗油品鐵、鋁、鉻、銅、錫、鉛、鈉含量的變化情況見表5。

由表5 可見，油品在兩個試驗周期內(nèi)，鐵含量、鋁含量、鉻含量、銅含量、錫含量、鉛含量均低于5 mg/kg，且鐵、鋁、銅、鉛、鈉含量均遠低于換油指標(biāo)，表明整個試驗過程油品具有良好的抗磨性能和潤滑性能。

表5 試驗油品鐵、鋁、鉻、銅、錫、鉛、鈉含量的變化

試驗油品硅含量的變化趨勢見圖4。

從圖4 可以看出，硅含量呈明顯上升趨勢，主要受外界影響，來源于外界沙塵污染。

圖4 試驗油品硅含量在兩個試驗周期內(nèi)的變化趨勢

pH 值及水含量變化情況

試驗油品pH 值變化以及水含量變化情況見圖5。

由圖5 可見，隨著試驗的進行，油品pH 值逐漸降低，在1 000 h 時pH 值接近換油指標(biāo)（≤4.0），水含量在整個試驗過程均遠低于換油指標(biāo)值。

圖5 油品pH值及水含量在兩個試驗周期內(nèi)的變化趨勢

結(jié)論

經(jīng)過兩個周期的試驗，通過數(shù)據(jù)分析表明，中國石化潤滑油公司研發(fā)的長城GS200 高硫燃氣發(fā)動機油，在試驗過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗氧化、抗剪切以及抗硝化能力，優(yōu)異的抗磨性以及潤滑保護性能，良好的堿值保持能力以及中和酸性物質(zhì)的能力，本次應(yīng)用考察試驗也進一步證實了長城高硫燃氣發(fā)動機油可以滿足顏巴赫機組的苛刻潤滑要求，為在垃圾填埋氣等特殊燃氣了良好的應(yīng)用經(jīng)驗。經(jīng)客戶綜合評價，長城GS200 高硫燃氣發(fā)動機油在本次顏巴赫J320GS 機組上的使用壽命為973 h。針對此類垃圾填埋工況，推薦換油周期為900 h。