透平油監測及延長油品壽命的新策略

喬 鵬

亞東石化（上海）有限公司 上海市

一、引言

目前在國內的大部分石化企業，在透平油監測方面都是采用傳統的檢測方式，即監測油品的黏度、水分及機械雜質等指標，來判斷油品是否可以繼續使用，甚至對于油品的旋轉壓力容器氧化試驗法（RPVOT），有很多企業也鮮有使用。近十年來，針對透平油的檢測，濾膜光度分析（MPC）法和剩余壽命分析（RULER）被越來越多的使用，因其更能精確的反應出潤滑油的使用狀況。

二、常規的透平油分析試驗介紹

（1）黏度，ASTM D445，黏度是油品的一個重要性能指標，推薦其作為常規的定期測驗，但是很少有發現油品的黏度有較大的變化。

（2）抗乳化性，D1401，對于汽輪機來說，如果透平油不能很容易地和水分離，那軸承很可能發生損壞。如果透平油的抗乳化性能不佳，一些如凝聚過濾器的水分離技術的效果也不好，所以油品的抗乳化性能也是一個較重要的指標。

（3）金屬元素，D5185，這些微量元素是由于機器的金屬件磨損產生，混合在透平油中，要特別注意這些微量金屬元素的增加。

（4）酸值，D974，D664，透平油的酸值應非常小，通常＜0.05，但酸值一旦增大，將會增加得非常快，并且帶來一系列問題。

（5）水含量，D6304，這是透平和液壓系統的重要監控指標，透平油的含水量增加，將會使軸承損壞。

（6）潔凈度，ISO 4406，這是驗證透平油性能的重要檢驗。

（7）閃點，ASTM D92，這是油品狀態監測的一個重要指標。

（8）泡沫特性，ASTM D892，這個檢驗對汽輪機尤其重要，如果泡沫特性不佳，會引起一系列的機械問題。

（9）穩定性檢驗(TOST)，D943，這個檢驗需要很長時間才能得到數值。

（10）旋轉壓力容器氧化試驗（RPVOT），ASTM D2272，RPVOT檢驗在19世紀60年代變成ASTM標準，在近幾十年被廣泛用來判斷透平油的剩余壽命。但在現實中發現，RPVOT的精度達不到ASTM標準D 2272中所要求的，PRVOT測試結果中較大范圍誤差的存在，使得無法從其測試結果中及時、準確地判斷抗氧化劑的健康狀態。

當然，還有很多油品的分析指標，但是以上這些檢驗，除了旋轉壓力容器氧化試驗（RPVOT）能較好反應出油品的特性，其他都是常規分析。

三、旋轉壓力容器氧化試驗(RPVOT)介紹

（1）試驗方法。將試樣、蒸餾水和銅催化劑線圈一起放到一個帶蓋的玻璃盛樣器內，然后把它放進裝有壓力表的氧彈中。氧彈在室溫下充入620kPa壓力的氧氣，放入規定溫度的油浴中（150℃）。氧彈與水平面成30°，以100r/min的速度軸向旋轉。當達到規定的壓力降時，停止試驗。記錄試驗時間，根據氧彈試驗時間以分鐘表示，作為試樣的氧化安定性。

最初的RPVOT試驗，由于透平油中只有酚的混合物，所以試驗時間只有300～600min。近幾十年來，由于透平的操作溫度顯著增加，所以在油品中加入了芳香胺組分，相應的RPVOT值也增加到800～3000min。

（2）RPVOT不確定性問題。現實中發現RPVOT的精度達不到ASTM標準D 2272中所要求的；PRVOT測試結果中較大范圍誤差的存在，使得無法從其測試結果中及時、準確地判斷抗氧化劑的健康狀態。有關專家將油試樣送往4個不同的地方進行試驗，油樣分新油和使用過的舊油，表1是分析的結果。

從表1可以看出，4個試驗室的RPVOT結果有很大區別，甚至使用過的油品RPVOT值比新油還高，所以說，RPVOT值不能完全準確地反應出油品的狀態。

四、濾膜光度分析（MPC）

（1）MPC 簡介。MPC是英文Membrane Patch Colorimetry的縮寫，MPC方法是利用一個可見光的分光計去測量油品中的漆膜含量，MPC使用的顏色刻度等級在ASTM E308中有定義。目前已被全世界一流的實驗室和原始設備制造商所應用。

MPC值與油品的狀況對應 ：0～15 為 正常；15～30 需要監測；30～40為異常；40以上，油品需更換或立即處理。

（2）漆膜定義。潤滑劑降解所產生的附屬物就叫漆膜，這些附屬物在油品中不是很穩定，其傾向于形成沉淀物或從油箱中分離，這些分離的附屬物也就是漆膜，最終會附著在機器零件的表面，并且經長時間的堆積后很難分解，就像油漆一樣附著在零件表面。漆膜較易堆積的部位有：黑硬的沉淀物在機械密封上；金色的粘接薄膜在閥門上；木炭色的沉積物在巴氏合金的軸瓦上；棕色的膠粘物聚集在油過濾器的表面；黑色的結痂沉淀物在機械密封的表面或止推軸承的瓦塊上；含碳的殘余物在機械的表面上。

對透平壓縮機系統來說，若漆膜堆積在軸表面或軸瓦表面，很容易造成軸瓦溫度升高，進而損壞軸承，造成設備事故。

五、潤滑油剩余壽命評估（RULER）

（1）RULER簡介。RULER是英文 Remaining Useful Life Evaluation Routine的縮寫，其發展于DAYTON大學和WRIGHT實驗室，還被成功使用在A-10飛機的油品檢驗上。油液氧化的初始是抗氧化劑被氧化和消耗，當抗氧化劑消耗殆盡基礎油則開始降解。傳統分析項目（比如總酸值、顆粒計數等等）測定的是抗氧化劑消耗后基礎油開始劣變后的各項指標變化，而RULER則是可以適時監測油液中的抗氧化劑的健康狀況，從而預知油液的狀態，提前采取措施，例如當RULER提示酚類抗氧化劑有效量為25%～50%時，可通過添加少量新油以提高和維持油液中的抗氧化劑含量，延長油液使用壽命。因此RULER將利于使用者制定合適的換油計劃和換油間隔，并且預報可能發生的重大設備故障。

比較RPVOT旋轉氧氮法，RULER能夠克服RPVOT的弱點，并不是只給出一個總體抗氧化劑水平，能夠分別測定出胺類和酚類抗氧化劑的水平。隨著一代潤滑油到二代潤滑油的更新，RPVOT的局限性和誤差在加大。RPVOT測試常常需要1000min以上，而RULER儀器操作簡便，測試時間只需幾分鐘，通過配套的軟件，將測試結果導入電腦，可以很方便地出具檢測報告。

表1 RPVOT試驗結果比較

圖1是油品抗氧化劑含量損耗的一個圖表，從圖1中可以看出，透平油的抗氧化劑含量在最初的一段時間很穩定，一旦抗氧化劑含量降低到一定程度，損耗的程度將非常快。

圖1 透平油損耗圖

圖2是一個RULER檢驗的報告圖表，RULER檢驗是通過新油和舊油的比較，來確定油品中酚類抗氧化劑和胺類抗氧化劑所占的比例，圖2中◆線表示新油，●線表示舊樣品油。從圖2中可看出，一種抗氧化劑含量是23%，另一種抗氧化劑含量是56%，最終的RULER值是57.8%。

圖2 RULER分析結果

（2）MPC值與RULER值的關聯。RULER檢驗和MPC檢驗是互相關聯的，RULER檢驗可以判別抗氧化劑的損耗情況和提供潤滑劑的降解信息。MPC檢驗可確定這些降解產品的數量，讓使用者評估他們的風險，有時也可讓使用者確定什么時候開始處理他們的潤滑系統。利用這兩個檢驗，判定透平油中沉淀物的產生狀況是合適的方法。圖3顯示了這兩個結果的關聯狀況，其中MPC值的結果在上面章節中有介紹，而RULER值的結果是其中酚類抗氧化劑含量若＜25%，就處于報警狀態，而胺類的抗氧化劑含量若＜75%，就處于報警狀態，應引起注意。

圖3 MPC值與RULER值關聯

總之，將RULER和MPC檢測加入傳統的油液分析項目中，可提高預知性和前瞻性，實現對油液和設備的主動性維護。

六、電物理分離（ESP）技術

（1）電物理分離技術簡介。知道了MPC和RULER檢驗結果，若油品抗氧化劑含量降低或漆膜值太大，可采取ESP技術進行凈化處理。ESP是英文Electrophysical Separation Process的縮寫，是比利時FLUITEC公司近來開發的一項專利技術。應用電物理分離過程，能夠同時吸收懸浮于油液中和溶解在油液中的降解物，從而消除漆膜形成的根源。它采用的是穩定的過濾介質，該介質只會有選擇性地去除能引起漆膜的污染物，而不會影響到油液中的添加劑。圖4、圖5是壓縮機軸承在使用ESP前后的照片，區別很明顯，使用ESP后軸承變得很清潔。

（2）使用 ESP效益分析。ESP分兩種，一種是ESP-136，適用于30000L的油箱，另一種是ESP-436，適用于 80000L的油箱的報價，目前PTA廠的空壓機組基本都是后者，按Fluitec的經驗，使用ESP后，壓縮機的透平油可多使用5年無問題，按80000L的油量計算，要更換新油的費用是160萬元人民幣。

ESP-436的價格折合人民幣約50萬元，可以看出，可節省一大比換油的費用，并且購買了一個ESP后，可以選擇在幾個不同的潤滑油箱之間輪流使用，而目前的PTA廠都至少有兩臺機組甚至更多，因此使用ESP將會產生很大的經濟效益。更重要的是，它更能有效去除透平油的油液降解產物，以防止設備故障以及其他因油液沉積物導致的有關設備問題。

圖4 使用ESP前

圖5 使用ESP后