船用汽輪機組油霧危害及其凈化技術研究

白韜光，王亞鴻，朱曉清，劉曉明

（704研究所，上海 200031）

0 引 言

船用汽輪發電機組在工作過程中，機組產生的油霧不斷散發到艙室中。而艙室大氣環境相對封閉，隨著時間的積累，嚴重影響機艙工作環境和船員身心健康。為此對油霧產生的原因、性質、組分和危害進行了分析，并對各種油霧凈化技術作了研究，確定了適合船用艙室條件的油霧凈化技術，產品經用戶使用驗證，運行良好，完全解決了油霧污染問題。

1 油霧產生的原因

汽輪發電機組自帶潤滑系統，潤滑油來自于機組的油箱。油箱和減速器頂部各有一個冒氣口。油箱冒氣口既能釋放滑油中的空氣，又能確保油箱與大氣相通，使之不至于在機組的重力回油時，油箱內產生正壓，阻礙回油，影響機組工作。減速器頂部設置的冒氣口是為了釋放滑油中的空氣。油箱和減速器的冒氣口均不斷有油霧冒出，其中油箱冒氣口油霧氣量較大，油霧冒氣量隨著機組工作負荷的提高而增加。

2 油霧性質、組分及危害性

2.1 類別

常用潤滑油主要分為礦物潤滑油、合成潤滑油和動植物潤滑油3類。礦物潤滑油主要是石油制品，有機械油、齒輪油、汽輪機油、機床專用油等。本文研究的對象為汽輪機箱齒輪高速旋轉甩油和溫度升高后油氣蒸發混合油霧。該油品種為 68號汽輪機潤滑油，是由烷烴、環烷烴、芳香烴等組成的碳氫化合物。汽輪機油是在潤滑油的基礎上加少量添加劑所組合而成。

2.2 理化性質

汽輪機油（透平油）主要用于汽輪機的軸承和減速齒輪箱的潤滑和冷卻。在柴油機中用來潤滑廢氣渦輪增壓器和調速器。潤滑油理化指標見表1。

表1 潤滑油理化指標

2.3 潤滑油安全工作溫度

汽輪機油閃點一般高于 150℃[1]，68號汽輪機油閃點為195℃。潤滑油的使用規定在工作溫度低于閃點20～30℃，經調研，某船汽輪機箱工作溫度為55℃～75℃，符合安全工作范圍。

2.4 油霧組分

對油霧進行組分檢測試驗，試驗用油為汽輪機油，牌號為L-TSA68，試驗條件是模擬船用實際工況，將汽輪機油加熱到60℃，對其產生的油霧進行組分分析和定型鑒定，測試手段采用氣相色譜/質譜/計算機聯用儀方法進行測定。定量試驗結果見表2。定性試驗結果見表3。

表2 定量試驗分析結果

表3 定型試驗分析結果

2.5 油霧危害性

由汽輪機油箱冒出的油霧，不斷散發到機艙空氣中，經過一定時間的積累，油霧濃度增加，影響機艙空氣質量，對人員的身體健康及執行任務造成一定影響。某船汽輪發電機機艙油霧污染嚴重，以致于船員到該機艙工作時不得不帶上口罩以免吸入油霧。從油霧組分來看，污染源油霧含有 35種有機物成分和 2種無機物成分，濃度含量遠遠超過國家標準，且某些污染成分含有較大的毒性，對艙室環境和船員健康產生極大危害。可見，為減少油霧污染環境，提高艙室空氣質量，營造良好空氣環境，提升船員健康和作戰力，對油霧進行凈化處理十分必要。

3 油霧處理技術

目前，國內外對油霧處理技術主要有：1) 機械分離技術；2) 濕式凈化技術；3) 過濾凈化技術；4) 活性炭吸附技術；5) 高壓靜電式凈化技術[2]。

3.1 機械分離技術

油霧從切線方向進入，經過強烈旋轉離心力將油霧粒子拋出，積聚成油珠后，經重力下流至底部。該種設備投資小、運行費用小、無二次污染、維修管理方便。缺點是阻力大、占地大。

3.2 濕式凈化技術

油霧粒子通過與噴嘴噴出的水霧、水膜相接觸，經過相互的慣性碰撞、滯留、細微顆粒的擴散和相互凝聚等作用，隨水滴流下，從而使油霧離子從氣流中分離出來。該種設備結構簡單、投資小、占地小、運行費用小、維修管理方便；缺點是阻力大、產生油污水二次污染；凈化效率在85%左右。

3.3 過濾凈化技術

油霧廢氣首先經過一定數目的金屬格柵阻截大顆粒污染物；然后經過纖維墊等濾料后，顆粒物由于被擴散、截留而被脫除。通常選用的濾料材料為吸油性能高的高分子復合材料。該種設備投資小、運行費用小、無二次污染、維修管理方便；缺點是阻力大、占地大、需要經常更換濾料；凈化效率可達90%以上。

3.4 活性炭吸附技術

用粒狀活性炭或活性炭纖維氈吸附油霧中的污染物粒子。此種設備特點與過濾法凈化設備相似，但該設備對油霧異味分子的去除有較好的效果。凈化效率可達95%。缺點是活性炭容易吸附飽和，更換成本較高。

3.5 高壓靜電式凈化技術

油霧污染物在通過高壓電場進行電離的過程中，油霧粒子在極短的時間內因碰撞俘獲氣體離子而導致荷電，受電場力作用向正極集油板運動，從而達到分離效果。其去除機理與其他方法的區別在于：分離力是靜電力，直接作用在油霧粒子上，而不是作用在氣流上，因此具有能耗小、阻力小的特點。在美國MIL軍用標準MIL-T-24398[3]和MIL-P-23917[4]中，對高壓靜電式船用油霧處理設備作出了詳細的規定，可見在美國艦船中高壓靜電式油霧處理設備還是有一定的應用。

4 技術方案的確定

通過對各種油霧處理技術的對比分析，可以確定：在艙室汽輪發電機油霧處理工況中，可采用過濾吸附式和高壓靜電式2種技術或以這2種技術為主其他技術為輔的復合技術。對這2種技術的詳細分析見表4。

表4 過濾式油霧凈化裝置和靜電式油霧凈化裝置技術比較

過濾吸附復合式技術樣機試驗表明：各項指標均滿足要求，可以解決油霧污染問題。此外，尾氣組分、電磁兼容和船用安全性進行了三個方面對比，在船用封閉艙室油霧處理場合下，過濾吸附技術比高壓靜電技術更具優勢。

過濾吸附式油霧凈化裝置原理（見圖1）及性能指標如下：

圖1 過濾吸附式油霧凈化裝置

該產品主要性能：

形式：微負壓真空抽吸式

處理風量：30 m3/h

凈化效率：99.8%

更換周期：100天

空氣噪聲：＜70dB（A）；

結構振動加速度：＜130 dB（A）

維修空間：0.6m

平均修復時間：MTTR≤2h

5 結 語

通過對各種凈化技術的研究，提出了采用過濾吸附式油霧凈化裝置，經過試驗，其凈化效果好，運行穩定可靠，十分適合船用汽輪機組油霧凈化處理。

[1] 冀和平，等. 防火防爆技術[M]. 北京：化學工業出版社，2004.

[2] 郝吉明，等. 大氣污染控制工程[M]. 北京：高等教育出版社，1989.

[3] 美國軍用標準. 船用蒸汽煙霧靜電除塵器[S]. MIl-p-23917-1963.

[4] 美國軍用標準. 船用蒸汽煙霧靜電除塵器[S]. MIl-p-23917-1967.