旋轉氧彈法測定汽輪機油氧化安定性研究

李　嬙，梁曉燕，張杏梅（.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南　50003；.國能惠民生物發電有限公司，山東　濱州　5700）

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旋轉氧彈法測定汽輪機油氧化安定性研究

李嬙1，梁曉燕2，張杏梅1
（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003；2.國能惠民生物發電有限公司，山東濱州251700）

摘要：測定汽輪機油的氧化安定性雖然不能充分地表示汽輪機油的使用特性，但可以判斷汽輪機油在使用過程中的氧化傾向，從而間接了解精制深度及可能使用的年限，在一定程度上評定汽輪機油的使用價值，具有重要意義。旋轉氧彈法是一種快速氧化測定法，通過改變旋轉氧彈法測定潤滑油氧化安定性試驗的測試條件，分析影響測試結果的因素，通過添加不同質量分數的T501抗氧化劑，驗證T501對汽輪機油旋轉氧彈值的影響。

關鍵詞：旋轉氧彈值；氧化安定性；T501抗氧化劑

0　引言

隨著電力工業的快速發展，大容量汽輪機組日益增多，對運行汽輪機油的質量和性能提出了更高的要求。汽輪機油俗稱透平油，主要用于汽輪機和相聯動機組的滑動軸承、減速齒輪、調速器和液壓控制系統的潤滑，同時還有冷卻和調速作用。根據汽輪機油的作用，為確保汽輪機組的安全經濟運行，汽輪機油必須具備良好的氧化安定性，適宜的粘度和良好的粘溫性，良好的抗乳化性，良好的防銹防腐性，良好的抗泡性和空氣釋放性。汽輪機油在長達10至15年的使用過程中，不可避免地發生一系列氧化、聚合、分解等化學反應，汽輪機油嚴重氧化后會產生大量的酸性物質和不溶性油泥，造成設備卡澀和腐蝕，玷污潤滑系統并降低潤滑油冷卻器的效率，嚴重影響機組的正常工作。因此，汽輪機油的氧化安定性是重要的一項檢測指標。

1　潤滑油抗氧化劑概述

油品的氧化是一個自由基鏈反應過程，產生自由基和氫過氧化物［1］。為提高油品的氧化安定性，通常在油品中加入一定量的抗氧劑，以增加其抗氧化能力，延長使用壽命。常見的抗氧化劑有屏蔽酚型抗氧劑、芳胺型抗氧劑和苯三唑型抗氧劑。不同類型的抗氧劑應用于不同的領域；不同類型的抗氧劑對于不同類型的基礎油的感受性也不一樣［2］。由于受使用溫度和油溶性的限制，用于石油產品中的抗氧劑數量還是比較有限的［3］。T501抗氧劑化學名稱為2，6-二叔丁基對甲酚，屬于屏蔽酚型抗氧劑，是目前國內應用經驗成熟、應用范圍最廣泛的一種抗氧劑，其具有易溶于油、不產生沉淀、不吸潮、不揮發、無毒等特點，特別適合在汽輪機油中使用。

2　潤滑油氧化安定性試驗方法

評定油品氧化安定性的方法很多，有烘箱氧化法、加壓表示掃描量熱法（PDSC）、加抑制劑礦物油的氧化特性測定法（TOST）、多金屬氧化試驗法等20余種。

根據使用的主要氧化儀器設備和試驗條件的不同，我國潤滑油氧化安定性測試方法大體上可以分為4類：旋轉氧彈試驗法、氧化管試驗法、設備模擬試驗法和儀器分析試驗法［4］。

2.1旋轉氧彈試驗法

將試樣、水和銅催化劑線圈放入一個帶蓋的玻璃盛樣器內，置于裝有壓力表的氧彈中。氧彈充入620 kPa壓力的氧氣，放入規定的恒溫油浴中，以100 r/min的速度與水平面成30°角軸向旋轉，試驗達到規定的壓力降所需的時間（min）即為試樣的氧化安定性指標。試驗需要的時間越少，表示潤滑油的抗氧化能力越差。

2.2氧化管試驗法

氧化管試驗法［4］是指在金屬催化的條件下，向試樣中通入一定流量的空氣或氧氣，在一定溫度下，氧化規定時間后，用酸值、粘度、殘炭增加值等指標表征潤滑油的氧化程度。在氧化安定性標準中以氧化管試驗方法居多，試驗溫度一般在90～160℃之間；氧化管試驗法的油樣量都較大，為10～1 000 mL （10-100g）；除了SH/T 0123標準實驗法外，都加有不同的金屬催化劑。

2.3設備模擬試驗法

設備模擬試驗法［4］是指將油樣加入到模擬設備中，模擬不同潤滑油實際工作環境，在規定試驗時間和試驗溫度下進行熱氧化后，根據殘留物、漆膜膠重、粘度、總酸值和催化金屬片的變化等指標表征潤滑油的氧化程度。

2.4儀器分析試驗法

儀器分析試驗法是利用PDSC、高效液相色譜測定儀、傅里葉紅外光譜測定儀和TGA等測試儀器，加入微量油樣，在程序升溫、規定時間和金屬催化的條件下，通過誘導期或諾亞克參比質量損失分數指標表征潤滑油的氧化程度。儀器分析試驗法測定快速、需要樣品量少［4］。

其中，傅立葉紅外光譜法是根據不同物質會有選擇性的吸收紅外光區的電磁輻射來進行結構分析、對各種吸收紅外光的化合物的定量和定性分析的一種方法，具有特征性強、測定快速、不破壞試樣、試樣用量少、操作簡便、分析靈敏度較高等優點。紅外分析發現相對于胺型抗氧劑，酚型抗氧劑消耗得更快［5］，通過傅立葉紅外光譜法能快速有效的檢測汽輪機油中T501抗氧化劑的消耗情況，從而分析油品的氧化狀況。

3　試驗分析

2012年6月，國家汽輪機油新標準GB 11120—2011正式實施［6］，規定采用SH/T 0193—2008方法在150℃下對油品進行出廠檢驗和型式檢驗。然而旋轉氧彈法注重油品的氧化壽命，對氧化衰減過程中抗氧劑的消耗情況未作測定［7］。與旋轉氧彈法相比，通過傅立葉紅外光譜法測定油中抗氧劑的質量分數方便快捷，故對旋轉氧彈法測定油品的氧化安定性的影響因素和汽輪機油中T501抗氧化劑質量分數對旋轉氧彈值的影響分別進行了研究。

3.1試驗條件的改變對旋轉氧彈值的影響

旋轉氧彈法測定潤滑油氧化安定性，試驗所用銅絲的純度和質量以及氧彈的充氣壓力對測試結果影響很大。銅絲的純度和氧氣的純度可購買到符合要求的產品，所以針對銅絲的質量和充氣壓力的變化使用同一個氧彈對1到4號樣品分別進行了6次試驗，試驗結果見表1。

SH/T 0193—2008潤滑油氧化安定性的測定旋轉氧彈法中規定，銅絲長度3 m，重量（55．6±0．3）g；氧彈的充氣壓力為620 kPa，較難控制。

重復性計算公式：

r=0．12X（1）式中：r為重復性；X為重復測定結果的算術平均值，min。

判定方法為：同一操作者，用同一儀器對同一樣品進行測定，所得連續測定結果之差d，對于汽輪機油，不應超過r值，重復性驗證結果見表2，表中d1～d5依次為第1次到第6次的連續測定結果之差。

從表1和表2中數據可看出，使用相同的氧彈測定同一個樣品在銅絲重量為50～60 g之間，充氣壓力為620～640 kPa之間，對測試結果影響不大，連續測定結果d均不超過r，完全滿足方法的重復性要求。

表1　不同質量的銅絲及充氣壓力對旋轉氧彈值的檢測數據

表2　重復性驗證表

3.2T501抗氧化劑質量分數對旋轉氧彈值的影響

為了提高油品的抗氧化安定性，一般會在油品調和時加入T501抗氧劑，新油中添加量控制在0．3%～0．5%，運行油中T501抗氧化劑量應大于0．15%，當低于此質量分數，就應補加，否則將降低油品的運行壽命。由此可見T501抗氧化劑對提高油品抗氧化安定性的重要性。

試驗數據是在不含任何添加劑的基礎油中加入不同質量分數的T501抗氧化劑，油品的旋轉氧彈值的變化情況。試驗數據見表3，T501抗氧化劑質量分數與旋轉氧彈值的關系見圖1。

表3　不同質量分數T501抗氧化劑的油品旋轉氧彈值的試驗數據

圖1　 T501抗氧化劑質量分數與旋轉氧彈值的關系

從表3和圖1中可見，隨著T501質量分數的增加，油品的旋轉氧彈值增加，且呈線性關系。旋轉氧彈值100 min時，T501質量分數大約在0．15%左右。標準中規定的運行油中T501質量分數應不低于0．15%，油品的旋轉氧彈值在100 min以上時，可確保油品的氧化安定性。

4　結語

通過試驗研究，可以得出在旋轉氧彈實驗中，銅絲重量為50～60 g之間，充氣壓力為620～640 kPa之間，對測試結果影響不大，能夠完全滿足方法的重復性要求；在T501含量未飽和的前提下，隨著T501質量分數的增加，油品的旋轉氧彈值呈近似線性關系增加，且油品中T501質量分數為0．15%時，旋轉氧彈值大約在100 min，運行油的旋轉氧彈值應大于100 min，以保證油品的氧化安定性。

參考文獻

［1］梁文杰．石油化學［M］．北京：石油大學出版社，1995：167，236．

［2］焦廣文，梁宇翔，閻歡．用于不同基礎油的抗氧劑研究［J］．潤滑油，2006，21（6）：41-45．

［3］張潔華，陳閩杰，喻薇，等．基于抗氧化性指標的在用油剩余壽命紅外光譜評定法［J］，潤滑與密封，2013，38（9）：92-94，97．

［4］楊世亮，姚婷，楊宏偉，等．我國潤滑油氧化安定性試驗方法標準及研究進展［J］，當代化工，2014，43（9）：1 780-1 782，1 786．

［5］Vincent J Gatto，William E Moehle．Oxidation Fundamentals and Its Application to Turbine Oil Testing［C］∥Journal of ASTM International．

［6］GB 11120—2011渦輪機油［S］．

［7］益梅榮．汽輪機油氧化安定性測試方法研究［J］．潤滑油，2012，27（3）：27-32，37．

Lubricating Oil Determ ination w ith Oxidation Stability Rotating Pressure Vessel M ethod

LI Qiang1，LIANG Xiaoyan2，ZHANG Xingmei1
（1．State Grid Shandong Electric Power Reaserch Institute，Jinan 250003，China；
2．Guoneng Huimin Bio-Power Co．，Ltd．，Binzhou 251700，China）

Abstract:Although determination of the oxidation stability of lubricating oil can not fully demonstrate characteristics of the lubricating oil，it can be used to judge the oxidation tendency of lubricating oil in use and thereby indirectly helps us to know refined depth and possible use of life，and so to certain extent it has significance in evaluating the use value of the lubricating oil．Rotating oxygen bomb method is a fast oxidation method．By changing the test conditions of lubricating oil determination with oxidation stability rotating pressure vessel method，the influencing factors of test results are analyzed．By adjusting the content of antioxidant T501，validation is done of the effect of T501 antioxidant on the date of an oil rotary oxygen bomb．

Key words:rotary oxygen bomb value；oxidation stability；T501 antioxidant

中圖分類號：TE626．3+6

文獻標志碼：B

文章編號：1007-9904（2016）02-0062-04

收稿日期：2015-10-06

作者簡介：

李嬙（1991），女，從事電力用油油務分析工作；梁曉燕（1987），女，從事電力用油油務分析工作；張杏梅（1965），女，高級工程師，從事電力用油油務分析工作。