高硫燃氣內燃機油運行數據異常分析與診斷

王小飛

中國石化潤滑油有限公司濟南分公司

垃圾填埋氣、沼氣等惡臭污染氣體被收集用于發電，但氣體中因含硫量較高，導致機組無法長期平穩運行。中國石化潤滑油有限公司為勝動公司代工生產的高硫燃氣內燃機油能夠滿足高硫氣體工況使用要求。某醇類生產企業自建污水處理廠燃氣發電機組高硫燃氣內燃機油運行過程中出現檢測數據異常情況，本文通過對檢測數據的分析，結合現場查勘，確定了數據異常的原因，提出了對設備的診斷性建議，保證了設備的安全穩定運行，獲得用戶認可。

隨著社會各界環保觀念的日益增強，原先散發惡臭污染環境的垃圾填埋氣、沼氣等被收集起來，作為燃氣發電機的燃料，既解決了臭氣污染環境所造成的環保問題，也被轉換為電能，創造出可觀的經濟效益，因此，垃圾填埋氣、沼氣等燃氣發電近年發展迅速。但由于垃圾填埋氣、沼氣等硫化氫含量高，會造成燃氣內燃機油在較短時間內失效，因此市場急需一款適用于高含硫的垃圾填埋氣、沼氣發電的長壽命燃氣機油。中國石化潤滑油有限公司為勝動公司代工生產的一款勝動牌高硫燃氣內燃機油較好地滿足了市場需求。在勝動高硫燃氣機油運行過程中，某用戶檢測數據明顯異常。通過對檢測數據的分析，結合現場查勘，找到數據異常原因，最終形成對設備的診斷性建議，幫助用戶避免了后期的嚴重設備損壞，獲得了用戶高度評價。

用油企業情況介紹

某醇類生產企業自建污水處理廠，其污水處理過程中對產生的沼氣進行收集利用，使用濟柴400 kW燃氣發電機發電。

由于沼氣硫含量高達4 000 mg/kg以上，特選用勝動牌高硫燃氣內燃機專用油應用于濟柴400 kW燃氣發電機組。在使用過程中，對800 h、1 000 h在用油分別取樣分析，發現數據嚴重異常，長城潤滑油工作人員立刻趕赴現場進行調查。

在用油檢測數據解析

從油冷器及油底殼采取了在用油油樣。雖然取自不同部位，但對正常運行的潤滑系統而言，取樣點的不同造成的油品數據差異較小。油品分析檢測數據見表1。

由表1可見，出現了3項數據異常偏離：

◇鈉含量。潤滑油油品自身鈉含量為微量，在用油鈉含量通常不會超過40 mg/kg。而本次分析的油品檢出量為上限的40倍以上，接近油品中的鈣含量（油品添加劑固有元素），可判定鈉為外界引入。

◇銅含量。鐵、銅元素通常來源于潤滑過程中，金屬運動構件磨損的磨屑進入潤滑油系統，而從運動構件自身的鐵、銅元素比例看，鐵含量更高，故通常在用油檢測中，鐵含量會顯著高于銅含量。而本次分析結果顯示，油品銅元素含量顯著高于鐵含量，由此可以判斷，高出正常值的銅來源于其他非潤滑系統。

◇水含量。本次分析中，水含量為2%（質量分數），而通常在用潤滑油水含量低于0.1%（質量分數），由于油品自身運行過程中不會產生水，故判斷水為外界引入。

數據異常原因的確定

現場查勘走訪發現，該企業發動機冷卻液為經離子交換樹脂軟化后的工業水，樹脂再生選用工業鹽（NaCl）。軟化水經過油冷器與熱油換熱后，進入散熱塔，并重復循環使用。

燃氣發動機中潤滑油經油冷器進行熱交換，油冷器為提升散熱效率，管程構件為銅制，將油品當中熱量轉移至冷卻液（軟化水），再至冷卻塔散熱。現場了解得知，油冷器為新設備，使用時間僅5個月。

結合現場情況，分析認為：油中鈉來源于冷卻液軟化水當中的鈉離子；超標的銅主要來源于油冷器散熱片的銅片腐蝕；水來源于油冷器中的水。

分析造成腐蝕的根源，懷疑冷卻水當中可能含有氯元素，在80 ℃高溫作用下，于油冷器油水接觸界面發生電化學腐蝕，由點蝕逐漸擴大，最終蝕透，造成油水串通。為驗證這一結論，對800 h、1 000 h在用油樣品進行氯元素含量分析，結果見表2。

由表2可見，油冷器在用油氯含量高于油底殼中在用油氯含量，同時可以推測冷卻液中氯含量要高于543 mg/kg。因此，本次在用油數據異常的根源在于冷卻液當中的氯離子含量超高，在80 ℃高溫作用下，于油冷器油水接觸界面發生電化學腐蝕，隨著時間推移，銅管銹蝕穿孔，冷卻液中的鈉、氯、水以及銹蝕的銅進入潤滑油系統中，最終造成了表1的在用油檢測結果異常。

表1 油品分析檢測數據

表2 在用油氯元素含量分析

診斷性建議

針對上述原因，提出如下診斷性建議：

◇排除鈉、銅、水3項設備異常造成的指標偏高外，其他項目指標顯示，油品處于可用運行狀態，但考慮到油冷器已處于故障狀態，建議油品停用。

◇建議停機維修更換油冷器。

◇建議用戶查找氯含量超高的根源，徹底解決水中高含氯問題，為機組設備正常穩定運行提供保障。

結束語

潤滑油如同燃氣發動機的血液，通過對在用油品的檢測，能夠客觀評價燃氣發動機的運行狀態，對出現的異常情況及時處理，可以避免重大燃氣發電機故障。本案例中所用的勝動牌高硫燃氣發動機專用潤滑油，在高含硫氣體工況下，能夠較好地為發動機運行提供潤滑保障，油品使用壽命較長。該案例中的油品分析數據表明，排除外界引入潤滑油中的異常元素，油品自身在運行至1 000 h時仍處于可用狀態，仍然可以進一步延長使用。