從國際燃氣輪機油品規格看燃氣輪機油的發展

杜雪嶺

中國石化潤滑油有限公司上海研究院

隨著天然氣發電的發展和分布式能源的應用普及，燃氣輪機設備在環保及提高熱效率方面都具有其獨特的優勢。目前國際上主要由GE、SIEMENS、MHPS等大型燃氣輪機制造商占據主流市場，國內重型燃機制造主要采用和國際公司合作或技術引進模式進行。本文介紹了國際燃氣輪機制造及發展情況，對主要燃氣輪機制造商的潤滑油品規格發展進行了梳理，總結其對油品的性能要求，提出燃汽輪機油的發展方向。

燃氣輪機是以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功的內燃式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發動機。燃氣輪機分為輕型燃氣輪機和重型燃氣輪機，其中重型燃氣輪機主要為陸用發電和工業驅動裝置提供動力。

世界重型燃氣輪機技術發展遵循提高熱效率的路線，朝著透平氣動效率更高、功率更大、材料高溫性能更加優越的方向發展。GE（通用電氣）、SIEMENS（西門子）、MHPS（三菱日立）、ANSALDO(安薩爾多）等國際主要燃氣輪機制造商的燃氣輪機產品占據了國際主要的市場。大部分燃氣輪機制造商針對其自身燃氣輪機的特點，建立了各自的燃氣輪機油規格，并且油品需要取得技術認證才能用于其設備中。在燃氣輪機技術發展的影響下，燃氣輪機軸承環境溫度不斷提高，可達到250 ℃以上，使得燃氣輪機油的工作環境日趨苛刻。

國內重型燃氣輪機產業制造方面，分別以哈爾濱電氣集團、上海電氣集團、東方電氣集團為核心，形成了相應的燃氣輪機制造產業群，目前全行業具備了年產四十套左右燃用天然氣的F和E級重型燃氣輪機以及與之配套的燃氣-蒸汽聯合循環全套發電設備的能力，可以基本滿足我國電力工業的市場需求。國內燃氣輪機制造商燃氣輪機的生產主要采用和國際電氣公司合作或技術引進的模式，如上汽與SIEMENS、ANSALDO合 作 生 產F級燃氣輪機，東汽與MHPS 合作生產F級、J級燃氣輪機，哈汽和GE合作生產F、H級燃氣輪機，因此相關的重型燃氣輪機用燃氣輪機油的性能要求主要參考國外標準或OEM（原始設備制造商）油品規格要求。東汽正在進行的G50燃機開發項目是目前國產化功率最大、效率最高的燃氣輪機，其發展也將后續為國產燃機制造技術及用油規格技術發展帶來一定影響。

國際燃氣輪機制造及發展

國際燃氣輪機OEM制造商情況

從1939年世界第一臺發電用重型燃氣輪機誕生以來，經過半個多世紀的技術進步和企業重組，GE、SIEMENS和MHPS公司各自形成了完整的技術體系和產品系列并壟斷了全球市場。GE公司于2015年收購法國ALSTOM（阿爾斯通能源）公司后，向ANSALDO公司出售了阿爾斯通公司燃氣輪機業務部門的核心部分，ANSALDO也由此成 為 繼SIEMENS、GE和MHPS后第四個擁有H級燃氣輪機技術的公司。另外在中小型燃氣輪機領域，制造商主要有日本Kawasaki Heavy Industry（川崎重工）、美國Solar Turbine（索拉燃機）、德國MAN Energy Solution（曼恩能源方案公司）、荷蘭OPRA Turbine等公司。

根據巴克萊銀行分析報告，2019年上半年GE的燃氣輪機訂單量占全球49.66%，SIMENS為 26.13%，MHPS為 12.36%，ANSALDO為6.41%，具體情況見圖1。

國際大中型燃氣輪機典型產品性能參數見表1。

燃氣輪機發展趨勢

燃氣輪機未來發展趨勢如下：

◇進一步提高溫度、壓力，從而進一步提高機組的功率。提高燃氣初溫是實現提高熱效率的一個重要因素，H級燃機燃氣溫度達到1 550～1 600 ℃，熱效率達到42%以上，燃氣初溫的下一個目標是1 700 ℃，熱效率可達44%～45%。國際燃氣輪機市場正由當代級（E/F）向先進級（H/J）發展。

◇進一步降低NOX（氮氧化物）等污染排放。世界各燃氣輪機制造商致力于開發高效低污染穩定燃燒技術，開發干式低污染(DLN)燃燒室技術，明顯降低污染排放。

◇可靠性和可維修性不斷提高。燃氣輪機先進材料、涂層、冷卻技術以及模塊化設計方法的應用，極大提高了燃氣輪機的可靠性和可維修性。

燃氣輪機油規格發展

國際燃氣輪機OEM制造商油品規格

國際上大部分燃氣輪機OEM制造商針對其自身燃氣輪機設計特點，建立了各自的燃氣輪機油規格。國際主要OEM制造商燃氣輪機油品規格情況見表2。

GE油品規格

GE針對燃氣輪機油品的用油要求按照設備情況及工作狀況分別進行規定。GE在2015年收購阿爾斯通部分業務后，采用原阿爾斯通技術的設備油品規格轉化為GE HTGD 90117油品規格，GEK系列油規格中GEK32568k明確規定了軸承環境溫度大于260 ℃的燃氣輪機用油，GEK121608明確規定了軸承環境溫度大于260 ℃的聯合循環汽輪機和燃氣機用油。其中HTGD 90117油品規格要求最為嚴格，規定了鋅元素的含量、蒸汽抗乳化、抗泡性能和過濾性等理化指標；氧化性能方面，該規格規定了旋轉氧彈值不小于1 000 min和TOST氧化壽命不小于7 000 h，要求油品具有優異的抗乳化性能、抗泡性能、過濾性能和氧化安定性能。

SIEMENS油品規格

SIEMENS針對燃氣輪機油品規格 有TLV901304和TLV901305。TLV901305規格適用于軸承、聯軸器等部件最高溫度達130 ℃的渦輪機設備，而TLV901304規格適用于最高溫度為110 ℃的渦輪機設備，TLV901305規格要求相較于TLV901304規格具有更好的熱安定性。兩個油品規格都規定了蒸汽抗乳化指標不小于300 s和TOST氧化壽命時間大于3 000 h。TLV901305作為高熱安定性油品規格規定了旋轉氧彈的具體指標。從油品規格可以看出，SIEMENS要求燃氣輪機油具有優異的氧化安定性能和良好的抗乳化性能。

圖1 2019年上半年世界燃氣輪機訂單量

表1 國際大中型燃氣輪機制造商典型產品性能參數

MHPS燃氣輪機油品規格

MHPS針對不同等級設備提出了不同的燃汽輪機油油品規格，并隨著機組設備技術的不斷提升不斷更新其規格版本，目前MS04-MACL005(R3)和MS04-MA-CL006（R0）代表了最高等級的油品規格。MHPS對燃氣輪機用油規格要求相對全面并且要求嚴格：

◇除規定嚴格的抗泡性、抗乳化性和鋅含量外，尤其是氧化安定性指標，CL005規定酸值達2.0 mgKOH/g時間要求為不小于7 000 h，CL006規定酸值達2.0 mgKOH/g時間要求為不小于14 000 h。

表2 國際主要OEM制造商燃氣輪機油品規格

◇針對熱氧化安定性能設置了一系列測試，規定采用ASTM D7873《加抑制劑油品在120 ℃無水條件下的氧化安定性和不溶物測定法》進行壽命和油泥的測定，CL005要求在該試驗條件下的氧化壽命大于1 000 h，旋轉氧彈衰減至25%時油品的油泥含量不大于100 mg/kg；CL006要求在該試驗條件下的氧化壽命大于2 100 h，旋轉氧彈衰減至25%時油品的油泥含量不大于100 mg/kg，并要求進行高溫氧化安定性（175 ℃，72 h）的試驗。

總體上，MHPS規格對于油品的熱氧化安定性和油泥生成量具有較高的要求。

結論

☆ GE、SIEMENS、MHPS、ANSALDO等國際主要燃氣輪機制造商的燃氣輪機產品占據了國際主要的市場，燃氣輪機未來將向高參數、高性能、低污染發展。

☆國際上大部分燃氣輪機OEM制造商針對其自身燃氣輪機設計特點，建立了各自的燃氣輪機油規格，各公司都規定了嚴格的抗泡、抗乳化性能要求，并通過鋅含量的規定嚴格限制含鋅有機添加劑的使用，在氧化安定性上有提高油品熱氧化安定性能的趨勢。其中SIEMEN 的要求相對較寬松，MHPS公司要求最為嚴格，設置了120 ℃下的Dry-Tost氧化安定性試驗方法和高溫氧化安定性（175 ℃，72 h）的指標，考察油品的高溫穩定性和低油泥析出趨勢，對油品的開發提出了更高的挑戰。

☆燃氣輪機的技術不斷發展進步對潤滑油品提出了更高的要求，燃氣輪機油需具備優良的抗乳化性能、抗泡性能和突出的高溫抗氧化性能，要求油品具有更長的使用壽命和更低的油泥析出趨勢。