電力用油運(yùn)動黏度影響因素的試驗研究

彭登明，王海飛，林瓊芬，周臣，洪新華，楊圣超，劉祥亮

電力用油運(yùn)動黏度影響因素的試驗研究

彭登明1，王海飛1，林瓊芬2，周臣1，洪新華3，楊圣超3，劉祥亮3

（1. 中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司，上海 200086；2. 淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232000；3. 中電華創(chuàng)（蘇州）電力技術(shù)研究有限公司，江蘇 蘇州 215123）

為了做好電廠電力用油的技術(shù)監(jiān)督、更深刻地理解運(yùn)動黏度的檢測，通過對運(yùn)動黏度測定過程中的各個影響因素分別進(jìn)行分析、試驗研究，發(fā)現(xiàn)試驗溫度、毛細(xì)管黏度計的干燥清潔、氣泡的存在、毛細(xì)管黏度計的選用等都會對運(yùn)動黏度的檢測結(jié)果造成影響。相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)當(dāng)充分了解這些影響因素的影響方式和影響程度，做好電力用油運(yùn)動黏度的測定工作。

運(yùn)動黏度；電力用油；試驗研究；溫度；黏度計

黏度是指油品在外界力作用下，作相對層流運(yùn)動時，油品分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)。黏度有多種表示方式，其中在電力行業(yè)應(yīng)用最廣泛的是運(yùn)動黏度。運(yùn)動黏度是電力用油重要的性能指標(biāo)和使用指標(biāo)之一。大部分的渦輪機(jī)油和抗燃油的牌號是根據(jù)某一溫度下運(yùn)動黏度的平均值來確定的。

《電廠用渦輪機(jī)油維護(hù)管理導(dǎo)則》（GB/T 14541—2017）規(guī)定，新油驗收時必須檢測運(yùn)動黏度，新油投入運(yùn)行后也須定期檢測運(yùn)動黏度，如果運(yùn)動黏度低，說明油品可能被污染或是嚴(yán)重劣化，嚴(yán)重時須要進(jìn)行換油。《電廠用磷酸酯抗燃油運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則》（DL/T 571—2014）也有類似規(guī)定，且運(yùn)行抗燃油的運(yùn)動黏度檢測周期更短。

由于運(yùn)動黏度的重要性和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，準(zhǔn)確檢測油品運(yùn)動黏度是發(fā)電廠的一項重要工作，關(guān)系到機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而目前，在很多發(fā)電廠的實驗室中，運(yùn)動黏度檢測結(jié)果重復(fù)性和準(zhǔn)確性達(dá)不到檢測標(biāo)準(zhǔn)要求的情況時有發(fā)生。本文針對這一問題，深入研究了影響運(yùn)動黏度的各個影響因素，通過試驗分析它們的影響方式和影響程度，以期幫助電廠化學(xué)從業(yè)人員更深刻、全面地了解運(yùn)動黏度，做好運(yùn)動黏度的檢測工作，保障電廠發(fā)電機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 實驗室檢測中影響運(yùn)動黏度的因素

1.1 運(yùn)動黏度的檢測

電力用油的運(yùn)動黏度的檢測一般依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《石油產(chǎn)品運(yùn)動黏度測定法和動力黏度計算法》（GB/T 265—1988）。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測方法為：在某一恒定溫度下，測定一定體積的液體在重力下流過一個標(biāo)定好的玻璃毛細(xì)管黏度計的時間，黏度計的毛細(xì)管常數(shù)與運(yùn)動時間的乘積即為該溫度下測定液體的運(yùn)動黏度。

2019年7月份，對9家火力發(fā)電廠進(jìn)行了運(yùn)動黏度盲樣（礦物潤滑油，40 ℃下）測試比對，盲樣標(biāo)準(zhǔn)值為45.36 mm2·s-1，比對結(jié)果如表1所示。

表1 9家火力發(fā)電廠運(yùn)動黏度盲樣測試比對結(jié)果

從比對結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不同電廠在檢測運(yùn)動黏度時存在一定程度的偏差，部分結(jié)果偏差較大。筆者認(rèn)為，有必要對檢測中造成這種偏差的各種因素進(jìn)行研究，了解各個因素的影響原理，以盡可能準(zhǔn)確地測定油品運(yùn)動黏度。

1.2 實驗室內(nèi)運(yùn)動黏度的影響因素

1.2.1 試驗溫度

油品的黏度跟溫度緊密相關(guān)，隨溫度的升高而降低。對油品的黏度，必須指明是多少溫度下的黏度，否則沒有意義。

圖1 某46號汽輪機(jī)油運(yùn)動黏度與溫度的關(guān)系

試驗過程中，應(yīng)保持恒溫槽溫度準(zhǔn)確、恒定，一般溫度變化不超過0.1 ℃，可通過經(jīng)計量的水銀溫度計對恒溫槽溫度進(jìn)行確認(rèn)或校正。

樣品在恒溫槽內(nèi)恒溫一定時間至規(guī)定試驗溫度后方可開始試驗。對于樣品的恒溫時間，根據(jù)試驗溫度有不同規(guī)定，見表2。

表2 黏度計在恒溫水浴中的恒溫時間

該恒溫時間規(guī)定是為了保證黏度計內(nèi)樣品溫度能達(dá)到目標(biāo)溫度，故應(yīng)至少保證表中規(guī)定的恒溫時間。在某些特殊情況下應(yīng)適當(dāng)增加恒溫時間，如室溫為35 ℃時，測定20 ℃下試樣的運(yùn)動黏度，應(yīng)適當(dāng)增加恒溫時間。

為了研究控溫精度對試驗結(jié)果的影響，筆者對某32號汽輪機(jī)油和某46號抗燃油在39.0、39.5、40.0、40.5、41 ℃溫度下分別測試運(yùn)動黏度，結(jié)果如表3所示。

從該組試驗結(jié)果可以看出，與40.0 ℃時的運(yùn)動黏度數(shù)據(jù)相比，無論是汽輪機(jī)油還是抗燃油，溫度相差0.5 ℃時，試驗結(jié)果相差不大，而溫度相差1.0 ℃時，試驗結(jié)果有一定差距了。當(dāng)溫度相差更大時，則試驗結(jié)果的差距亦會變大。

表3 同一油樣在不同控溫下的運(yùn)動黏度

1.2.2 毛細(xì)管黏度計

試驗時，黏度計應(yīng)垂直浸入恒溫槽中，且試驗過程中不要振動黏度計。毛細(xì)管黏度計若發(fā)生傾斜, 會改變液柱的高度, 從而改變了靜壓力的大小, 使流動時間和測定結(jié)果產(chǎn)生偏差。

黏度計要干燥清潔，試驗完的黏度計要用經(jīng)2號砂芯漏斗過濾的洗液浸泡一天，若洗液清洗不干凈，則改用5%氫氧化鈉乙醇溶液浸泡，再用蒸餾水沖洗干凈，直至毛細(xì)管壁不掛水珠，洗凈的黏度計置于110 ℃烘箱中烘干。

黏度計的毛細(xì)管內(nèi)徑很小，通常在1.2 mm左右，不易洗凈，針對這一問題，筆者與同事設(shè)計了一套毛細(xì)管黏度計自動清洗干燥裝置。該裝置以石油醚為洗液，洗凈之后可以自動烘干，且可以設(shè)置清洗時長。經(jīng)過試驗比對，該裝置在清洗時長大于900 s時可認(rèn)為黏度計已清洗干凈。為了研究黏度計清洗程度不同時油樣運(yùn)動黏度的表現(xiàn)，筆者設(shè)計了一組試驗：選取一潔凈黏度計，先測試某潤滑油（1號油樣）40 ℃下的運(yùn)動黏度，然后黏度計用另一油樣（2號油樣）沖洗3遍，再用黏度計清洗裝置清洗，分別設(shè)置清洗時長為300、600、900 s，然后用該黏度計對1號油樣進(jìn)行運(yùn)動黏度的檢測，結(jié)果如表4所示。

表4 黏度計清洗程度不同時1號油樣的運(yùn)動黏度

從表4可以看出，黏度計清洗不凈時，運(yùn)動黏度出現(xiàn)了很大的偏差。

1.2.3 試樣中的氣泡

試樣中不允許有氣泡存在。氣泡會影響裝油體積，形成氣塞，增大流動阻力，使測定結(jié)果偏高。選擇了4個油樣，人為地在試樣中制造氣泡，以考察這些油樣在有氣泡和無氣泡時的運(yùn)動黏度（40 ℃）表現(xiàn)，得到以下檢測結(jié)果（表5）。

由表5的數(shù)據(jù)可以看出，存在氣泡時，油樣的運(yùn)動黏度明顯偏高，且?guī)捉M試驗的重復(fù)性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了《石油產(chǎn)品運(yùn)動黏度測定法和動力粘度計算法》（GB/T 265—1988）的要求“同一操作者，用同一試驗重復(fù)測定兩個結(jié)果之差，不應(yīng)超過算術(shù)平均值的1.0%（測定黏度的溫度：100~15 ℃）”。盡管在比對試驗中制造的氣泡比較大（見圖2），但氣泡的存在對結(jié)果的影響是顯而易見的，即使很小的氣泡也會使結(jié)果產(chǎn)生偏差。

表5 同一油樣有無氣泡時運(yùn)動黏度（40℃）檢測結(jié)果比對

圖2 有氣泡的運(yùn)動黏度試樣

1.2.4 毛細(xì)管常數(shù)

為了考察毛細(xì)管常數(shù)對試驗結(jié)果的影響，筆者選用6種規(guī)格的毛細(xì)管黏度計對同一試樣（標(biāo)準(zhǔn)油，已知40 ℃下運(yùn)動黏度為45.15 mm2·s-1）進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，當(dāng)毛細(xì)管常數(shù)過大或者過小時，運(yùn)動黏度的檢測結(jié)果均會出現(xiàn)較大偏差：0.6 mm和0.8 mm內(nèi)徑的毛細(xì)管檢測結(jié)果偏離標(biāo)準(zhǔn)值超過10%，2.0 mm內(nèi)徑的毛細(xì)管檢測結(jié)果偏差也有1.7%。

表6 不同規(guī)格毛細(xì)管對同一試樣的檢測結(jié)果

根據(jù)《石油產(chǎn)品運(yùn)動黏度測定法和動力黏度計算法》（GB/T 265—1988）規(guī)定，測定試樣的運(yùn)動黏度時，應(yīng)根據(jù)試驗溫度選用適當(dāng)毛細(xì)管常數(shù)的黏度計，務(wù)使試樣的流動時間不少于200 s，內(nèi)徑0.4 mm的黏度計流動時間不少于350 s。該規(guī)定目的是使試樣在毛細(xì)管中的流動為層流，因為用于計算試樣黏度的泊塞耳方程式是在一定層流狀態(tài)下，由牛頓摩擦定律經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出的。若試樣在毛細(xì)管中流速過快，會出現(xiàn)紊流，就不能應(yīng)用泊塞耳方程式計算，同時，由于存在著流動時間的秒表讀數(shù)誤差，時間越短，所測結(jié)果的相對誤差就越大；若試樣在毛細(xì)管中流動過慢，測定時間內(nèi)不易保持溫度的恒定，會由于溫度的波動造成測定的誤差。所以一般情況下，測定時潤滑油在毛細(xì)管中流動時間控制在200~500 s比較適中，這樣既可以保證試樣在毛細(xì)管內(nèi)的流動為層流狀態(tài)，又能夠盡量減少秒表讀數(shù)誤差和溫度波動造成的誤差。在電廠調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，部分電廠存在毛細(xì)管黏度計規(guī)格不全、數(shù)量不足導(dǎo)致在檢測過程中未選用適當(dāng)毛細(xì)管常數(shù)的黏度計的情況。因此，實驗室內(nèi)檢測運(yùn)動黏度時，分析人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行此規(guī)定。

1.3 各影響因素對測定結(jié)果的影響程度分析

本文從不確定度的角度來分析各影響因素對測定結(jié)果的影響程度。

1.3.1 數(shù)學(xué)模型

計算公式：

—黏度計常數(shù)，mm2·s-1；

1.3.2 不確定度來源分析

測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度r，按A類不確定度評定方法進(jìn)行評定；

測定時間引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度1，按B類不確定度評定方法進(jìn)行評定；

黏度計系數(shù)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度2，按B類不確定度評定方法進(jìn)行評定；

溫度測量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度3，按B類不確定度評定方法進(jìn)行評定。

1.3.3 不確定度分量

不確定度分量計算結(jié)果見表7。

表7 測定時間及運(yùn)動黏度計算結(jié)果

1）重復(fù)測量引入的相對不確定度r ,設(shè)其為正態(tài)分布，則：

（X）=0.003 1 。

取3次測量平均值作為檢測結(jié)果，則有：

2）由測定時間引入的相對不確定度1。用于記錄時間的電子秒表檢定結(jié)果：標(biāo)準(zhǔn)值10 min時測量值為10 min 00.00s、標(biāo)準(zhǔn)值29 min時測量值 29 min 00.00 s，誤差值0.00 s。假設(shè)流動時間為t s、最大允許誤差為0.07 s、矩形分布。

3）毛細(xì)管黏度計常數(shù)校準(zhǔn)引入的相對不確定度2。所選用的毛細(xì)管黏度計相對擴(kuò)展不確定度均為0.6%、=2，則相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.003。毛細(xì)管黏度計儀器常數(shù)選mm2·s-1時其標(biāo)準(zhǔn)不確定度的值為×0.006/2，則黏度計常數(shù)校準(zhǔn)引入的相對不確定度：

4）溫度測量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度3。測量運(yùn)動黏度時所用的溫度計控溫精度為±0.1℃，根據(jù)本實驗室試驗結(jié)果：運(yùn)動黏度變化率為 0.18 mm2·s-1·℃-1。

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

1.3.4 合成不確定度

將上述不確定度分量列于表8。

從表8可以看出，毛細(xì)管黏度計常數(shù)對運(yùn)動黏度測定的不確定度貢獻(xiàn)最大，之后依次為溫度測量、時間測量、重復(fù)性。

在實驗室檢測運(yùn)動黏度過程中，黏度計清洗不凈和氣泡屬于錯誤操作，其對結(jié)果的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于毛細(xì)管黏度計常數(shù)和溫度測量的影響，因此從影響程度來分，黏度計清洗不凈、氣泡>毛細(xì)管黏度計常數(shù)＞溫度。

表8 運(yùn)動黏度測定的不確定度分量表

2 設(shè)備運(yùn)行中影響運(yùn)動黏度的因素

運(yùn)動黏度屬于油品的物理性能，一般情況下不易發(fā)生改變。但在電廠機(jī)組的運(yùn)行過程中，油品的運(yùn)動黏度會隨著運(yùn)行時間的增長而或多或少地發(fā)生改變，導(dǎo)致運(yùn)動黏度發(fā)生改變的常見因素有以下幾種。

2.1 油中混入了機(jī)械雜質(zhì)

機(jī)械雜質(zhì)的存在，會影響液體石油產(chǎn)品在黏度計中的正常流動。機(jī)械雜質(zhì)易粘附在毛細(xì)管內(nèi)壁，堵塞毛細(xì)管，增加油樣流動阻力，會使油樣流動時間增長，造成測定結(jié)果偏高。測試前，應(yīng)當(dāng)用濾紙過濾試樣以除去機(jī)械雜質(zhì)。

2.2 油中水分含量大

油品的乳化會影響試樣在毛細(xì)管中的流動，從而導(dǎo)致運(yùn)動黏度的改變。此外，如果在較高溫度下測定黏度時，水分會汽化；測定較低溫度下的黏度時，水分會凝結(jié)，都會影響試樣在毛細(xì)管黏度計中的正常流動。水分含量大時應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行脫水，再進(jìn)行運(yùn)動黏度的檢測。

2.3 混入其他油品

不同的油品運(yùn)動黏度不同，運(yùn)行油中混入其他種類的油品，必然引起原運(yùn)行油運(yùn)動黏度的改變。

3 結(jié) 論

1）在實驗室內(nèi)檢測時，試驗溫度、毛細(xì)管黏度計的干燥清潔、氣泡的存在、毛細(xì)管黏度計的選用等都會對運(yùn)動黏度的檢測結(jié)果造成影響。

2）在電廠機(jī)組運(yùn)行過程中，混入的機(jī)械雜質(zhì)、水分、其他種類油品等因素會使油品運(yùn)動黏度發(fā)生改變。

相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)當(dāng)充分了解這些因素對運(yùn)動黏度的影響方式和影響程度，深刻理解運(yùn)動黏度的檢測，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求開展試驗，一方面可以獲得準(zhǔn)確可信的運(yùn)動黏度數(shù)據(jù)，另一方面在事故分析中能快速、準(zhǔn)確地找到運(yùn)動黏度改變的原因，從而做好電力用油的技術(shù)監(jiān)督。

［1］汪紅梅. 電力用油（氣）[M].北京: 中國電力出版社，2015.

［2］周志琴. 影響石油產(chǎn)品運(yùn)動黏度測量準(zhǔn)確性的因素及改進(jìn)措施[J].全面腐蝕控制，2017，31（9）：33-35.

［3］GB265—1988，石油產(chǎn)品運(yùn)動粘度測定法和動力粘度計算法[S].

［4］DL/T571—2014，電廠用磷酸酯抗燃油運(yùn)行與維護(hù)導(dǎo)則[S].

［5］GB/T14541—2017，電廠用礦物渦輪機(jī)油維護(hù)管理導(dǎo)則[S].

［6］GB11120—2010，渦輪機(jī)油[S].

Experimental Study on some Influence Factors of Kinematic Viscosity Determination of Oil Used in Electric Power Industry

1,1,2,1,2,2,2

（1. China Power Huachuang Electricity Technology Research Co., Ltd., Shanghai 200086, China;2. Huainan Pingwei Power Generation Co., Ltd., Huainan 232000, China;3. China Power Huachuang(Suzhou) Electricity Technology Research Co., Ltd., Suzhou Jiangsu 215123, China）

In order to do a good job in the technical supervision of power plant oil and understand the detection of kinematic viscosity more deeply, various influencing factors in the process of kinematic viscosity measurement were analyzed and researched, it was found that the test temperature, the drying and cleaning of capillary viscometer, the existence of bubbles and the selection of capillary viscometer could affect the detection results of kinematic viscosity. Relevant practitioners should fully understand the influence mode and degree of these factors, and do a good job in determining the kinematic viscosity of power oil.

kinematic viscosity; oil used in electric power industry; Experimental study; Temperature; Viscometer

2020-08-07

彭登明（1991-），男，河南省信陽市人，助理工程師， 2013年畢業(yè)于上海電力學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：電力用油（氣）實驗室、現(xiàn)場檢測及設(shè)備故障診斷。

TE626.3

A

1004-0935（2020）12-1479-05