基于汽輪機(jī)嚴(yán)重度的電廠用汽輪機(jī)油抗氧化性異常原因分析與處理

高 楓，閆柄屹，苗 宇，孫 旗，李 娜

（大唐東北電力試驗研究院，吉林 長春 130102）

汽輪機(jī)嚴(yán)重度是指汽輪機(jī)油每年損失的抗氧化能力占新油驗收時抗氧化能力的百分比，一個有著相對高嚴(yán)重度的汽輪機(jī)系統(tǒng)，汽輪機(jī)油使用壽命短暫需要頻繁地進(jìn)行汽輪機(jī)油的補(bǔ)充和更換。與之相反，一個具有相對低嚴(yán)重度的汽輪機(jī)系統(tǒng)，汽輪機(jī)油使用壽命長且常規(guī)補(bǔ)充汽輪機(jī)油就可以滿足需求。目前，電廠汽輪機(jī)油主要用于汽輪發(fā)電機(jī)組的潤滑系統(tǒng)，承擔(dān)潤滑、密封和散熱冷卻作用。隨著汽輪發(fā)電機(jī)組容量的不斷增大，對汽輪機(jī)油的品質(zhì)要求越來越嚴(yán)苛，為滿足新的要求同時延長汽輪機(jī)油的使用壽命和減少補(bǔ)油量，各大油品生產(chǎn)企業(yè)通過升級基礎(chǔ)油和優(yōu)化工藝配方改善油品質(zhì)量，用Ⅱ類和Ⅲ類基礎(chǔ)油替代了Ⅰ類基礎(chǔ)油，并采用新的添加劑配方。目前電廠在用汽輪機(jī)油的質(zhì)量參差不齊，加上各個機(jī)組的運行工況不同，使得不同機(jī)組不同品牌的汽輪機(jī)油在使用過程中出現(xiàn)了抗氧化性能下降快等一系列問題，導(dǎo)致汽輪機(jī)油使用壽命低和補(bǔ)油量大的情況出現(xiàn)。本文研究運行汽輪機(jī)嚴(yán)重度，通過評估嚴(yán)重度指導(dǎo)用油單位對汽輪機(jī)油添加合適的抗氧化劑，從而保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運行[1-2]。

1 實驗部分

表1 試驗結(jié)果表明，隨著叔丁基對苯二酚添加量的增加，旋轉(zhuǎn)氧彈值逐漸升高，在添加量為0.1%時旋轉(zhuǎn)氧彈值達(dá)到運行油要求標(biāo)準(zhǔn)，在添加量為0.3%時達(dá)到新油要求標(biāo)準(zhǔn)[3-4]。

表1 叔丁基對苯二酚添加試驗

表2 試驗結(jié)果表明，隨著老化試驗時間的增長，旋轉(zhuǎn)氧彈值逐漸由393min 降至113min。當(dāng)老化時間為8 天時旋轉(zhuǎn)氧彈值突降至172min，說明叔丁基對苯二酚抗氧化劑在耐高溫性和穩(wěn)定性上有所欠缺。

表2 叔丁基對苯二酚老化試驗

表3 試驗結(jié)果表明，隨著烷基化二苯胺添加量的增加，旋轉(zhuǎn)氧彈值逐漸升高，且烷基化二苯胺的抗氧化性提升效果要優(yōu)于叔丁基對苯二酚，但是在添加過程中油品的顏色會變成綠色，原因是產(chǎn)生的苯胺和二苯胺顯色物質(zhì)導(dǎo)致油品顏色變綠，且二苯胺屬于劇毒物質(zhì)有揮發(fā)性。在添加量為0.1%時旋轉(zhuǎn)氧彈值達(dá)到運行油要求標(biāo)準(zhǔn)，在添加量為0.2%時達(dá)到新油要求標(biāo)準(zhǔn)。

表3 烷基化二苯胺添加試驗

表4 試驗結(jié)果表明，隨著老化試驗時間的增長，旋轉(zhuǎn)氧彈值基本處于穩(wěn)定的390～430min 之間，相應(yīng)的其他指標(biāo)也基本處于穩(wěn)定，當(dāng)老化時間到第10 天時，旋轉(zhuǎn)氧彈值減少到392min，依然具有良好的抗氧化性，說明烷基化二苯胺具有良好的耐熱性和穩(wěn)定性。

表4 烷基化二苯胺老化試驗

2 抗氧化劑復(fù)配試驗

據(jù)上述試驗結(jié)果，選取叔丁基對苯二酚和烷基化二苯胺進(jìn)行復(fù)配。總投加量固定質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，復(fù)配比例叔丁基對苯二酚：烷基化二苯胺為21：1、10：1、9：2、8：3、7：4、6：5。試驗結(jié)果如表5、表6、表7 所示。

表5 試驗結(jié)果表明，固定總投加量為0.3%，叔丁基對苯二酚和烷基化二苯胺復(fù)配后對抗氧化性的提升效果，要優(yōu)于單獨投加叔丁基對苯二酚或烷基化二苯胺，這是因為叔丁基對苯二酚抗氧化劑和烷基化二苯胺抗氧化劑的協(xié)效作用，即油中氧原子終不配對的單電子能與叔丁基對苯二酚中苯環(huán)上的電子云作用發(fā)生共軛效應(yīng)，這種共軛的結(jié)果使成對電子并不固定在氧原子上，而是部分分布到苯環(huán)上形成非活性自由基。同時烷基化二苯胺提供氫質(zhì)子，可迅速捕捉油中的氧原子并與之結(jié)合生成終產(chǎn)物，表現(xiàn)出了良好的分子間協(xié)同抗氧效應(yīng)。因此，兩種抗氧化劑復(fù)配使用在協(xié)效作用下更大程度上避免引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，極大增強(qiáng)了抗氧化作用[5]。除此之外，根據(jù)油質(zhì)的顏色變化可推斷出通過叔丁基對苯二酚和烷基化二苯胺復(fù)配比例的調(diào)整，可有效控制劇毒物質(zhì)苯胺和二苯胺的產(chǎn)生。當(dāng)叔丁基對苯二酚和烷基化二苯胺投加比例為21：1 和10：1 時，油質(zhì)顏色未發(fā)生變化，且抗氧化性能優(yōu)異，因此，選取10：1 復(fù)配比例下的復(fù)配藥劑進(jìn)行老化試驗，驗證其抗氧化持久性和耐高溫性是否良好，如表6 所示。

表5 叔丁基對苯二酚和烷基化二苯胺復(fù)配添加試驗

表6 試驗結(jié)果表明，按質(zhì)量比10：1 的叔丁基對苯二酚和烷基化二苯胺復(fù)配添加試驗相比于質(zhì)量比21：1 的叔丁基對苯二酚和烷基化二苯胺復(fù)配添加試驗具有更好的抗氧化性和抗氧化穩(wěn)定性。

表6 叔丁基對苯二酚和烷基化二苯胺復(fù)配添加試驗（10：1）

3 結(jié)論

通過篩選試驗確定選用叔丁基對苯二酚和烷基化二苯胺進(jìn)行抗氧化劑添加試驗和老化試驗，試驗結(jié)果說明了：（1）抗氧化性能叔丁基對苯二酚＜烷基化二苯胺。（2）叔丁基對苯二酚溶于油中不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，且對其它指標(biāo)無影響，烷基化二苯胺溶于油會產(chǎn)生有毒物質(zhì)苯胺和苯二胺且油的顏色會變綠。（3）抗高溫性叔丁基對苯二酚＜烷基化二苯胺。（4）抗氧化穩(wěn)定性叔丁基對苯二酚＜烷基化二苯胺。（5）按質(zhì)量比10：1 的叔丁基對苯二酚與烷基化二苯胺復(fù)配可得到耐高溫、抗氧化穩(wěn)定性高及抗氧化性優(yōu)異的抗氧化劑。