汽輪機油漆膜傾向指數、色度超標分析及處理

劉億鑫，胡彥云，倪平

(1.華電內蒙古能源有限公司，內蒙古 呼和浩特 010000；2.華電內蒙古能源有限公司包頭發電分公司，內蒙古 包頭 014000)

0 引言

在機組運行過程中，汽輪機油起到潤滑軸承、帶走熱量的作用，同時還作為調速系統的低壓保安油[1]。當油質不合格時，容易引起機組振動升高、燒瓦[2]、大軸彎曲等事故發生，嚴重威脅到機組的安全穩定運行，所以汽輪機油質指標是否合格，是技術監督的重要任務之一。

汽輪機油常見的問題為油質乳化和漆膜問題。文獻[3-5]詳細介紹了油質乳化的原因、處理方法和防范措施，對添加劑的用量、作用時間和作用效果都深入研究。漆膜傾向指數反映的是汽輪機油在設備上生成漆膜的風險，其值越大，生成漆膜的風險越高。文獻[6]將這種附著在設備表面，薄、硬、有光澤，同時不溶于油的有機沉淀物稱為漆膜。文獻[7-8]通過熱重法和凝膠色譜法檢測油泥漆膜中的成分，發現油泥中氮、硼、硫等元素含量較高，油泥中不含無機鹽和大分子膠質物。漆膜是一種高分子烴類聚合物，是油品的氧化產物，顏色從淺棕色、棕色至棕褐色。然而文獻[9]指出油品漆膜生成情況與油品顏色沒有明顯相關性。目前，對于如何降低漆膜傾向指數，預防漆膜產生的研究相對較少。因此本文通過大量實驗來探索新型濾材，通過物理方法在不改變油質化學性能的同時，降低漆膜傾向指數，從而解決設備漆膜問題。

1 某火電廠汽輪機油油質現狀

定期更換濾油機濾芯時，發現濾芯嚴重堵塞，上面附著有黃色黏狀物；同時在小修設備解體后發現，部分軸承、閥門、管道有油泥漆膜生成。從主油箱中取樣化驗，油品呈紅褐色，將油樣送與華電電科院檢驗，報告編號CHDER/HX-JC-202103115，結果如表1。根據相關標準，32號汽輪機油色度不得大于5.5，漆膜傾向指數應小于15，如表2，該汽輪機油兩項指標屬于嚴重超標，而產生的油泥漆膜會導致過濾器堵塞、供油不足、軸承磨損、閥粘結、調速失靈等嚴重后果，最終造成非正常停機[10]的損失，嚴重威脅機組安全穩定運行。電科院做了相關研究后仍未找出合適的解決辦法，建議更換新油。

表1 電科院部分檢測結果

表2 美國Fluitec 公司出的漆膜傾向指數ΔE與運行油液漆膜問題評價標準

2 油質劣化原因

隨著火電機組容量和參數的不斷提高，汽輪機油的工作環境更加惡劣，加速了油品質下降的進程。在發電機組中漆膜的產生有以下幾種原因：(1)加氫基礎油的廣泛使用，此類基礎油的飽和烴含量高，對極性添加劑和極性油泥的溶解度變差，所以導致漆膜生成[11];(2)為了提高油品的抗氧化性能，汽輪機油中的抗氧化劑加量越來越多，某些抗氧劑的產物容易生成漆膜;(3)汽輪機油在高溫[12]和金屬的催化下發生氧化，生成溶解性差的有機物;(4)油品接觸過熱的金屬表面導致基礎油發生熱裂解，進而生成漆膜;(5)汽輪機內的靜電流導致局部高溫，引發油品的降解[13]，進而生成漆膜。此外還有設備本身的設計缺陷等原因。

3 處理措施

漆膜是油品氧化形成的極性不溶物[14]，其在潤滑油中有一定的溶解度；當油中的這些不溶物達到飽和狀態時，就會析出沉積到油箱底部及摩擦副表面，而這個過程又是可逆的，隨著潤滑油中不溶物濃度的下降，沉積在油箱底部及摩擦副表面(尚未高溫結焦成積炭的)的不溶物又會重新溶解在油中[15]。根據這一特性，利用濾材對潤滑油中溶解的氧化物進行物理吸附，使其達到不飽和狀態，進一步溶解附著在設備表面的漆膜，最終實現清潔油泥漆膜，降低漆膜傾向指數的目的。

3.1 實驗室濾油實驗

通過實驗，找到合適的濾材，將油品指標降低。如圖1所示，首先對濾材進行靜壓實驗。將漏斗置于量筒上部，漏斗底部加入濾材，向漏斗內加入適量汽輪機油，靜止半小時。汽輪機油在重力的作用下通過濾材達到過濾吸附的目的。

圖1 實驗室靜壓實驗

在靜壓實驗初見成效后，進一步對濾材做動壓實驗，如圖2所示。接通電源，齒輪泵將原油打入過濾罐內，原油經過濾材過濾雜質后進入試劑瓶內。整個過濾過程壓力維持在2 MPa，由于濾材的選型不同，過濾所用的時間和效果各不相同。從大量實驗中發現，山東青島邦凱公司生產的新型無機硅膠對吸附油中的氧化物具有顯著的效果。硅膠濾材應用極性吸附原理將帶有正負電荷的雜質進行吸附，將油品中溶解的極性有機物過濾去除，從而達到去除油泥漆膜的效果。如圖3，該型濾材顆粒直徑越小，吸附效果越明顯，過濾出的油樣越清亮。

1.齒輪泵2.壓力表3.過濾罐4.原油5.過濾后油樣

圖3 油樣過濾前后對比

通過濾油后，將油樣寄予西安熱工院與華電電科院進行結果化驗，如表3、表4所示，報告中指出，濾油后的色度為2.0左右、漆膜傾向指數為1.6，兩項指標參數合格。并且高精度物理過濾后，對油品的其他關鍵性指標影響較小。

表3 西安熱工院實驗結果(TPRI/TK.2-RC-0625-202與TPRI/TK.2-RC-0676-2021)

表4 華電電科院濾油后實驗結果(CHDER/HX-JC-202105122)

3.2 現場處理

設計專用濾油機解決漆膜傾向指數超標的問題，如圖4所示，為濾油機設備的結構示意圖。設備包括齒輪泵、空壓機、過濾罐、儲油箱、控制柜以及連接管道及閥門。三個過濾罐中，依次裝有新型硅膠濾材、樹脂濾材、顆粒度濾芯，油品依次通過三種濾材，可將漆膜傾向指數、色度值和顆粒度降低。

圖4 濾油機結構示意

如圖5所示，濾油時，關閉閥門v-18、v-19、v-21、v-20、v-24、v-25，打開閥門v-14、v-16、v-17、v-23、v-22，閥門v-13為單向閥，防止油倒灌入空壓機；油品經過齒輪泵從油箱中打入三個過濾罐中，然后進入主油箱。過濾罐前后裝有壓力表，監視運行過程中壓力的波動，以此來判斷濾芯的臟污情況。更換濾材時，關閉閥門v-14、v-16、v-17、v-23、v-22，打開閥門v-18、v-19、v-21、v-20、v-24、v-25，利用壓縮空氣將過濾罐內的殘余油量打回油箱中，減少更換濾芯時油品的浪費和污染周圍環境事件的發生。

圖5 濾油機流程

目前，該項目技術規范書已編寫交與物資部招標采購。

4 結論

(1)通過實驗找出合適濾材，使用物理吸附的方法將油中雜質去除，在不改變油質化學性能的基礎上，降低漆膜傾向指數和色度值。使汽輪機油質滿足技術監督要求，同時降低了潛在損壞設備的風險。

(2)節約更換汽輪機油費用42萬元，同時減少危廢處置費7萬元，直接經濟效益顯著。

(3)企業鼓勵員工自主創新、攻堅克難，將成果轉化，達到提質增效的目的。