中國石化長城GS200高硫燃氣發動機油在顏巴赫機組的應用考察

蔡茂

中國石化潤滑油有限公司華北分公司

采用中國石化潤滑油公司研發的長城GS200 高硫燃氣發動機油，在廣東省某大型垃圾填埋場顏巴赫J320GS 系列發電機組開展了應用試驗。經過兩個周期試驗，數據分析結果表明，該款高硫燃氣發動機油產品具備良好的抗氧化、抗硝化、抗磨損性能以及良好的潤滑性能，產品使用周期可達近1 000 h，試驗周期內發電機組的發動機部件工作正常，無任何因潤滑問題引起的設備故障。

隨著人們生活水平日益提高，產生的生活垃圾也越來越多，因此處理好生活垃圾對環境保護和人們的健康有著至關重要的作用。作為固體廢棄物的一種，長期以來生活垃圾主要以填埋、堆肥、焚燒等方式進行處理。不論以哪種方式，只要通過科學合理途徑處理，在保護環境的同時均能帶來一定經濟效益，如垃圾填埋。通過填埋后主要產生兩大產物——填埋氣和滲濾液。其中，填埋氣主要成分為甲烷和二氧化碳，通過氣體回收，甲烷可用于發電創造經濟效益。

填埋氣發電系統主要是由填埋氣收集系統、燃燒系統和發電系統組成，填埋氣經收集后，經壓縮機加壓輸送至內燃機發電機組，經燃燒轉化成電能傳輸到電力升壓站，再輸送到電網系統供終端使用。目前，填埋氣發電綜合發電裝置之一主要是固定式燃氣發動機，發電機組常用的較著名國際品牌有顏巴赫、道依茨、瓦克夏、卡特彼勒等，此外也有一些國內知名品牌，如勝動、寶駒、濟柴等。本文主要介紹長城GS200 高硫燃氣發動機油在深圳某垃圾填埋場顏巴赫J320GS 系列發電機組的應用考察情況。

燃料特點及發動機油的要求

燃料特點

固定式燃氣發動機主要以天然氣為燃料，燃料成分主要是甲烷，同時也含有少量其他氣體。與汽柴油等液體燃料不同，天然氣燃料本身無潤滑特性，因此，在燃燒工作過程易造成發動機進、排氣閥及閥座磨損。相對汽柴油，該類型燃料腐蝕性更強，燃料中的CO2溶于冷卻的水蒸汽可形成有一定腐蝕性的碳酸；燃料中的H2S 本身具有腐蝕性，在水、氧存在的情況下可形成硫酸而腐蝕金屬；燃料中含有的少量鹵素碳氫化合物（CFCs）也具有強的腐蝕性；燃料對運動部件的磨損更嚴重。沼氣燃料中的硅顆粒易在發動機里結塊，造成閥門及襯里的磨粒磨損，同時燃料本身的無潤滑性，也易引起發動機進排氣系統的磨損。

發動機油的要求

由于氣體燃料本身無潤滑特性和冷卻功能，因此天然氣發動機燃燒溫度更高，加上發動機的長期連續運轉，這就要求燃氣發動機油需要具有更好的高溫抗氧化能力以及良好的潤滑性能，而油品中的灰分含量多少，對潤滑性能起著決定性作用，若灰分含量過低，可能會因潤滑不良而造成閥、閥座磨損及氣門閥嵌入閥座，若灰分含量過高，則易引起積炭嚴重，從而造成活塞擦傷、火花塞堵塞等一系列問題，因此，燃氣發動機油應具有合適的灰分。此外，結合燃氣發動機工作特點以及具體燃料特點，燃氣發動機油還需要有較好的抗硝化、抗磨損、耐腐蝕，以及良好的堿值保持能力等綜合性能[1，2]。

試驗部分

本次試驗依托深圳某填埋場填埋區氣體深度收集處理提升項目，填埋氣收集管網和脫硫系統，將沼氣送至集氣站，然后利用預處理系統進行預處理，脫除有毒有害氣體后，再進行發電。

試驗設備

發電設備為11 臺燃氣發電裝置機組，型號為顏巴赫J320GS 系列燃氣發電機組，單臺發電功率1 067 kW，詳細參數見表1。

表1 顏巴赫J320GS系列發電機組技術參數

長城GS200 高硫燃氣發動機油性能

長城GS200 高硫燃氣發動機油系采用高黏度指數加氫基礎油及新型的功能添加劑體系，專門為滿足現代高功率、固定式燃氣發動機的性能需求而設計的低灰型產品，能有效減少碳沉積物的形成，延長火花塞的壽命，降低閥門的磨損。該產品具有優異的抗氧化性能、清凈分散性能以及抗磨損性能，具體理化性能指標見表2。

表2 長城GS200高硫燃氣發動機油理化性能指標

填埋場氣體成分

試驗用氣的氣質成分見表3。

表3 填埋場氣體成分

試驗要求

分兩個周期進行試驗，每個周期即為從更換新油開始到該油品的任何一項指標達到規定的極限值為止。首次采集以油桶包裝內的新油油品作為基礎樣，以新油的檢測結果作為各自試驗的基礎值。油品化驗測試按相關要求，每隔250 h 進行油樣取樣，分析了解燃氣發電機潤滑油使用狀況。每次取樣至少300 mL，檢測內容包含總堿值、總酸值、pH 值、運動黏度、水分、閃點、氧化值、硝化值、光譜元素等需要檢測的指標。換油指標要求詳見表4。

表4 換油指標要求（客戶指定）

試驗結果及討論分析

運動黏度變化情況

試驗油品運動黏度變化趨勢見圖1。

從圖1 可以看出，試驗過程中油品的運動黏度呈緩和上漲趨勢，未出現大幅波動情況，運動黏度變化均在換油指標要求范圍內，且距離換油指標要求均具有較大余量，說明油品具有較好的抗氧化性以及抗剪切性能。

圖1 試驗油品運動黏度在兩個試驗周期內的變化趨勢

酸、堿值變化情況

試驗油品酸、堿值變化趨勢見圖2。

從 圖2 可 以 看 出， 隨 著 試驗的進行，酸值在250 h 后呈現明顯上升趨勢，堿值呈現下降趨勢。在1 000 h 時第二周期酸值（4.37）出現了超出換油指標（新油1.45+2.5=3.95）要求現象；堿值在兩個試驗周期內均未出現超標現象，且都在2.5 以上，說明堿值保持能力較好。酸值的上升和堿值的下降均與氣質中硫化氫含量較高有關，盡管如此，從酸值上升和堿值下降程度來看，油品在試驗中表現出了良好的抗氧化性能和中和酸性物質的能力。

圖2 試驗油品酸值、堿值在兩個試驗周期內的變化趨勢

氧化值、硝化值變化情況

試驗油品氧化值、硝化值的變化趨勢見圖3。

從圖3 可以看出，隨著試驗的進行，氧化值、硝化值整體呈逐漸上升趨勢，但在整個試驗過程以及在1 000 h 時均未超過12 A/cm，遠低于換油指標值20 A/cm的要求，表明油品具有較好的抗氧化、抗硝化能力。

圖3 試驗油品氧化值、硝化值在兩個試驗周期內的變化趨勢

元素含量變化情況

試驗油品鐵、鋁、鉻、銅、錫、鉛、鈉含量的變化情況見表5。

由表5 可見，油品在兩個試驗周期內，鐵含量、鋁含量、鉻含量、銅含量、錫含量、鉛含量均低于5 mg/kg，且鐵、鋁、銅、鉛、鈉含量均遠低于換油指標，表明整個試驗過程油品具有良好的抗磨性能和潤滑性能。

表5 試驗油品鐵、鋁、鉻、銅、錫、鉛、鈉含量的變化

試驗油品硅含量的變化趨勢見圖4。

從圖4 可以看出，硅含量呈明顯上升趨勢，主要受外界影響，來源于外界沙塵污染。

圖4 試驗油品硅含量在兩個試驗周期內的變化趨勢

pH 值及水含量變化情況

試驗油品pH 值變化以及水含量變化情況見圖5。

由圖5 可見，隨著試驗的進行，油品pH 值逐漸降低，在1 000 h 時pH 值接近換油指標（≤4.0），水含量在整個試驗過程均遠低于換油指標值。

圖5 油品pH值及水含量在兩個試驗周期內的變化趨勢

結論

經過兩個周期的試驗，通過數據分析表明，中國石化潤滑油公司研發的長城GS200 高硫燃氣發動機油，在試驗過程中表現出優異的抗氧化、抗剪切以及抗硝化能力，優異的抗磨性以及潤滑保護性能，良好的堿值保持能力以及中和酸性物質的能力，本次應用考察試驗也進一步證實了長城高硫燃氣發動機油可以滿足顏巴赫機組的苛刻潤滑要求，為在垃圾填埋氣等特殊燃氣了良好的應用經驗。經客戶綜合評價，長城GS200 高硫燃氣發動機油在本次顏巴赫J320GS 機組上的使用壽命為973 h。針對此類垃圾填埋工況，推薦換油周期為900 h。