某海上油田燃氣輪機滑油異常氧化原因淺析

丁海蛟

（中海石油(中國)有限公司秦皇島32-6作業公司，天津 300459）

某海上油田于2010年新增一臺Solar T70燃氣輪機發電機組，機組運行良好，于2014年7月進行首次30000h交換大修；交換后的機組于2016年～2017年先后發生2次2#、3#軸承回油高溫故障，導致機組關停、滑油氧化污染、振動探頭線纜燒損等后果，為了機組持續穩定運行，保障油田生產正產開展，2017年12月檢修人員提前對該機組進行交換大修，滑油異常污染故障原因未得到Solar廠家官方回應；第三臺機組僅使用一年后于2018年11月廠家工程師年檢發現燃燒室外部、點火火炬本體和透平段3級動葉發現部分油跡；2019年4月滑油氧化超標換新，期間滑油逐漸氧化，2020年10月滑油化驗顯示氧化超標，再次更換滑油，之后逐月取樣跟蹤發現，滑油氧化性能指標下降明顯，2020年1月滑油抗氧化性能指標已到達報警值。2016年10月至2021年5年時間，大修交換后的第二、三臺機組已更換4次滑油，因此急需查找分析滑油異常氧化具體原因，并及時采取措施，防止燃氣輪機再次發生被動停機，以免影響油田正常生產。

1 燃氣輪機潤滑油信息介紹

1.1 機組使用潤滑油基本信息介紹

燃氣輪機使用滑油為嘉實多Perfecto X32#，由高品質礦物基礎油與精選的防銹添加劑和抗氧添加劑調合而成，適用于燃氣輪機機組的潤滑。其特性優點為：具有優異的高溫保護性能，適用于局部溫度很高的工業燃氣輪機的潤滑；具有能與硅樹脂、腈類和含氟聚合物等密封材料基本完全相容的優良特性；具有優異的空氣釋放性能、良好的抗泡性能、抗腐蝕性以及出色的水分離特性；具有超強的抗熱降解性和抗氧化性，從而可以達到一個具有超長使用壽命的特性。

該滑油廣泛適用于燃氣輪機機組，如中海石油（中國）有限公司天津分公司秦皇島32-6油田、渤中25-1油田和渤中19-4油田，分別應用與SOLAR Titan130、Taurus70和Mars90多型號機組。滑油新油樣品送專業機構檢測顯示該油符合GB 11120-2011 L-TSA 32#汽輪機油(A級)的國家質量標準，如表1。

表1 新油送檢理化指標

1.2 燃氣輪機機組滑油化驗結果分析

檢修人員將燃氣輪機機組自2019年4月～2021年2月的滑油取樣化驗結果進行整理，并對主要理化指標進行統計匯總，主要包含機組滑油使用時間、運動粘度、抗氧化性能指標、漆膜傾向指數、水分含量和污染度等，并將超標數據進行標注，如表2。

表2 滑油化驗報告關鍵指標統計

2 燃氣輪機滑油系統歷史故障

（1）燃氣輪機2#、3#軸承氣封損壞，高溫密封氣竄入滑油管路，導致振動探頭線纜燒損、滑油高溫變質而引發機組在運行狀態下保護性停機。

2016年10月由于燃氣輪機機組2#、3#軸承氣封失效，大量高溫高壓密封氣體竄入滑油腔室，通過回油管線進入油底殼，導致機組滑油快速高溫氧化，2#、3#軸承振動線纜被掃損，機組因振動信號異常而保護性關停，機組無法正常運轉。廠家工程師緊急出海進行內窺檢查，未發現明顯異常，處理措施為：機組徹底更換滑油，臨時屏振動監測線纜信號，恢復機組運行，最終提前于2017年12月完成機組交換大修。

（2）滑油冷卻器老化，滑油系統持續高溫，機組最大帶載能力下降明顯。

從2015年開始，燃氣輪機機組滑油逐漸出現高溫現象，母管溫度大于控制溫度(60℃)，隨著夏季氣溫升高而升高，且有逐漸惡化趨勢，最高溫度升高至68℃（報警溫度值為71℃，關斷溫度值為73℃），為了保持機組穩定運行防止滑油母管高溫關停，機組只能保持低負載運行，在夏季機組最高帶載能力由額定6.5WM下降至3.0MW。為了確保機組穩定運行以保障油田正常生產，現場先后提出解決措施有：在滑油冷卻器處加裝輔助冷卻風機，增大冷卻風量；夏季在滑油冷卻器處搭設擋風墻，防止原油發電機高溫尾氣竄入影響冷卻效果；滑油溫控閥換型，溫控設定值由140℉降低至120℉；滑油冷卻器離線內外部化學竄洗和更換滑油冷卻器皮帶輪及皮帶等，以上措施僅僅有一定緩解效果并未根本上解決滑油母管繼續高溫的故障問題，極端高溫天氣檢修人員甚至在冷卻器上加裝淡水噴淋管線，進行水噴淋加強冷卻。

以上措施均為取得良好實效情況下，油田現場檢修人員繼續解放思想，分析所采集數據，逐項排除，最終將故障原因鎖定在滑油冷卻器設備上，結合供貨周期、備件成本、后期養護成本以及固有缺陷優化等因素，提出將該進口重要附件國產化升級方案，實現國內廠家調研制作，提高設計裕量，改變風機傳動方式，最終2020年5月現場人員自檢完成新舊冷卻器更換，新滑油冷卻器運行良好，機組滑油溫度恢復正常，且在極端高溫天氣燃氣輪機機組母管溫度保持在良好范圍，該故障徹底解決，燃氣輪機機組最大帶載能力恢復至6.5MW額定功率。

（3）燃氣輪機機組滑油漆膜傾向指數指標持續上漲，存在運行部件故障風險。

潤滑油中漆膜是一種高分子烴聚合物，是滑油氧化后的產物，其顏色變化為淺棕色、棕色到棕色。一般采用漆膜傾向性指數來評價油液試驗中漆膜形成的傾向性。一般而言漆膜傾向指數是潤滑油的一個預防性指標，和其他監測參數一樣，超過警戒值時，意味著設備存在運行風險。雖然與實際情況是否能夠形成漆膜并沒有一個絕對的對應關系，即低于警戒值也不一定是安全的，而高于警戒值也不一定是滑油必然存在漆膜。

燃氣輪機機組滑油在運行過程中，滑油取樣化驗漆膜指數指標持續上漲，表明滑油易形成漆膜，影響運動部件，機組存在運行風險。解決措施：定期使用昆山威勝達除漆膜機進行循環過濾凈化。除漆膜機有效結合了靜電吸附凈化技術和樹脂交換技術，能有效地去除和預防渦輪機在正常運行過程中產生的溶解性和非溶性漆膜，使漆膜不能夠產生。除漆膜機的目標是消除漆膜形成的原因。該技術可在短時間內最大限度減少漆膜的含量，使含有大量油泥/漆膜的潤滑系統恢復最佳運行狀態。

靜電吸附去除非溶解性油泥技術能夠在油質降解的過程中盡早去除不溶性的污染物。實驗已經證明，靜電吸附原理可以在油液循環過程中通過帶電荷顆粒物的流動吸附系統中硬的和軟的污染物，讓你的系統遠離油泥/漆膜的污染。與其它同類技術相比，威勝達公司的靜電吸附去除非溶解性油泥技術至少能將油泥/漆膜去除的速度提升200%。

離子交換樹脂吸附技術能夠去除可溶性的污染物。潤滑系統中存在的剪切應力會導致滑油自動降解，這是油泥漆膜污染物產生的根本原因。當存在這些應力時，就會引起軟性污染，導致控制失靈。對于調峰或周期運行的燃氣輪機，潤骨 油系統中存在低流量的區域，特別容易發生油質降解退化。在停機時間，由于流最降低，會在閥上形成油泥/漆膜。當進入至低流量區，又重新變成可溶的膠質物而不會循環回油箱，而離子交換樹脂吸附技術完全能夠去除油中的可溶性污染物。

3 燃氣輪機滑油異常氧化原因分析

通過滑油抗氧化性能指標測量方法、滑油成分分析，并咨詢滑油廠家技術人員及潤滑油專業工程師，對滑油抗異常氧化可能原因進行逐一分析。

（1）該型號滑油不適應于機組運行工況。通過該機組歷史化驗數據及BZ25-1油田4臺Solar T130機組同型號滑油歷史化驗數據查看比對，該型號滑油無論是在本油田T70機組上還是BZ25-1油田4臺T130機組上均未出現類似滑油抗氧化性能快速下降現象，且機組均能長時間正常運行，說明該滑油類型能滿足機組運行工況。

（2）2020年10月所更滑批次滑油質量不合格。2020年11月更滑滑油時，同步對該批新油樣品送專業機構檢測，化驗結果顯示該油符合GB 11120-2011 L-TSA 32#汽輪機油(A級)的國家質量標準。

（3）滑油含水過高導致滑油中抗氧化添加劑快速被消耗。通過表2中統計數據可以看出，2020年10月～2021年2月期間滑油取樣化驗含水指標良好，最高僅為52mg/kg，遠低于報警值100mg/kg。

（4）機組振動異常導致摩擦副工況變化從而加速滑油惡化。該油田為了檢測機組振動運行情況，持續每日4次對振動數據進行記錄檢測，通過數據分析并為發現機組振動沒有異常變化情況，且機組從未出現因振動原因發生關停故障。

（5）外部環境高溫導致滑油快速氧化。2015年以來該透平機組頻繁出現進機前滑油高溫故障，夏季尤為突出，且有明顯惡化趨勢，嚴重影響透平機組帶載能力和運行可靠性，甚至影響整個主電站完全穩定運行。通過長時間數據監測、溫控閥換型、臨時加設冷卻風機、盤管內部竄洗和滑油凈化等多個措施，并對各個措施和效果進行綜合分析研究，發現滑油冷卻器內管壁結垢、翅片腐蝕變形老化、皮帶快速老化、冷卻器換熱功率裕量不足和皮帶式機械傳動固有缺陷等綜合因素致使滑油冷卻風扇冷卻效果差，不滿足機組運行需求，導致透平機組滑油高溫。2021年5月，完成對透平滑油冷卻器的國產化換型升級、適應性改造，滑油高溫故障得到徹底解決，透平恢復穩定運行。通過對比發現，在相同工況下，新冷卻器相比于舊冷卻器，透平母管滑油溫度降低5～8℃，冷卻器滑油進出口溫差達到30℃，相比舊冷卻器溫差提升20℃左右，機組進機前滑油溫度穩定在55℃左右。由此，可以判斷新冷卻器的冷卻效果良好，并滿足機組散熱要求。

（6）機組內部2#、3#軸承氣封存在泄漏，高溫密封氣泄漏至滑油腔室加速滑油氧化。檢修人員對機組2#、3#軸承回油溫度進行曲線分析，該溫度并未出現明顯升高，且該溫度與進機前溫度溫差持續穩定在24～26℃，處在正常范圍，且回油管線觀察口滑油液位正常。

（7）機組內部其他潤滑部位存在局部高溫，加速滑油氧化。2021年9月該機組進行30000h交換大修作業，過程中人員發現1#軸承密封氣兩根短節其中一根徹底斷裂，見圖1。該短節氣管線為連接齒輪箱與透平機組1#軸承密封腔室，一旦斷裂管內高溫高壓密封氣則直接泄漏至齒輪箱，與齒輪箱內潤滑油接觸，加速滑油氧化。

圖1 1#軸承氣封氣短節照片

檢修人員查詢機組檢修報告發現，2017年12月第二次機組交換時，由于該機組與齒輪箱連接處缺少定位螺釘，機組對中困難，且在對中調整過程中易發生機組偏斜角度過大，從而將安裝就位連接1#軸承密封氣短節折彎甚至折斷，此次機組交換的2根1#軸承密封氣短節均為折斷后修復的舊件，存在強度缺陷。隨著機組運行，機組振動加劇該短接管線的疲勞，一旦管線開裂既會出現密封氣泄露，泄漏量隨著裂紋開口增大而增大，直至該短節斷裂，大量密封氣泄漏至齒輪箱。2021年9月機組交換時對其短節進行更換，機組恢復運行，并在運行15天后再次對機組滑油進行取樣送檢化驗，根據化驗結果顯示，滑油未出現之前快速氧化現象，因此可以判斷機組滑油快速氧化故障成功被排除。

通過以上故障原因排查及處理結果分析，基本可以判斷該機組滑油異常氧化原因為1#軸承氣封氣短節斷裂，高溫高壓密封氣泄漏至齒輪箱，導致滑油受熱高溫氧化。

4 結語

通過本次該海上平臺透平發電機機組滑油異常氧化故障分析及排查，該故障被成功排除，機組恢復運行，為油田穩定運行提供電能、熱能保障。為了確保機組不再出現類似故障，幾項改進建議如下：

（1）咨詢燃氣輪機廠商（索拉透平(北京)貿易服務有限公司）技術負責人，針對本機組存在透平機組段與齒輪箱缺少定位銷的設計缺陷進行技術解決，協助其盡快提供可行解決方案，便于機組交換時透平機組段順利對中就位。

（2）針對機組交換過程中容易出現透平機組偏斜折斷1#軸承密封氣短節情況進行改進，現場臨時加工扶正專用工具及編制標準作業程序，規范機組對中的施工工藝，防止機組發生過大位移。除此之外，透平機組安裝就位后再次對該短節進行檢查確認，確保短節良好，避免機組運行時出現密封氣泄漏情況。

（3）為了確保海上油田燃氣輪機長期穩定運行，在成本可接受情況下，將機組滑油有優質礦物油更換為綜合性能更佳的全合成潤滑油，可由嘉實多潤滑油廠家技術人員進行適配性選型。