風電用潤滑油中水分的危害及其檢測研究

徐 棟

南京高速齒輪制造有限公司 江蘇 南京 211100

1、前言

潤滑油在各行各業均有著十分廣泛的應用，很多大型工程設備的運轉都離不開潤滑油，而潤滑油中一旦混入了污染物如水分將嚴重影響潤滑效果從而導致危害設備運行安全。文章從這一點出發，概述了風電齒輪箱中潤滑油當中存在水分的來源，以及介紹了針對性的檢測方法。

2、潤滑油中的水分

潤滑油中的水可以呈溶解水，游離水和乳化水的三種狀態。潤滑油的組成成分以礦物基或合成的烴類基礎油為主，少量的水分子可以進入烴分子之間的縫隙中呈溶解狀態。而一定體積的潤滑油所能溶解的水分是有限的，根據油的溫度和組成成分可以確定水在油中的飽和溶解度。當油中水含量超過當前溫度下的飽和溶解度時，細微的水顆粒將分散并懸浮在油中，形成油水兩相乳化體系。通常由于潤滑油配方中除了烴類基礎油外，還有極壓抗磨劑，分散劑等極性添加劑，過多的極性添加劑將影響乳化的水和油分離。

風電齒輪箱潤滑油中的水分的來源主要是以下幾個方面，冷凝水、潮濕的區域如海上風機、維護不當、存儲使用油品不當等。

潤滑油在實際應用的過程中可能會溶解水分，要注意存儲和使用兩個環節。存儲應存放在干燥通風的室內如倉庫和儲藏室，臨時存放在室外必須架起帳篷或防水帆布，保護油桶免受雨水侵蝕。

目前在使用過程中，設備制造商都會應用傳統的在線潤滑過濾系統控制油液中的顆粒污染，離線式的精濾系統作為補充，目的是去除微小的顆粒物，去除已生成的氧化物，并有效的控制水污染。風電行業的國際制造商，如西門子，歌美颯，維斯塔斯等，已經在他們的風機上應用此類系統超過20年，并作為全系列的標準配置。國內的部分制造商也已經考慮在風里發電設備上選配。

3、潤滑油中水分導致的危害

3.1 加速油品老化

油品的氧化老化過程通常伴隨著基礎油的氧化、添加劑的損耗、顆粒物和水分的污染催化，三者相互影響會導致油品逐漸氧化和乳化。而油品氧化會形成的油泥導致如下的不良后果。“砂紙效應”加速零部件的磨損，如軸承和齒輪；降低機械部件的穩定性，如閥不能動作開閉；堵塞在線過濾器，使油的流動性受限等；加速油的變質，增加維護成本。

3.2 軸承等傳動部件受損

水污染會導致油品粘度上升或降低油膜的有效厚度，使得軸承、齒輪等部件相互運動的表面產生磨損、粘連和金屬疲勞。水污染還有導致鐵的金屬部件生銹腐蝕；對軸承的危害更為明顯，微量的水會解離為氧元素和氫元素，氫元素進入零部件表面的微裂痕中，通過氫催化效應加速裂紋的擴展，最終在表面形成點蝕和凹坑縮短部件壽命，業內稱之為“氫脆”。

3.3 潤滑油性能降低

潤滑劑中的清凈分散劑，破乳劑等表面活性劑，通常以乳液的形式穩定分散在潤滑劑中，外界水污染將破壞這些表面活性劑穩定的乳化狀態，造成表面活性劑顆粒聚集，析出，沉淀或被污染水帶出而破壞添加劑在潤滑劑中的穩定分布狀態，造成潤滑劑失效。同時潤滑劑中的極壓抗磨劑，防銹劑受水影響，易在高溫條件下發生水解，導致潤滑油變質，影響潤滑油壽命，同時水解生成的酸性物質腐蝕金屬表面。水污染還使得油液的低溫性能變差，影響風機齒輪箱的低溫啟動。

4、水分含量的測定

水含量定量測定的方法主要有卡爾費休（KF）滴定法（ASTM D1744）,它的原理是水和二氧化硫和碘之間發生了化學反應：I2+2H2O+SO2→HI+H2SO4。基于卡爾費休試劑中碘水的反應，碘是在陽極電解生成的，并在樣品中與水發生反應。只要存在水就會消耗碘，可以用滴定過程中消耗的碘來確定水含量。不推薦使用高添加劑的直接卡爾費休滴定法，因其卡爾費休試劑不僅和水反應，也會和添加劑發生副反應，進而有可能錯誤的提示水含量增加。故推薦使用間接滴定法即加熱法（卡式爐法），該裝置通過使干燥的空氣穿過加熱的樣品來測定水含量。釋放的濕空氣從干燥爐中轉移到滴定容器中，這樣的測試結果更準確。

GB/T 260（ASTM D95）石油產品水含量的測定蒸餾法：將被試樣和水不相溶的溶劑共同加熱回流，溶劑可將是試樣中的水攜帶出來。不斷冷凝下來的溶劑和水在接收器中分離開，水沉積在帶刻度的接收器中，溶劑流回蒸餾器中。此法水含量檢測范圍300ppm以上。

水含量定性檢測方法是將樣品加熱到預定溫度，聽聲音，并定性地確定樣品中是否有水。方法是：將少量的油品倒在熱板上做目視和聽聲的判斷。

潤滑劑含水量的現代檢測技術還包括氣相色譜，紅外光譜，以及基于介電常數的射頻法，電磁諧振微擾法，電容式濕度傳感器等方法。上述的這些方法使用了現代化的檢測技術和設備來進行了準確而快速的檢測過程，但是針對一些比較先進的檢測方法，尚未建立起來相適應和匹配的國家性以及行業性標準，這方面的研究需要繼續深入。

有早期研究對含水油樣反復過濾并加入穩定劑，使水在油樣中分散均勻并形成穩定的油水乳液，并通過紅外光譜檢測油樣，繼而發現經過預處理后水測量結果的準確性，精密度和重復性提高明顯。同時，加強實驗數據分析模型的研究以及建立起不同種類潤滑劑中紅外光譜和水含量的可靠關聯是擴大紅外光譜預測應用的重要研究方向。

5、結束語

現有的國家標準含水率測試方法大多需要專業的實驗室完成，不適合現場，快速，實時的測試和分析需求。因此，發展準確的在線監測系統是行業需求，而在線監測缺乏相應的國家標準，還有很長的發展的路要走，但市場前景十分廣闊。