汽輪機油劣化原因分析及處理

劉金英

摘要：汽輪機油通常包括蒸汽輪機油、燃氣輪機油，水力汽輪機油及抗氧汽輪機油等，主要用于汽輪機油和相聯動機組的滑動軸承、減速齒輪、調速器和液壓控制系統的潤滑。汽輪機油的作用主要是潤滑作用，冷卻作用和調速作用。為確保汽輪機組的安全經濟運行，汽輪機油必須具備：良好的氧化安定性；適宜的粘度和良好的粘溫性；良好的抗乳化性；良好的防銹防腐性；良好的抗泡性和空氣釋放性。

關鍵詞：汽輪機油；油品劣化；吸附劑；添加劑

天津大港發電廠2號汽輪機用油為32號汽輪機油，主油箱容量約為24噸，在2016年09月28日的定期監督中發現2號汽輪機油酸值達到0.246mg/L，已接近導則注意值，表明油品劣化程度逐漸加重。

酸值是反映汽輪機油劣化變質程度的一項重要化學指標，酸值升高說明汽輪機油發生了劣化，產生了酸性物質，酸值越高，其劣化的速度也就越快。油中劣化生成的酸性產物不僅會降低油品的潤滑性能，而且還嚴重腐蝕設備金屬部件等。潤滑油嚴重劣化時會生成油泥沉淀等，造成調速系統卡澀，伺服閥、油動機等設備動作失靈，嚴重威脅到機組的安全運行。為此我們對汽輪機油及時進行分析，查找油質劣化的原因，以便采取相應處理措施，避免造成油質嚴重劣化換油而帶來的巨大經濟損失。

1油質評估

為了解2號汽輪機油的油質狀況，對汽輪機油進行了油質全分析試驗，分析結果如下：

油樣外觀透明；無機械雜質；運動粘度（40℃）31.19mm2/s，開口閃點220℃；酸值0.246mg/g；液相銹蝕為無銹；水分21.9mg/L；破乳化度（54℃）/19.6min；旋轉氧彈（150℃/64min）；T501抗氧化劑含量0.066%。

依據GB/T7596—2017《電廠運行中礦物渦輪機油質量》，大港發電廠2號汽輪機油外觀、運動粘度、開口閃點、機械雜質、液相銹蝕、水分、破乳化度、符合運行油標準要求。酸值為0.246mg/L已呈現于偏高趨勢，油的酸值升高是因為油品自身劣化引起的，另外2號汽輪機油的旋轉氧彈值64min，已臨近于SH/T0636-2013《L-TSA汽輪機油換油指標》中的規定值。（標準指出旋轉氧彈值小于60min時需采取措施處理或更換新油），以上數據表明2號汽輪機油運行中油質劣化，抗氧化性能差。

2劣化原因分析

2.1受熱和氧化變質。

汽輪機油的劣化主要是油在運行中熱氧化所導致，氧是使汽輪機油發生劣化的化學反應的根源，油中溶有空氣，特別是在高溫下，會加速油的氧化變質，一般來說，油溫超過60℃以后，溫度每增加10℃，油的氧化速度將增加一倍。因其油品氧化而產生的環烷酸皂、膠體等物質都是乳化劑，使油更容易劣化。

2.2雜質和水分的影響。

運行汽輪機油由于吸潮、軸封漏氣等原因使油中存在一定量的水分，而系統磨損產生的金屬顆粒、系統管道銹蝕產生的鐵銹以及空氣中的灰塵侵入都會使油中存在一定量的顆粒雜質。油中的水分和顆粒雜質不僅對油的氧化有著催化加速作用而且使油中產生泡沫、聚集油泥產生油垢，影響油中空氣的分離，會進一步促使油氧化，形成惡性循環。因此運行中要經常對油進行過濾，將油中水分和雜質及時清除，如濾油不及時，久而久之，酸值增大。嚴重影響汽輪機油的使用壽命。

2.3油系統的結構和設計。

油系統的設計應盡量避免系統中存在過熱點，局部過熱對于運行油的氧化變質尤為顯著，嚴重時甚至引起油的碳化結焦，如果運行中油質劣化，遇到顏色異常變深，就需要查找油系統是否存在過熱點。

2.4油品的化學組成、添加劑。

雖然導致運行汽輪機油變質的外界因素很多，但油品的化學組成是決定油品性能的關鍵因素，潤滑油的主要成分是烴類化合物，一般采用添加抗氧化劑來改善油品的抗氧化性，旋轉氧彈試驗是評估油品氧化安定性較為理想的方法，實踐證明，旋轉氧彈值和運行時間有著密切的關系。

2.5輻射的影響。

光的照射特別是紫外光能引起油中自由基的生成，加快油的氧化速度，引起油的顏色加深，酸值增大。

2.6綜上分析，2號汽輪機油旋轉氧彈值64min，已臨近于導致規定值，T501抗氧化劑含量很低，因此油的抗劣化性能很差，酸值增大。

3解決方法

3.1汽輪機油酸值升高，油質老化明顯，油品氧化生成酸性物質較多，如環烷酸皂、瀝青質酸、膠體、油泥等，這些等物質都是乳化劑，很難采用一般方法將其酸性組分去除，使酸值合格。為此我們采用極性吸附再生方法處理，以使其各項指標合格。

3.2極性吸附劑的原理

吸附劑對不同分子的吸附力是一種電性力，它是由位于固體表面上的原子產生的。因為固體表面上的原子只受到內部各方向的原子的吸引，所以對空間這一面有剩余的力場。當極性分子運動到吸附劑表面附近時，極性分子的偶極矩就會與吸附劑表面上的原子互相吸引，使極性分子被選擇性地吸附在吸附劑表面上。有機化合物中的含硫、氧、氮的基團，都是具有偶極矩的極性基團，含有這些基團的極性分子會被優先從油中吸附出來。劣化油中的膠質、瀝青質、有機酸、有機酸鹽和氮化合物都是極性較強的分子，能優先吸附；有些硫化合物的極性較弱，它們與具有誘導偶極的芳香烴極性相近，它們又比飽和烴優先吸附。溫度對吸附有很大的影響，溫度升高會增加分子的動能，使分子較易擺脫吸附劑表面吸附力的控制。因此，如達到吸附平衡時，升高溫度會減少吸附量。但在廢油再生時，由于潤滑油餾分的勃度較大，因此極性分子的擴散速度是比較慢的，需較長時間才能達到吸附平衡；而在一般吸附精制的條件下只能有較短的時間，達不到平衡。因此，為了達到一定程度的吸附，需要加快擴散速度，而升高溫度會明顯降低油的勃度而加快擴散速度。因而我們在吸附精制時要加溫，而且廢油的勃度越大，溫度也要越高。

3.3在線極性吸附再生處理

將2號汽輪機油進行在線極性吸附再生凈化處理，此在線再生凈化裝置設備包括再生除膠器、粗濾器、精濾器、供油泵等部件。再生器由兩臺并聯組成，每個再生器內各裝有7支再生除膠濾芯，流量：6m3/h，主要靠裝于再生除膠濾芯內的吸附劑將油中劣化產物（如乳化物、膠質、油泥和酸性產物等）除去，從而達到去除油泥、降低酸值、提高破乳化度的作用。過濾部件包括粗濾器及精濾器。粗濾器內裝有18支線隙式濾芯，過濾精度為5μm，其納污容量大，可以去除油中大量機械雜質；精濾器內裝有1支精密濾芯，過濾精度為3μm。采用粗濾器與精濾器組合使用，可以充分保證再生后油的清潔度。采用高效吸附劑填充的再生除膠濾芯和精密顆粒過濾器合理配置。

處理過程從2016年10月28日開始，處理時間持續30天，對油質進行跟蹤化驗，數據如下。

2016.10.28取主油箱檢測酸值為0.246mgKOH/g濾油（第一套濾芯）；

2016.10.30取主油箱檢測酸值為0.242mgKOH/g；

2016.11.03取主油箱檢測酸值為0.240mgKOH/g；

2016.11.07取主油箱檢測酸值為0.229mgKOH/g；

2016.11.09取主油箱檢測酸值為0.229mgKOH/g，更換第二套濾芯；

2016.11.12取主油箱檢測酸值為0.212mgKOH/g；

2016.11.14取主油箱檢測酸值為0.205mgKOH/g；

2016.11.17取主油箱檢測酸值為0.202mgKOH/g；

2016.11.21取主油箱檢測酸值為0.200mgKOH/g，更換第三套濾芯；

2016.11.24取主油箱檢測酸值為0.185mgKOH/g；

2016.11.28取主油箱檢測酸值為0.185mgKOH/g，油品酸值處理合格；

2016.12.01取2號汽輪機油檢測破乳化度為19.6min，合格；

2016.12.02取2號汽輪機油檢測液相銹蝕為無銹，合格；

2016.12.03取2號汽輪機油檢測旋轉氧彈（150℃/min）64min，臨近導則注意值，抗氧化劑含量為0.066%，當運行油抗氧化劑含量低于0.15%時需補加；

2017.02.05取2號汽輪機油檢測酸值為0.195mgKOH/g；

2017.04.05機組停機時加入130kg T 501抗氧化劑，經24小時運行后，取樣檢測旋轉氧彈值為（150℃/min）151分鐘，合格；

2017.11.05取2號汽輪機油檢測酸值為0.193mgKOH/g；至今，2號汽輪機油酸值穩定在0.195mgKOH/g左右。

3.4 T501抗氧化劑的添加

T501抗氧化劑學名2、6二叔丁基對甲酚，屬于酚類抗氧化劑，此抗氧化劑在油尚未氧化和氧化初期加入，能延長油品氧化的誘導期，與油品氧化生成的自由基生成穩定的化合物，終斷其連鎖反應，有抑制其氧化的作用。汽輪機油添加劑主要成分為羰基衍生物，是酮、醛和羧酸衍生物，具有抗氧化、破乳化、防銹等優秀功能。羰基屬于極性分子，再生過程中易被極性吸附劑吸附，濾油結束時，經委托檢測，2號汽輪機油應補充抗氧化添加劑。對于新油、再生油的添加劑量一般為0.3%-0.5%，對于運行油，其含量低于0.15%時，應進行補加。2017年04月5日機組停機時加入130kg T 501抗氧化劑，經24小時運行后，取樣檢測旋轉氧彈值為（150℃/min）151分鐘，合格。

4總結

極性吸附劑對劣化的汽輪機油處理效果明顯，能夠快速地降低酸值，并除去劣化油品中的環烷酸皂、瀝青質酸、膠體、油泥等有機雜質。汽輪機油中的添加劑在極性吸附再生過程中被極性吸附劑吸附，濾油處理后應補加T501抗氧化劑，使其在運行油中的含量不低于0.15%。本次極性吸附再生處理2號汽輪機油共進行30天，處理后的油質達到合格標準，處理好的油質補加了抗氧化劑，在將近兩年的運行跟蹤監督中，油質各項指標保持穩定，濾油處理取得成功，為今后的油務工作積累了經驗。

參考文獻

[1]《電力用油分析及油務管理》書籍作者：孫堅明，孟玉嬋，劉永洛書籍出版：中國電力出版社

（作者單位：神華國能天津大港發電廠）