燃氣輪機漆膜清除新技術應用

王子石 韓 旭

1.中海石油有限公司天津分公司蓬勃作業公司 天津 300452；2.中海油能源發展裝備技術有限公司機電技術服務中心 天津 300452

1 應用背景

2015 年5 月，由于漆膜的影響導致FPSO S2 透平IGV 液壓系統故障，造成透平停機，歷經13 個小時的搶修才得以恢復生產。FPSO P2 和S2 透平曾出現柴油控制電磁閥因漆膜問題卡滯，造成透平機組油氣切換失敗關停。渤海油田其他作業公司歷史上曾多次出現因漆膜相關潛在問題導致主電站非計劃停機甚至油田生產關停。

（1）漆膜是一種高分子烴類聚合物，典型的元素分析如下：C 81～85% 、H 7～9% 、O 7～9%%、N 2～3%，顏色從淺棕色、棕色至棕褐色。漆膜在使用一段時間的機械設備油液中普遍存在，尤其在燃氣輪機油和壓力較高的液壓系統油液中更為常見。漆膜附著在伺服閥、電磁閥的閥芯上，增大閥芯與閥座的摩擦力甚至發生粘黏卡滯，導致液壓控制系統失效，機組操作失靈。

（2）漆膜附著在軸瓦上，減少軸瓦與軸之間的間隙，增大軸瓦與軸之間的摩擦，從而產生更多的摩擦熱，導致軸瓦的溫度升高。

（3）油箱、冷卻器內壁附著漆膜會導致油品冷卻效率降低，散熱不良，從而進一步加劇油品的氧化變質。

（4）漆膜能夠吸附油品中的固體顆粒，附著在摩擦副表面，造成設備的磨粒磨損。

（5）漆膜堆積可以堵塞精細過濾器，導致滑油供油不足、設備潤滑不良。

漆膜對設備可靠運行的危害影響是巨大的，特別是針對像FPSO GE MS5001 這樣的燃氣輪機，潤滑油系統與液壓系統共用一種油品，嚴重的漆膜和軟性污染物累積產生油泥，會導致機組可靠性大大降低。

2 技術簡介

2.1 添加工業系統清洗劑

工業系統清洗劑是一款沉積物清潔產品，可在系統運行時直接添加到在用油中，以便在定期換油之前清潔系統中的油泥和漆膜，幫助系統在加注新油時恢復性能。工業系統清洗劑可以穩定在用油的漆膜和油泥沉積物，并通過提前計劃好的油品更換去除這些沉積物，恢復系統運行效率，并有效減少漆膜生成，工業系統清洗劑能夠與燃氣輪機潤滑油相容，加入后能夠保證潤滑油的功能，不影響機組正常穩定運行

2.2 更換高性能長效抗漆膜燃氣輪機油

高性能抗漆膜燃氣輪機油具有出色的熱穩定性和氧化穩定性，在嚴苛的溫度下，不僅使用壽命長，而且極少形成沉積物。高性能抗漆膜燃氣輪機油具有低漆膜傾向的特點能夠確保最大限度地降低漆膜傾向，從而保護設備。

3 技術實施應用

渤海油田某FPSO GE MS5001 機組使用工業系統清洗劑對燃氣渦輪機進行了在線清洗，并更換了高性能抗漆膜燃氣輪機油有效改善液壓系統電磁閥、減少了伺服閥堵塞卡滯，漆膜傾向指數持續較低。

3.1 清洗數據對比和換油分析

渦輪機潤滑系統必須過濾以始終保持足夠的流體清潔度。該壓差通常用于確定過濾器濾芯的使用壽命。

2020 年9 月8 日上午加劑后，系統壓差迅速上升隨后有3 天左右的平臺期表明工業清洗劑加入后立即發揮功效，有效去除軟性漆膜。隨后壓差穩步上升，表明系統中不易清除部位和硬質漆膜開始被清洗下來。10 月12 日及11 月再次更換了濾芯，表明工業清洗劑一直在持續發揮作用。

3.2 漆膜傾向指數

漆膜傾向指數超出警戒值時，意味著設備生成漆膜的風險增加，這時就需要建議現場密切關注各項溫度、振動的變化情況，并結合其他監測數據綜合判斷設備運行情況。加劑后（靜電吸附裝置未投入使用）油品漆膜傾向指數從27.6 迅速回落到了2 左右并保持穩定。 2020 年11 月30 日新油漆膜傾向指數為0.9，12 月12 日系統運行油品漆膜傾向指數為2。2021 年3 月取樣漆膜傾向指數為6.7，6 月取樣的油品漆膜傾向指數為7.1。

3.3 抗氧化性能

3.3.1 氧化度

在紅外(IR) 光譜中，使用輻射源、檢測器和計算機來分析光與物質之間的相互作用。 在紅外光譜中，氧化產物在1600 cm- 1 波長之間出現峰。將加了清洗劑后的渦輪機油與加劑前的渦輪機油相比，其氧化度均為0，表明工業清洗劑加入系統中后，對系統在用油的氧化性能沒有影響。

3.3.2 黏度

黏度是指油品對流動所表現的阻力，是潤滑油最重要的指標。黏度的變化和潤滑油的狀態直接相關。

3.3.3 酸值

酸值檢測（Acid Number，簡寫為AN）是測定非水溶液中含有的酸性物質濃度，酸值的大小是指中和1 克潤滑油中全部酸性組分所需要的堿（使用氫氧化鉀KOH）的量（毫克），用mgKOH/ g 表示。總酸值(TAN) 是對潤滑油中酸性有機成分的衡量指標。

添加工業清洗劑后，總酸值沒有任何上升，說明了清洗劑不會造成在用油的氧化。更換高性能抗漆膜燃氣輪機油EP 后油品的總酸值恢復到了新油狀態并且一直沒有上升。

3.3.4 RULER

RULER 測試是一種線性掃描伏安法，為評估剩余使用壽命，測量潤滑油中抗氧化劑含量。 該測試定量分析新油和舊油中抗氧化劑的相對濃度，以監測油中抗氧化劑的消耗率。使用七個月后，RULER 檢測的抗氧化添加劑含量為新油的98.9%，表明高性能抗漆膜燃氣輪機油抗氧化性能依然與新油相仿。

3.4 抗泡與分水性能

加劑后抗泡性未見明顯變化，新換的油品抗泡性能一直保持優秀。分水性在加劑后有所提升，在48h 后下降，是清潔劑洗下來的極性物質部分溶解在油中引起的，換油后油品的分水性能一直保持優秀。

表1 不同時段的水分離性能

3.5 色度

石油產品顏色測定法把石油產品的顏色分為16 個色號，依次加深為1.0，1.5，2.0……，顏色最深的為8.0。實驗發現，加入清潔劑后，潤滑油的顏色從淡黃色到深褐色。用油顏色的加深通常由于油品氧化。由圖1 可見，加清潔劑后油品顏色迅速變深，從初始的5.5 上升到了6.5，隨后保持穩定。表明清潔劑發揮了作用，清洗出油泥/ 漆膜并溶解在油中（見圖1）。

圖1 油品顏色變化圖

3.6 金屬元素含量

潤滑油中的金屬有多種來源，例如磨損、污染和添加劑。磨損金屬是由渦輪機部件的摩擦或腐蝕引起。電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP）是一種有效的潤滑油分析技術。由圖2 可見，各金屬元素均穩定在極低水平，說明工業清洗劑未對設備造成任何磨損和腐蝕。更換的抗漆膜渦輪機油對系統元件的保護同樣優異。

圖2 清洗后燃氣輪機的金屬元素含量曲線圖

FPSO S2 燃氣輪機選用該新型方案大幅降低了燃氣輪機的故障率，自2020 年12 月完成更換高性能抗漆膜燃氣輪機油后，未出現一次燃氣輪機因液壓系統故障導致的意外停機，到2021 年7 月使用半年后，抗氧化劑含量仍保持98.9%，各項指標正常，燃氣輪機運行可靠穩定，有效保證了油田的電網穩定和生產流程的安全平穩運行。

4 經濟評價

（1）通過對機組的漆膜進行清除有效降低了電磁閥卡滯、伺服閥失準，提高了透平油氣切換成功率，油氣切換成功率基本達到100%，保證了燃氣輪機的運行可靠性，從而保障油田的電網穩定，避免每年由于油氣切換故障對電站和生產造成的損失約15000 桶（336 萬元）。

（2）避免透平機組機械部件如止推瓦、軸瓦潤滑失效磨損加劇過早更換（約120 萬元）。

（3）減少人工維護成本，減少非計劃停機的損失，提高設備利用率。

（4）工業漆膜清洗劑清潔能力顯著，與在用油完全相容，從壓差、色度、漆膜指數等參數來看工業清潔劑起到了對機組滑油及液壓油系統清潔效果，未對系統內在用油品和設備產生負面影響。更換后的高性能抗漆膜燃氣輪機油各項性能優異，抗氧化性能突出，能夠有效清除機組漆膜提高燃氣輪機運行穩定性。

5 結語

通過使用工業系統清洗劑在線清洗漆膜和更換了含有極壓劑的高性能抗漆膜燃氣輪機油的方式，徹底清除了機組漆膜并杜絕再次產生，更換后的高性能抗漆膜燃氣輪機油各項性能優異，抗氧化性能突出，提高了燃氣輪機潤滑系統效率及機組運行穩定性。證明該技術可以有效解決燃氣輪機滑油漆膜導致設備可靠性降低的情況，值得進一步推廣。

該技術方案的應用仍有進一步提升空間，例如針對國產機組的適用性研究、針對部分使用國產滑油的機組適用性及經濟性評估；同時，該技術的應用長期有效性還未有更多確切數據，技術的研發升級仍有提升空間。希望拋轉引玉，在石油及相關企業中引發技術革新和自主研發的熱潮。