喬 鵬

亞?wèn)|石化（上海）有限公司 上海市

一、引言

目前在國(guó)內(nèi)的大部分石化企業(yè)，在透平油監(jiān)測(cè)方面都是采用傳統(tǒng)的檢測(cè)方式，即監(jiān)測(cè)油品的黏度、水分及機(jī)械雜質(zhì)等指標(biāo)，來(lái)判斷油品是否可以繼續(xù)使用，甚至對(duì)于油品的旋轉(zhuǎn)壓力容器氧化試驗(yàn)法（RPVOT），有很多企業(yè)也鮮有使用。近十年來(lái)，針對(duì)透平油的檢測(cè)，濾膜光度分析（MPC）法和剩余壽命分析（RULER）被越來(lái)越多的使用，因其更能精確的反應(yīng)出潤(rùn)滑油的使用狀況。

二、常規(guī)的透平油分析試驗(yàn)介紹

（1）黏度，ASTM D445，黏度是油品的一個(gè)重要性能指標(biāo)，推薦其作為常規(guī)的定期測(cè)驗(yàn)，但是很少有發(fā)現(xiàn)油品的黏度有較大的變化。

（2）抗乳化性，D1401，對(duì)于汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，如果透平油不能很容易地和水分離，那軸承很可能發(fā)生損壞。如果透平油的抗乳化性能不佳，一些如凝聚過(guò)濾器的水分離技術(shù)的效果也不好，所以油品的抗乳化性能也是一個(gè)較重要的指標(biāo)。

（3）金屬元素，D5185，這些微量元素是由于機(jī)器的金屬件磨損產(chǎn)生，混合在透平油中，要特別注意這些微量金屬元素的增加。

（4）酸值，D974，D664，透平油的酸值應(yīng)非常小，通常＜0.05，但酸值一旦增大，將會(huì)增加得非?？欤⑶?guī)?lái)一系列問(wèn)題。

（5）水含量，D6304，這是透平和液壓系統(tǒng)的重要監(jiān)控指標(biāo)，透平油的含水量增加，將會(huì)使軸承損壞。

（6）潔凈度，ISO 4406，這是驗(yàn)證透平油性能的重要檢驗(yàn)。

（7）閃點(diǎn)，ASTM D92，這是油品狀態(tài)監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要指標(biāo)。

（8）泡沫特性，ASTM D892，這個(gè)檢驗(yàn)對(duì)汽輪機(jī)尤其重要，如果泡沫特性不佳，會(huì)引起一系列的機(jī)械問(wèn)題。

（9）穩(wěn)定性檢驗(yàn)(TOST)，D943，這個(gè)檢驗(yàn)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能得到數(shù)值。

（10）旋轉(zhuǎn)壓力容器氧化試驗(yàn)（RPVOT），ASTM D2272，RPVOT檢驗(yàn)在19世紀(jì)60年代變成ASTM標(biāo)準(zhǔn)，在近幾十年被廣泛用來(lái)判斷透平油的剩余壽命。但在現(xiàn)實(shí)中發(fā)現(xiàn)，RPVOT的精度達(dá)不到ASTM標(biāo)準(zhǔn)D 2272中所要求的，PRVOT測(cè)試結(jié)果中較大范圍誤差的存在，使得無(wú)法從其測(cè)試結(jié)果中及時(shí)、準(zhǔn)確地判斷抗氧化劑的健康狀態(tài)。

當(dāng)然，還有很多油品的分析指標(biāo)，但是以上這些檢驗(yàn)，除了旋轉(zhuǎn)壓力容器氧化試驗(yàn)（RPVOT）能較好反應(yīng)出油品的特性，其他都是常規(guī)分析。

三、旋轉(zhuǎn)壓力容器氧化試驗(yàn)(RPVOT)介紹

（1）試驗(yàn)方法。將試樣、蒸餾水和銅催化劑線圈一起放到一個(gè)帶蓋的玻璃盛樣器內(nèi)，然后把它放進(jìn)裝有壓力表的氧彈中。氧彈在室溫下充入620kPa壓力的氧氣，放入規(guī)定溫度的油浴中（150℃）。氧彈與水平面成30°，以100r/min的速度軸向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)達(dá)到規(guī)定的壓力降時(shí)，停止試驗(yàn)。記錄試驗(yàn)時(shí)間，根據(jù)氧彈試驗(yàn)時(shí)間以分鐘表示，作為試樣的氧化安定性。

最初的RPVOT試驗(yàn)，由于透平油中只有酚的混合物，所以試驗(yàn)時(shí)間只有300～600min。近幾十年來(lái)，由于透平的操作溫度顯著增加，所以在油品中加入了芳香胺組分，相應(yīng)的RPVOT值也增加到800～3000min。

（2）RPVOT不確定性問(wèn)題?，F(xiàn)實(shí)中發(fā)現(xiàn)RPVOT的精度達(dá)不到ASTM標(biāo)準(zhǔn)D 2272中所要求的；PRVOT測(cè)試結(jié)果中較大范圍誤差的存在，使得無(wú)法從其測(cè)試結(jié)果中及時(shí)、準(zhǔn)確地判斷抗氧化劑的健康狀態(tài)。有關(guān)專家將油試樣送往4個(gè)不同的地方進(jìn)行試驗(yàn)，油樣分新油和使用過(guò)的舊油，表1是分析的結(jié)果。

從表1可以看出，4個(gè)試驗(yàn)室的RPVOT結(jié)果有很大區(qū)別，甚至使用過(guò)的油品RPVOT值比新油還高，所以說(shuō)，RPVOT值不能完全準(zhǔn)確地反應(yīng)出油品的狀態(tài)。

四、濾膜光度分析（MPC）

（1）MPC 簡(jiǎn)介。MPC是英文Membrane Patch Colorimetry的縮寫(xiě)，MPC方法是利用一個(gè)可見(jiàn)光的分光計(jì)去測(cè)量油品中的漆膜含量，MPC使用的顏色刻度等級(jí)在ASTM E308中有定義。目前已被全世界一流的實(shí)驗(yàn)室和原始設(shè)備制造商所應(yīng)用。

MPC值與油品的狀況對(duì)應(yīng) ：0～15 為 正常；15～30 需要監(jiān)測(cè)；30～40為異常；40以上，油品需更換或立即處理。

（2）漆膜定義。潤(rùn)滑劑降解所產(chǎn)生的附屬物就叫漆膜，這些附屬物在油品中不是很穩(wěn)定，其傾向于形成沉淀物或從油箱中分離，這些分離的附屬物也就是漆膜，最終會(huì)附著在機(jī)器零件的表面，并且經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的堆積后很難分解，就像油漆一樣附著在零件表面。漆膜較易堆積的部位有：黑硬的沉淀物在機(jī)械密封上；金色的粘接薄膜在閥門(mén)上；木炭色的沉積物在巴氏合金的軸瓦上；棕色的膠粘物聚集在油過(guò)濾器的表面；黑色的結(jié)痂沉淀物在機(jī)械密封的表面或止推軸承的瓦塊上；含碳的殘余物在機(jī)械的表面上。

對(duì)透平壓縮機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，若漆膜堆積在軸表面或軸瓦表面，很容易造成軸瓦溫度升高，進(jìn)而損壞軸承，造成設(shè)備事故。

五、潤(rùn)滑油剩余壽命評(píng)估（RULER）

（1）RULER簡(jiǎn)介。RULER是英文 Remaining Useful Life Evaluation Routine的縮寫(xiě)，其發(fā)展于DAYTON大學(xué)和WRIGHT實(shí)驗(yàn)室，還被成功使用在A-10飛機(jī)的油品檢驗(yàn)上。油液氧化的初始是抗氧化劑被氧化和消耗，當(dāng)抗氧化劑消耗殆盡基礎(chǔ)油則開(kāi)始降解。傳統(tǒng)分析項(xiàng)目（比如總酸值、顆粒計(jì)數(shù)等等）測(cè)定的是抗氧化劑消耗后基礎(chǔ)油開(kāi)始劣變后的各項(xiàng)指標(biāo)變化，而RULER則是可以適時(shí)監(jiān)測(cè)油液中的抗氧化劑的健康狀況，從而預(yù)知油液的狀態(tài)，提前采取措施，例如當(dāng)RULER提示酚類抗氧化劑有效量為25%～50%時(shí)，可通過(guò)添加少量新油以提高和維持油液中的抗氧化劑含量，延長(zhǎng)油液使用壽命。因此RULER將利于使用者制定合適的換油計(jì)劃和換油間隔，并且預(yù)報(bào)可能發(fā)生的重大設(shè)備故障。

比較RPVOT旋轉(zhuǎn)氧氮法，RULER能夠克服RPVOT的弱點(diǎn)，并不是只給出一個(gè)總體抗氧化劑水平，能夠分別測(cè)定出胺類和酚類抗氧化劑的水平。隨著一代潤(rùn)滑油到二代潤(rùn)滑油的更新，RPVOT的局限性和誤差在加大。RPVOT測(cè)試常常需要1000min以上，而RULER儀器操作簡(jiǎn)便，測(cè)試時(shí)間只需幾分鐘，通過(guò)配套的軟件，將測(cè)試結(jié)果導(dǎo)入電腦，可以很方便地出具檢測(cè)報(bào)告。

表1 RPVOT試驗(yàn)結(jié)果比較

圖1是油品抗氧化劑含量損耗的一個(gè)圖表，從圖1中可以看出，透平油的抗氧化劑含量在最初的一段時(shí)間很穩(wěn)定，一旦抗氧化劑含量降低到一定程度，損耗的程度將非?？臁?/p>

圖1 透平油損耗圖

圖2是一個(gè)RULER檢驗(yàn)的報(bào)告圖表，RULER檢驗(yàn)是通過(guò)新油和舊油的比較，來(lái)確定油品中酚類抗氧化劑和胺類抗氧化劑所占的比例，圖2中◆線表示新油，●線表示舊樣品油。從圖2中可看出，一種抗氧化劑含量是23%，另一種抗氧化劑含量是56%，最終的RULER值是57.8%。

圖2 RULER分析結(jié)果

（2）MPC值與RULER值的關(guān)聯(lián)。RULER檢驗(yàn)和MPC檢驗(yàn)是互相關(guān)聯(lián)的，RULER檢驗(yàn)可以判別抗氧化劑的損耗情況和提供潤(rùn)滑劑的降解信息。MPC檢驗(yàn)可確定這些降解產(chǎn)品的數(shù)量，讓使用者評(píng)估他們的風(fēng)險(xiǎn)，有時(shí)也可讓使用者確定什么時(shí)候開(kāi)始處理他們的潤(rùn)滑系統(tǒng)。利用這兩個(gè)檢驗(yàn)，判定透平油中沉淀物的產(chǎn)生狀況是合適的方法。圖3顯示了這兩個(gè)結(jié)果的關(guān)聯(lián)狀況，其中MPC值的結(jié)果在上面章節(jié)中有介紹，而RULER值的結(jié)果是其中酚類抗氧化劑含量若＜25%，就處于報(bào)警狀態(tài)，而胺類的抗氧化劑含量若＜75%，就處于報(bào)警狀態(tài)，應(yīng)引起注意。

圖3 MPC值與RULER值關(guān)聯(lián)

總之，將RULER和MPC檢測(cè)加入傳統(tǒng)的油液分析項(xiàng)目中，可提高預(yù)知性和前瞻性，實(shí)現(xiàn)對(duì)油液和設(shè)備的主動(dòng)性維護(hù)。

六、電物理分離（ESP）技術(shù)

（1）電物理分離技術(shù)簡(jiǎn)介。知道了MPC和RULER檢驗(yàn)結(jié)果，若油品抗氧化劑含量降低或漆膜值太大，可采取ESP技術(shù)進(jìn)行凈化處理。ESP是英文Electrophysical Separation Process的縮寫(xiě)，是比利時(shí)FLUITEC公司近來(lái)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)專利技術(shù)。應(yīng)用電物理分離過(guò)程，能夠同時(shí)吸收懸浮于油液中和溶解在油液中的降解物，從而消除漆膜形成的根源。它采用的是穩(wěn)定的過(guò)濾介質(zhì)，該介質(zhì)只會(huì)有選擇性地去除能引起漆膜的污染物，而不會(huì)影響到油液中的添加劑。圖4、圖5是壓縮機(jī)軸承在使用ESP前后的照片，區(qū)別很明顯，使用ESP后軸承變得很清潔。

（2）使用 ESP效益分析。ESP分兩種，一種是ESP-136，適用于30000L的油箱，另一種是ESP-436，適用于 80000L的油箱的報(bào)價(jià)，目前PTA廠的空壓機(jī)組基本都是后者，按Fluitec的經(jīng)驗(yàn)，使用ESP后，壓縮機(jī)的透平油可多使用5年無(wú)問(wèn)題，按80000L的油量計(jì)算，要更換新油的費(fèi)用是160萬(wàn)元人民幣。

ESP-436的價(jià)格折合人民幣約50萬(wàn)元，可以看出，可節(jié)省一大比換油的費(fèi)用，并且購(gòu)買(mǎi)了一個(gè)ESP后，可以選擇在幾個(gè)不同的潤(rùn)滑油箱之間輪流使用，而目前的PTA廠都至少有兩臺(tái)機(jī)組甚至更多，因此使用ESP將會(huì)產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的是，它更能有效去除透平油的油液降解產(chǎn)物，以防止設(shè)備故障以及其他因油液沉積物導(dǎo)致的有關(guān)設(shè)備問(wèn)題。

圖4 使用ESP前

圖5 使用ESP后