杜雪嶺

中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司上海研究院

隨著天然氣發(fā)電的發(fā)展和分布式能源的應(yīng)用普及，燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備在環(huán)保及提高熱效率方面都具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)際上主要由GE、SIEMENS、MHPS等大型燃?xì)廨啓C(jī)制造商占據(jù)主流市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)重型燃機(jī)制造主要采用和國(guó)際公司合作或技術(shù)引進(jìn)模式進(jìn)行。本文介紹了國(guó)際燃?xì)廨啓C(jī)制造及發(fā)展情況，對(duì)主要燃?xì)廨啓C(jī)制造商的潤(rùn)滑油品規(guī)格發(fā)展進(jìn)行了梳理，總結(jié)其對(duì)油品的性能要求，提出燃汽輪機(jī)油的發(fā)展方向。

燃?xì)廨啓C(jī)是以連續(xù)流動(dòng)的氣體為工質(zhì)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動(dòng)力機(jī)械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)分為輕型燃?xì)廨啓C(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)，其中重型燃?xì)廨啓C(jī)主要為陸用發(fā)電和工業(yè)驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力。

世界重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展遵循提高熱效率的路線(xiàn)，朝著透平氣動(dòng)效率更高、功率更大、材料高溫性能更加優(yōu)越的方向發(fā)展。GE（通用電氣）、SIEMENS（西門(mén)子）、MHPS（三菱日立）、ANSALDO(安薩爾多）等國(guó)際主要燃?xì)廨啓C(jī)制造商的燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品占據(jù)了國(guó)際主要的市場(chǎng)。大部分燃?xì)廨啓C(jī)制造商針對(duì)其自身燃?xì)廨啓C(jī)的特點(diǎn)，建立了各自的燃?xì)廨啓C(jī)油規(guī)格，并且油品需要取得技術(shù)認(rèn)證才能用于其設(shè)備中。在燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展的影響下，燃?xì)廨啓C(jī)軸承環(huán)境溫度不斷提高，可達(dá)到250 ℃以上，使得燃?xì)廨啓C(jī)油的工作環(huán)境日趨苛刻。

國(guó)內(nèi)重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)制造方面，分別以哈爾濱電氣集團(tuán)、上海電氣集團(tuán)、東方電氣集團(tuán)為核心，形成了相應(yīng)的燃?xì)廨啓C(jī)制造產(chǎn)業(yè)群，目前全行業(yè)具備了年產(chǎn)四十套左右燃用天然氣的F和E級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)以及與之配套的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)全套發(fā)電設(shè)備的能力，可以基本滿(mǎn)足我國(guó)電力工業(yè)的市場(chǎng)需求。國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)制造商燃?xì)廨啓C(jī)的生產(chǎn)主要采用和國(guó)際電氣公司合作或技術(shù)引進(jìn)的模式，如上汽與SIEMENS、ANSALDO合 作 生 產(chǎn)F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，東汽與MHPS 合作生產(chǎn)F級(jí)、J級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，哈汽和GE合作生產(chǎn)F、H級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，因此相關(guān)的重型燃?xì)廨啓C(jī)用燃?xì)廨啓C(jī)油的性能要求主要參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)或OEM（原始設(shè)備制造商）油品規(guī)格要求。東汽正在進(jìn)行的G50燃機(jī)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目是目前國(guó)產(chǎn)化功率最大、效率最高的燃?xì)廨啓C(jī)，其發(fā)展也將后續(xù)為國(guó)產(chǎn)燃機(jī)制造技術(shù)及用油規(guī)格技術(shù)發(fā)展帶來(lái)一定影響。

國(guó)際燃?xì)廨啓C(jī)制造及發(fā)展

國(guó)際燃?xì)廨啓C(jī)OEM制造商情況

從1939年世界第一臺(tái)發(fā)電用重型燃?xì)廨啓C(jī)誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的技術(shù)進(jìn)步和企業(yè)重組，GE、SIEMENS和MHPS公司各自形成了完整的技術(shù)體系和產(chǎn)品系列并壟斷了全球市場(chǎng)。GE公司于2015年收購(gòu)法國(guó)ALSTOM（阿爾斯通能源）公司后，向ANSALDO公司出售了阿爾斯通公司燃?xì)廨啓C(jī)業(yè)務(wù)部門(mén)的核心部分，ANSALDO也由此成 為 繼SIEMENS、GE和MHPS后第四個(gè)擁有H級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的公司。另外在中小型燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，制造商主要有日本Kawasaki Heavy Industry（川崎重工）、美國(guó)Solar Turbine（索拉燃機(jī)）、德國(guó)MAN Energy Solution（曼恩能源方案公司）、荷蘭OPRA Turbine等公司。

根據(jù)巴克萊銀行分析報(bào)告，2019年上半年GE的燃?xì)廨啓C(jī)訂單量占全球49.66%，SIMENS為 26.13%，MHPS為 12.36%，ANSALDO為6.41%，具體情況見(jiàn)圖1。

國(guó)際大中型燃?xì)廨啓C(jī)典型產(chǎn)品性能參數(shù)見(jiàn)表1。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展趨勢(shì)

燃?xì)廨啓C(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)如下：

◇進(jìn)一步提高溫度、壓力，從而進(jìn)一步提高機(jī)組的功率。提高燃?xì)獬鯗厥菍?shí)現(xiàn)提高熱效率的一個(gè)重要因素，H級(jí)燃機(jī)燃?xì)鉁囟冗_(dá)到1 550～1 600 ℃，熱效率達(dá)到42%以上，燃?xì)獬鯗氐南乱粋€(gè)目標(biāo)是1 700 ℃，熱效率可達(dá)44%～45%。國(guó)際燃?xì)廨啓C(jī)市場(chǎng)正由當(dāng)代級(jí)（E/F）向先進(jìn)級(jí)（H/J）發(fā)展。

◇進(jìn)一步降低NOX（氮氧化物）等污染排放。世界各燃?xì)廨啓C(jī)制造商致力于開(kāi)發(fā)高效低污染穩(wěn)定燃燒技術(shù)，開(kāi)發(fā)干式低污染(DLN)燃燒室技術(shù)，明顯降低污染排放。

◇可靠性和可維修性不斷提高。燃?xì)廨啓C(jī)先進(jìn)材料、涂層、冷卻技術(shù)以及模塊化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，極大提高了燃?xì)廨啓C(jī)的可靠性和可維修性。

燃?xì)廨啓C(jī)油規(guī)格發(fā)展

國(guó)際燃?xì)廨啓C(jī)OEM制造商油品規(guī)格

國(guó)際上大部分燃?xì)廨啓C(jī)OEM制造商針對(duì)其自身燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，建立了各自的燃?xì)廨啓C(jī)油規(guī)格。國(guó)際主要OEM制造商燃?xì)廨啓C(jī)油品規(guī)格情況見(jiàn)表2。

GE油品規(guī)格

GE針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)油品的用油要求按照設(shè)備情況及工作狀況分別進(jìn)行規(guī)定。GE在2015年收購(gòu)阿爾斯通部分業(yè)務(wù)后，采用原阿爾斯通技術(shù)的設(shè)備油品規(guī)格轉(zhuǎn)化為GE HTGD 90117油品規(guī)格，GEK系列油規(guī)格中GEK32568k明確規(guī)定了軸承環(huán)境溫度大于260 ℃的燃?xì)廨啓C(jī)用油，GEK121608明確規(guī)定了軸承環(huán)境溫度大于260 ℃的聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)和燃?xì)鈾C(jī)用油。其中HTGD 90117油品規(guī)格要求最為嚴(yán)格，規(guī)定了鋅元素的含量、蒸汽抗乳化、抗泡性能和過(guò)濾性等理化指標(biāo)；氧化性能方面，該規(guī)格規(guī)定了旋轉(zhuǎn)氧彈值不小于1 000 min和TOST氧化壽命不小于7 000 h，要求油品具有優(yōu)異的抗乳化性能、抗泡性能、過(guò)濾性能和氧化安定性能。

SIEMENS油品規(guī)格

SIEMENS針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)油品規(guī)格 有TLV901304和TLV901305。TLV901305規(guī)格適用于軸承、聯(lián)軸器等部件最高溫度達(dá)130 ℃的渦輪機(jī)設(shè)備，而TLV901304規(guī)格適用于最高溫度為110 ℃的渦輪機(jī)設(shè)備，TLV901305規(guī)格要求相較于TLV901304規(guī)格具有更好的熱安定性。兩個(gè)油品規(guī)格都規(guī)定了蒸汽抗乳化指標(biāo)不小于300 s和TOST氧化壽命時(shí)間大于3 000 h。TLV901305作為高熱安定性油品規(guī)格規(guī)定了旋轉(zhuǎn)氧彈的具體指標(biāo)。從油品規(guī)格可以看出，SIEMENS要求燃?xì)廨啓C(jī)油具有優(yōu)異的氧化安定性能和良好的抗乳化性能。

圖1 2019年上半年世界燃?xì)廨啓C(jī)訂單量

表1 國(guó)際大中型燃?xì)廨啓C(jī)制造商典型產(chǎn)品性能參數(shù)

MHPS燃?xì)廨啓C(jī)油品規(guī)格

MHPS針對(duì)不同等級(jí)設(shè)備提出了不同的燃汽輪機(jī)油油品規(guī)格，并隨著機(jī)組設(shè)備技術(shù)的不斷提升不斷更新其規(guī)格版本，目前MS04-MACL005(R3)和MS04-MA-CL006（R0）代表了最高等級(jí)的油品規(guī)格。MHPS對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)用油規(guī)格要求相對(duì)全面并且要求嚴(yán)格：

◇除規(guī)定嚴(yán)格的抗泡性、抗乳化性和鋅含量外，尤其是氧化安定性指標(biāo)，CL005規(guī)定酸值達(dá)2.0 mgKOH/g時(shí)間要求為不小于7 000 h，CL006規(guī)定酸值達(dá)2.0 mgKOH/g時(shí)間要求為不小于14 000 h。

表2 國(guó)際主要OEM制造商燃?xì)廨啓C(jī)油品規(guī)格

◇針對(duì)熱氧化安定性能設(shè)置了一系列測(cè)試，規(guī)定采用ASTM D7873《加抑制劑油品在120 ℃無(wú)水條件下的氧化安定性和不溶物測(cè)定法》進(jìn)行壽命和油泥的測(cè)定，CL005要求在該試驗(yàn)條件下的氧化壽命大于1 000 h，旋轉(zhuǎn)氧彈衰減至25%時(shí)油品的油泥含量不大于100 mg/kg；CL006要求在該試驗(yàn)條件下的氧化壽命大于2 100 h，旋轉(zhuǎn)氧彈衰減至25%時(shí)油品的油泥含量不大于100 mg/kg，并要求進(jìn)行高溫氧化安定性（175 ℃，72 h）的試驗(yàn)。

總體上，MHPS規(guī)格對(duì)于油品的熱氧化安定性和油泥生成量具有較高的要求。

結(jié)論

☆ GE、SIEMENS、MHPS、ANSALDO等國(guó)際主要燃?xì)廨啓C(jī)制造商的燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品占據(jù)了國(guó)際主要的市場(chǎng)，燃?xì)廨啓C(jī)未來(lái)將向高參數(shù)、高性能、低污染發(fā)展。

☆國(guó)際上大部分燃?xì)廨啓C(jī)OEM制造商針對(duì)其自身燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，建立了各自的燃?xì)廨啓C(jī)油規(guī)格，各公司都規(guī)定了嚴(yán)格的抗泡、抗乳化性能要求，并通過(guò)鋅含量的規(guī)定嚴(yán)格限制含鋅有機(jī)添加劑的使用，在氧化安定性上有提高油品熱氧化安定性能的趨勢(shì)。其中SIEMEN 的要求相對(duì)較寬松，MHPS公司要求最為嚴(yán)格，設(shè)置了120 ℃下的Dry-Tost氧化安定性試驗(yàn)方法和高溫氧化安定性（175 ℃，72 h）的指標(biāo)，考察油品的高溫穩(wěn)定性和低油泥析出趨勢(shì)，對(duì)油品的開(kāi)發(fā)提出了更高的挑戰(zhàn)。

☆燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步對(duì)潤(rùn)滑油品提出了更高的要求，燃?xì)廨啓C(jī)油需具備優(yōu)良的抗乳化性能、抗泡性能和突出的高溫抗氧化性能，要求油品具有更長(zhǎng)的使用壽命和更低的油泥析出趨勢(shì)。