易 锫
(國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院,湖北武漢 430077)
破乳化度所代表的性能,是油水乳化液重新分離出兩相的能力,它是保證汽輪機(jī)油潤(rùn)滑性能的一個(gè)重要的指標(biāo)。如果汽輪機(jī)油在運(yùn)行過(guò)程中,由于某些原因接觸到水發(fā)生乳化現(xiàn)象,將會(huì)造成摩擦部件表面的油膜消失,引起軸承過(guò)熱,造成調(diào)速系統(tǒng)失靈或引起設(shè)備損壞;乳化液中的水分能使油品酸值上升,加速油質(zhì)劣化,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備腐蝕及銹蝕[1-4]。為了防止汽輪機(jī)油發(fā)生的乳化現(xiàn)象,就要求汽輪機(jī)油具有良好的抗乳化性能,破乳化時(shí)間要盡可能短,以長(zhǎng)時(shí)間保證油質(zhì)良好和機(jī)組的健康運(yùn)行。
汽輪機(jī)油破乳化度的檢測(cè)中,常常會(huì)出現(xiàn)一些混淆判斷的現(xiàn)象,比如沒(méi)有明顯的乳化層,乳化層與油層、水層界面不清,量筒水層中出現(xiàn)大量液體包泡掛壁[5]。這些現(xiàn)象會(huì)干擾操作者的判斷,造成各實(shí)驗(yàn)室出具的數(shù)據(jù)相差較大,影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。在破乳化度檢測(cè)的新標(biāo)準(zhǔn)中:GB/T 7605—2008《運(yùn)行中汽輪機(jī)油破乳化度測(cè)定法》,對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)描述,并給出了判斷依據(jù),使操作者對(duì)結(jié)果的判斷更加簡(jiǎn)便,使檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性大大提高。
汽輪機(jī)油本身是多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物充分融合而成的混合物,礦物汽輪機(jī)油的組成體系分為基礎(chǔ)油和添加劑兩部分[6-8],這些添加劑的總量在汽輪機(jī)油組分中占比可達(dá)30%左右,基礎(chǔ)油精制深度和其中添加劑的特性決定了汽輪機(jī)油的初始破乳化性能。
汽輪機(jī)油在使用的過(guò)程中受到剪切力和氧化等作用,大量的斷鏈分子轉(zhuǎn)變?yōu)橐追磻?yīng)性的不穩(wěn)定成分,在汽輪機(jī)油的使用周期內(nèi)不斷產(chǎn)生大量油泥、瀝青質(zhì)等廢棄物質(zhì),汽輪機(jī)油成分發(fā)生改變,使極性成分占比不斷增加,這種特征使運(yùn)行中的汽輪機(jī)油表現(xiàn)出易乳化的特點(diǎn)。
在進(jìn)行汽輪機(jī)油破乳化度測(cè)定時(shí),有時(shí)會(huì)在量筒壁水層區(qū)域出現(xiàn)乳化泡、肉眼可見(jiàn)的油珠或者透明的大液泡掛壁。如圖1所示。
圖1 破乳化度檢測(cè)中的各種掛壁現(xiàn)象
乳化層通常會(huì)有水包油和油包水構(gòu)型,水包油型的乳化就是油滴存在于連續(xù)的水相中,而油包水型的乳化就是水存在于連續(xù)的油相中。在汽輪機(jī)油破乳化度檢測(cè)中,典型的分層就是分為水層、乳化層、油層,如果原本的汽輪機(jī)油中的抗乳化劑已經(jīng)被消耗殆盡,那么在大概水層和油層的中間位置形成穩(wěn)定的乳化層,如果試管中有掛壁的油滴、乳化泡存在將會(huì)增大水的體積,將會(huì)干擾對(duì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確判斷。
按照GB/T 7605—2008《運(yùn)行中汽輪機(jī)油破乳化度測(cè)定法》進(jìn)行汽輪機(jī)油的破乳化度測(cè)定,在標(biāo)準(zhǔn)7.4節(jié)的第a條描述的是:乳化層明顯產(chǎn)生,但是存在乳化泡掛壁等現(xiàn)象,這也是本文想要力圖表達(dá)的一種情形,因此,在選擇代表性樣本時(shí)也以此為參照。
在準(zhǔn)備階段稱取待用量筒的準(zhǔn)確質(zhì)量,量取待測(cè)油樣的準(zhǔn)確密度。破乳化度實(shí)驗(yàn)完畢后吸取量筒上層油液、中層乳化液和下層水液,僅保留水層中的油珠和油泡。將處理完畢的量筒充分干燥只保留掛壁油液。然后將量筒連同其中油液一同進(jìn)行精確稱量,得到了量筒和掛壁油珠的總質(zhì)量,將此質(zhì)量減去量筒質(zhì)量,即可得到掛壁油珠的質(zhì)量,最后算出掛壁油珠的體積,得到表1數(shù)據(jù)。
表1 油珠掛壁的量筒中掛壁油的體積
破乳化度檢測(cè)中使用的量筒最大刻度是100mL,最小刻度1mL,依照J(rèn)JG196—2006《常用玻璃量器》,對(duì)于100mL的玻璃量筒允許讀取體積和實(shí)際體積之間存在±0.25mL的差別,從表1中掛壁油珠的體積一欄中,并未發(fā)現(xiàn)超過(guò)0.25mL體積的樣品。
破乳化度量筒量取精度為1mL,最大估讀到0.5mL,那么依據(jù)相對(duì)誤差公式:
正常出現(xiàn)3mL乳化層體積時(shí),測(cè)量的相對(duì)誤差為:(0.5×100%)/3=16.7%
取表1中樣品的掛壁體積帶入相對(duì)誤差公式可得表2。
表2 樣品掛壁油珠帶來(lái)的相對(duì)誤差
從表2可以看出,因?yàn)闃悠返膾毂谟椭樗鶎?dǎo)致的相對(duì)誤差,并沒(méi)有超過(guò)量筒本身的精度導(dǎo)致的相對(duì)誤差。對(duì)于汽輪機(jī)油破乳化度的檢測(cè)來(lái)說(shuō),如果能夠保證按照要求使用和清洗檢測(cè)器具就可避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。表2中采樣量畢竟是有限的,不能完全排除某些樣品的掛壁現(xiàn)象確實(shí)會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響,而從第三方實(shí)驗(yàn)室公正性角度來(lái)看,破乳化度檢測(cè)項(xiàng)目的檢測(cè)目的是確定油、水分離狀況,為汽輪機(jī)油汽輪機(jī)性能的優(yōu)劣作評(píng)判,如果檢測(cè)發(fā)生了掛壁現(xiàn)象無(wú)疑會(huì)影響檢測(cè)效果和檢測(cè)的公正性,因此破乳化度的檢測(cè)過(guò)程中發(fā)生的油珠掛壁現(xiàn)象是有必要消除的。
汽輪機(jī)油破乳化度檢測(cè)中,使用的量筒材質(zhì)是非晶體物質(zhì),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不規(guī)則,在表面存在著懸掛氣鍵(Dangling Oxide Bond),導(dǎo)致玻璃表面結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高熵、明顯極性,玻璃表面即使經(jīng)過(guò)精密拋光,仍然存在著1 000~2 000埃的起伏或者臺(tái)階,這些都導(dǎo)致了玻璃表面的物理吸附、化學(xué)吸附、氫鍵吸附。按照前文所述,現(xiàn)代汽輪機(jī)油并不是單一的基礎(chǔ)油組分,而是混合了多種功能性添加劑所構(gòu)成的混合物,添加劑極性強(qiáng)而易吸附于量筒表面,但一般對(duì)于檢測(cè)結(jié)果并無(wú)實(shí)質(zhì)性的影響。破乳化檢測(cè)量筒的反復(fù)使用必然在內(nèi)壁出現(xiàn)磨損,這些磨損的出現(xiàn)將為油珠掛壁提供更多條件,所以定期更換量筒是必須要做的一件事。
破乳化度的檢測(cè)對(duì)于汽輪機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行事關(guān)重大,是汽輪機(jī)油最重要的檢測(cè)項(xiàng)目之一。通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)表明,在進(jìn)行汽輪機(jī)油破乳化度檢測(cè)時(shí),如果發(fā)現(xiàn)了量筒水層出現(xiàn)油珠、乳化泡等掛壁現(xiàn)象,一般不用擔(dān)心影響檢測(cè)結(jié)果,這種掛壁現(xiàn)象的出現(xiàn),主要?dú)w因于汽輪機(jī)油的組成成分和量筒材質(zhì)發(fā)生的吸附作用,這種掛壁現(xiàn)象對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)是不常見(jiàn)的。同時(shí),本文提出了使用一種常見(jiàn)的玻璃處理方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。