郝亞楠，于乃海，李貴海，王紅衛(wèi)，商攀峰

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003；2.華電國際技術服務分公司，山東 濟南 250014）

0 引言

汽輪機油在軸承與軸瓦之間形成一層油膜起到潤滑的作用。汽輪機油在其使用過程中常常不可避免地會混入水分?？谷榛阅苁窃u價汽輪機油抵抗與水形成乳化液的一項指標。汽輪機油的抗乳化性能好時可以將混入其中的水分快速分離開，并可以通過主油箱底部閥門放出。否則，油水無法分開，則在軸承的旋轉攪拌下使之形成乳化液，無法使?jié)櫥托纬捎湍?。在高速旋轉下，會造成軸承溫度快速升高，油品酸值增加，加速油品劣化，腐蝕軸承等部件［1?6］。因此，汽輪機油良好的抗乳化性能是保證汽輪機組能夠安全穩(wěn)定運行的重要指標。

某電廠1 000 MW 超超臨界機組在運行6個月后出現(xiàn)抗乳化性指標超標，分離時間大于100 min。為保證機組正常運行，通過添加新油的方式實現(xiàn)，在補油30桶后，破乳化時間降至11 min。在機組運行兩天后破乳化檢測結果再次大于100 min。運行油中抗乳化劑含量已經明顯不足，向油中添加破乳化劑不能有效解決破乳化超標問題，推測油中可能出現(xiàn)極性有機產物，為保證機組不停機正常運行，只能通過在線凈化再生方式進行處理。

1 原因分析

造成汽輪機油破乳化性能超標的原因是油中存在表面活性物質［7］。水分的存在給了汽輪機油出現(xiàn)乳化的條件。當水分大量存在時會加速油中抗氧化劑的損失，使油的抗氧化性能大幅下降。通過向主油箱中補加新油的方式來增加汽輪機油的抗乳化性能，本質上是向其中添加了破乳化劑，但是油品已經劣化，所以維持破乳化性能的時間不長。

1.1 存在問題

抗乳化性超標問題發(fā)生的同時，汽輪機油中水分含量較上一檢測周期出現(xiàn)大幅增加，運行人員通過真空濾油機降低油中水分。在油中水分降低至合格范圍內后，三天后水分升至126 mg/kg。由此可知油系統(tǒng)存在進水口。經過排查發(fā)現(xiàn)軸封壓力表出現(xiàn)故障，使之實際壓力大于6 MPa（設計壓力3.5 MPa），過熱蒸汽由軸封處進入油系統(tǒng)。汽輪機油中添加劑具有表面活性的親水基團，當汽輪機高速旋轉時，油水攪拌呈乳濁液時，這些親水的極性基團就有可能與水結合在一起，而又由于親油性的非極性基團能溶于油，便使得結合力更強，油水更難分離，這時便出現(xiàn)乳化。

1.2 油質劣化分析

1.2.1 油質質量分析

通過從主油箱取樣，分析油質情況。汽輪機油樣品檢測結果見表1。

表1 汽輪機油檢測結果

潤滑油的老化可以通過基礎油的變質、添加劑的變質、消耗以及其他物質的積累三個方面來評價?；A油的變質主要體現(xiàn)在黏度的變化以及酸性物質的生成，可以通過黏度、酸值以及色度等指標來考察，而添加劑的消耗、變質等在多數(shù)情況下不能對其進行直接評價，但抗氧劑的消耗會引起酸值的變化，抗乳化劑的消耗會引起抗乳化性能的變化，防腐抗磨劑的變質會使?jié)櫥椭杏心酄钗镂龀?。因此對于添加劑的消耗、變質可以通過酸值、銅片腐蝕以及戊烷不溶物等指標進行考察。戊烷不溶物是使用過的油溶于戊烷后，所分離出來的物質，用于判斷在用潤滑油受污染和老化的程度［8］。

從表1 的結果可以發(fā)現(xiàn)，該汽輪機油的水分、抗乳化性已經超標，油中的戊烷不溶物在6%左右?？芍推肥艿搅宋廴疽约坝椭械奶砑觿┍幌暮头纸狻Ｋ殖瑯耸禽S封壓力過大水汽進入由系統(tǒng)造成。

對汽輪機油樣品進行金屬元素分析，檢測結果見表2。

表2 汽輪機油金屬元素檢測結果 單位：mg/kg

表2 元素分析中的P 和Zn 含量較高，則是通過添加劑引入，例如粘度指數(shù)改進劑和防銹劑等含有一定量的P 和Zn 金屬元素。粘度指數(shù)改進劑作為添加劑可改善潤滑油的粘溫性能，以獲得低溫啟動性能好、在高溫下又能保持適當黏度的潤滑油使之具有較高的粘度指數(shù)和平滑的粘溫曲線。

從上述油質質量分析可知，油品劣化是由于汽輪機油中混入了高溫水蒸氣，造成油品水分超標，運行過程中混入了雜質使汽輪機油受到了污染，且添加劑發(fā)生了變質等原因造成了汽輪機油的劣化。

1.2.2 紅外光譜分析

紅外光譜分析可以通過主要基團的出峰位置確定汽輪機油中的主要有機物的種類。汽輪機油紅外光譜見圖1。

圖1 汽輪機油紅外光譜

由圖1 中的紅外光譜圖結果可以看出：汽輪機油在波數(shù)1 733/cm 處出現(xiàn)較大波峰，根據(jù)紅外主要基團特征峰的吸收波數(shù)可以確定在該處波數(shù)處的基團在醛類、酯類和羧酸類的C＝O處會有很強的吸收峰。說明油中含有較多的有機氧化產物，根據(jù)油質質量的數(shù)據(jù)可知，汽輪機油的酸值并不大，則有機羧酸和醛類物質并不多，主要為有機酯類。當油中的水分較大時，酯可以發(fā)生水解反應，生成有機酸和有機醇。在酸性條件下，汽輪機油的劣化速度會大大加快。

從圖1中可以看出，汽輪機油在波數(shù)3 650/cm處無吸收峰，可知油中無T501 抗氧化劑。油品的抗氧化劑能力基本靠油的基礎油品質來提供。加氫精制基礎油具有較好的抗氧化能力，但是對于混入的雜質有較差的溶解能力，而不飽和烴類卻有溶解有機雜質的能力，如芳香烴類。如果汽輪機油中含有芳香烴類則會在紅外波數(shù)1 600/cm 附近出現(xiàn)波峰，汽輪機油中不含芳香烴或者芳香烴的含量很少。

從紅外譜圖的分析中可以得知，汽輪機油中含有一定量的有機酯類，抗氧化劑T501 含量未能檢出，汽輪機油的抗氧化能力較差。

2 處理措施

軸封漏氣是造成汽輪機油乳化的主要原因，檢查軸封壓力表，對有問題的儀表立刻進行更換。同時打開真空濾油機，除去主油箱中混入的大量水分。

根據(jù)試驗結果發(fā)現(xiàn)，汽輪機油的老化并不嚴重，而是混入了雜質造成有機極性物質增加，抗乳化性超標。需要進行吸附處理，將軟性有機物通過吸附過濾的方式除去。

2.1 實驗室試驗

采用再生吸附劑在實驗室進行驗證試驗。吸附劑的使用量與油中的劣化產物的量有關。取油樣進行吸附處理，為提高吸附劑吸附效率，將油樣加熱至60 ℃加入4%的吸附劑，用磁子旋轉攪拌30 min。靜置室溫后用濾紙進行過濾，得到處理后油樣。測試100 ℃時運動黏度和抗乳化性，并與新油結果對比，結果見表3。

表3 處理后樣品和新油結果

由表3 的結果可以看出，在由吸附處理后，運動粘度有所下降，抗乳化性得到了明顯改善?？芍推分械奶砑觿┮呀浻绊懥擞推焚|量，且油中的劣化產物也被吸附除掉。吸附處理前后的汽輪機油對比效果見圖2。

圖2 汽輪機油吸附處理前后

由圖2 可見汽輪機油在吸附前呈暗黃色，吸附后油質淺黃透明。吸附再生效果十分明顯，可以有效處理該問題油品。

2.2 在線濾油和泡沫增多處理措施

通過在實驗室添加不同比例的吸附劑進行驗證性試驗。使用質量分數(shù)為3%的吸附劑處理汽輪機油，油品顏色明顯變淺但抗乳化性時間仍大于100 min，在將吸附劑的使用量增加至5%后，油品顏色澄清明亮，測得抗乳化性時間為1.9 min，滿足標準要求（≤30 min）［9］。強極性吸附劑可以有效除去油中的極性雜質，但與此同時，油中的極性添加劑也會被吸附除去。因此在濾油結束后要補加相關的添加劑。

在濾油過程中發(fā)現(xiàn)，主油箱中泡沫量過大。運行時，出現(xiàn)主油泵出力不足的現(xiàn)象，運行人員為保證機組運行，加入新油10桶，穩(wěn)定了主油泵的油量。

分析可知，汽輪機油受到污染，油中有機極性物質較多，其泡沫特性和空氣釋放值也會受到一定影響。吸附過濾過程中，會相應除掉消泡劑等添加劑，因此在濾油時回油管進入主油箱時會攪起大量泡沫。泡沫量大又會導致注油泵出力不夠而發(fā)生跳機。因此為不影響機組正常運行，將主油箱中部分汽輪機油導入儲油箱中，先對該部分汽輪機油進行吸附再生，再生完畢后導入主油箱。如此往復進行吸附再生，可保證主油泵正常工作，且機組穩(wěn)定運行。

該機組所使用的汽輪機油為加氫精制的基礎油調和而成。加氫精制的基礎油可以大大提高油品的抗氧化能力，但是會降低油品對極性有機物的溶解能力。因此當油品出現(xiàn)劣化產物時，會很快從油中析出，逐漸聚集成極性有機顆粒。汽輪機油在使用過程中添加劑會不斷消耗，添加劑的使用也會引入金屬元素等極性物質。當產生的劣化產物或極性物質不能及時除去時，則會造成油品的加速劣化［10］。建議選擇汽輪機油時，盡量減少添加劑的使用，與此同時油品凈化裝置可持續(xù)運行。

3 汽輪機油防乳化措施

汽輪機油的防乳化措施，可以從新油驗收、基建調試和運行維護管理三個方面來實施［11］。

電廠所使用的32 號和46 號汽輪機油應嚴格按照GB 11120—2011《渦輪機油》執(zhí)行新油驗收。標準中抗乳化性（乳化液達到3 ml 的時間）對32 號和46號汽輪機油要求不大于15 min［12］。某些汽輪機油在驗收時滿足抗乳化性時間短的要求，但是試驗時發(fā)現(xiàn)水層量筒壁出現(xiàn)油珠掛壁的現(xiàn)象。有研究表明該現(xiàn)象是由于汽輪機油的組分和量筒的材質發(fā)生吸附所產生。在后期使用過程中應進行關注，預防后期運行中汽輪機油快速劣化。

基建調試過程中，要著重做好汽輪機油的維護工作，為后期的汽輪機油運行維護打下良好的基礎。在整個系統(tǒng)安裝完成后要進行充分的沖洗，并在沖洗的同時進行取樣化驗，在機組投運前，需要對顆粒度、泡沫特性、破乳化時間、酸值、黏度、水分、閃點等指標進行檢測，若發(fā)現(xiàn)破乳化時間和泡沫特性與新油指標相差較大時，則是由于汽輪機油被表面活性物質污染造成［13?14］。

運行的機組要注意汽輪機油避免混入水分、灰塵等雜質。當發(fā)現(xiàn)汽輪機油中水分超標時要迅速檢查是否軸封漏氣等原因造成，切斷水源的同時打開濾油機及時除去水分。機組運行過程中不可避免機械磨損而引入顆粒物，因此凈化裝置盡可能投運。當破乳化超標時，通過真空抽提、過濾和吸附可以除去油中的水分、顆粒物和極性表面物質，通常能夠改善破乳化性指標。

4 結語

保證汽輪機油具有良好的抗乳化性，對汽輪機的安全穩(wěn)定運行具有重要作用。需要從運行、維護以及油品的產品選型和質量方面嚴格進行控制。汽輪機油由于混入大量水分而超標后，宜進行抗氧化劑含量檢測，當抗氧劑含量低于標準要求時及時補加。汽輪機抗氧化性能較弱時，會使油品速劣化，氧化至一定程度后會形成油泥，其酸值、破乳化度等指標超標。保證汽輪機油保持較好的抗氧化性，防止油品快速劣化，影響機組的穩(wěn)定運行。