蔡茂

中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司華北分公司

采用中國(guó)石化潤(rùn)滑油公司研發(fā)的長(zhǎng)城GS200 高硫燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油，在廣東省某大型垃圾填埋場(chǎng)顏巴赫J(rèn)320GS 系列發(fā)電機(jī)組開展了應(yīng)用試驗(yàn)。經(jīng)過兩個(gè)周期試驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，該款高硫燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油產(chǎn)品具備良好的抗氧化、抗硝化、抗磨損性能以及良好的潤(rùn)滑性能，產(chǎn)品使用周期可達(dá)近1 000 h，試驗(yàn)周期內(nèi)發(fā)電機(jī)組的發(fā)動(dòng)機(jī)部件工作正常，無任何因潤(rùn)滑問題引起的設(shè)備故障。

隨著人們生活水平日益提高，產(chǎn)生的生活垃圾也越來越多，因此處理好生活垃圾對(duì)環(huán)境保護(hù)和人們的健康有著至關(guān)重要的作用。作為固體廢棄物的一種，長(zhǎng)期以來生活垃圾主要以填埋、堆肥、焚燒等方式進(jìn)行處理。不論以哪種方式，只要通過科學(xué)合理途徑處理，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)均能帶來一定經(jīng)濟(jì)效益，如垃圾填埋。通過填埋后主要產(chǎn)生兩大產(chǎn)物——填埋氣和滲濾液。其中，填埋氣主要成分為甲烷和二氧化碳，通過氣體回收，甲烷可用于發(fā)電創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

填埋氣發(fā)電系統(tǒng)主要是由填埋氣收集系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組成，填埋氣經(jīng)收集后，經(jīng)壓縮機(jī)加壓輸送至內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，經(jīng)燃燒轉(zhuǎn)化成電能傳輸?shù)诫娏ι龎赫?，再輸送到電網(wǎng)系統(tǒng)供終端使用。目前，填埋氣發(fā)電綜合發(fā)電裝置之一主要是固定式燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)組常用的較著名國(guó)際品牌有顏巴赫、道依茨、瓦克夏、卡特彼勒等，此外也有一些國(guó)內(nèi)知名品牌，如勝動(dòng)、寶駒、濟(jì)柴等。本文主要介紹長(zhǎng)城GS200 高硫燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油在深圳某垃圾填埋場(chǎng)顏巴赫J(rèn)320GS 系列發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用考察情況。

燃料特點(diǎn)及發(fā)動(dòng)機(jī)油的要求

燃料特點(diǎn)

固定式燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)主要以天然氣為燃料，燃料成分主要是甲烷，同時(shí)也含有少量其他氣體。與汽柴油等液體燃料不同，天然氣燃料本身無潤(rùn)滑特性，因此，在燃燒工作過程易造成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣閥及閥座磨損。相對(duì)汽柴油，該類型燃料腐蝕性更強(qiáng)，燃料中的CO2溶于冷卻的水蒸汽可形成有一定腐蝕性的碳酸；燃料中的H2S 本身具有腐蝕性，在水、氧存在的情況下可形成硫酸而腐蝕金屬；燃料中含有的少量鹵素碳?xì)浠衔铮–FCs）也具有強(qiáng)的腐蝕性；燃料對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的磨損更嚴(yán)重。沼氣燃料中的硅顆粒易在發(fā)動(dòng)機(jī)里結(jié)塊，造成閥門及襯里的磨粒磨損，同時(shí)燃料本身的無潤(rùn)滑性，也易引起發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)的磨損。

發(fā)動(dòng)機(jī)油的要求

由于氣體燃料本身無潤(rùn)滑特性和冷卻功能，因此天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度更高，加上發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這就要求燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油需要具有更好的高溫抗氧化能力以及良好的潤(rùn)滑性能，而油品中的灰分含量多少，對(duì)潤(rùn)滑性能起著決定性作用，若灰分含量過低，可能會(huì)因潤(rùn)滑不良而造成閥、閥座磨損及氣門閥嵌入閥座，若灰分含量過高，則易引起積炭嚴(yán)重，從而造成活塞擦傷、火花塞堵塞等一系列問題，因此，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油應(yīng)具有合適的灰分。此外，結(jié)合燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)工作特點(diǎn)以及具體燃料特點(diǎn)，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油還需要有較好的抗硝化、抗磨損、耐腐蝕，以及良好的堿值保持能力等綜合性能[1，2]。

試驗(yàn)部分

本次試驗(yàn)依托深圳某填埋場(chǎng)填埋區(qū)氣體深度收集處理提升項(xiàng)目，填埋氣收集管網(wǎng)和脫硫系統(tǒng)，將沼氣送至集氣站，然后利用預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理，脫除有毒有害氣體后，再進(jìn)行發(fā)電。

試驗(yàn)設(shè)備

發(fā)電設(shè)備為11 臺(tái)燃?xì)獍l(fā)電裝置機(jī)組，型號(hào)為顏巴赫J(rèn)320GS 系列燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，單臺(tái)發(fā)電功率1 067 kW，詳細(xì)參數(shù)見表1。

表1 顏巴赫J(rèn)320GS系列發(fā)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)

長(zhǎng)城GS200 高硫燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油性能

長(zhǎng)城GS200 高硫燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油系采用高黏度指數(shù)加氫基礎(chǔ)油及新型的功能添加劑體系，專門為滿足現(xiàn)代高功率、固定式燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的性能需求而設(shè)計(jì)的低灰型產(chǎn)品，能有效減少碳沉積物的形成，延長(zhǎng)火花塞的壽命，降低閥門的磨損。該產(chǎn)品具有優(yōu)異的抗氧化性能、清凈分散性能以及抗磨損性能，具體理化性能指標(biāo)見表2。

表2 長(zhǎng)城GS200高硫燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油理化性能指標(biāo)

填埋場(chǎng)氣體成分

試驗(yàn)用氣的氣質(zhì)成分見表3。

表3 填埋場(chǎng)氣體成分

試驗(yàn)要求

分兩個(gè)周期進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)周期即為從更換新油開始到該油品的任何一項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到規(guī)定的極限值為止。首次采集以油桶包裝內(nèi)的新油油品作為基礎(chǔ)樣，以新油的檢測(cè)結(jié)果作為各自試驗(yàn)的基礎(chǔ)值。油品化驗(yàn)測(cè)試按相關(guān)要求，每隔250 h 進(jìn)行油樣取樣，分析了解燃?xì)獍l(fā)電機(jī)潤(rùn)滑油使用狀況。每次取樣至少300 mL，檢測(cè)內(nèi)容包含總堿值、總酸值、pH 值、運(yùn)動(dòng)黏度、水分、閃點(diǎn)、氧化值、硝化值、光譜元素等需要檢測(cè)的指標(biāo)。換油指標(biāo)要求詳見表4。

表4 換油指標(biāo)要求（客戶指定）

試驗(yàn)結(jié)果及討論分析

運(yùn)動(dòng)黏度變化情況

試驗(yàn)油品運(yùn)動(dòng)黏度變化趨勢(shì)見圖1。

從圖1 可以看出，試驗(yàn)過程中油品的運(yùn)動(dòng)黏度呈緩和上漲趨勢(shì)，未出現(xiàn)大幅波動(dòng)情況，運(yùn)動(dòng)黏度變化均在換油指標(biāo)要求范圍內(nèi)，且距離換油指標(biāo)要求均具有較大余量，說明油品具有較好的抗氧化性以及抗剪切性能。

圖1 試驗(yàn)油品運(yùn)動(dòng)黏度在兩個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)的變化趨勢(shì)

酸、堿值變化情況

試驗(yàn)油品酸、堿值變化趨勢(shì)見圖2。

從 圖2 可 以 看 出， 隨 著 試驗(yàn)的進(jìn)行，酸值在250 h 后呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，堿值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在1 000 h 時(shí)第二周期酸值（4.37）出現(xiàn)了超出換油指標(biāo)（新油1.45+2.5=3.95）要求現(xiàn)象；堿值在兩個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)均未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，且都在2.5 以上，說明堿值保持能力較好。酸值的上升和堿值的下降均與氣質(zhì)中硫化氫含量較高有關(guān)，盡管如此，從酸值上升和堿值下降程度來看，油品在試驗(yàn)中表現(xiàn)出了良好的抗氧化性能和中和酸性物質(zhì)的能力。

圖2 試驗(yàn)油品酸值、堿值在兩個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)的變化趨勢(shì)

氧化值、硝化值變化情況

試驗(yàn)油品氧化值、硝化值的變化趨勢(shì)見圖3。

從圖3 可以看出，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，氧化值、硝化值整體呈逐漸上升趨勢(shì)，但在整個(gè)試驗(yàn)過程以及在1 000 h 時(shí)均未超過12 A/cm，遠(yuǎn)低于換油指標(biāo)值20 A/cm的要求，表明油品具有較好的抗氧化、抗硝化能力。

圖3 試驗(yàn)油品氧化值、硝化值在兩個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)的變化趨勢(shì)

元素含量變化情況

試驗(yàn)油品鐵、鋁、鉻、銅、錫、鉛、鈉含量的變化情況見表5。

由表5 可見，油品在兩個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)，鐵含量、鋁含量、鉻含量、銅含量、錫含量、鉛含量均低于5 mg/kg，且鐵、鋁、銅、鉛、鈉含量均遠(yuǎn)低于換油指標(biāo)，表明整個(gè)試驗(yàn)過程油品具有良好的抗磨性能和潤(rùn)滑性能。

表5 試驗(yàn)油品鐵、鋁、鉻、銅、錫、鉛、鈉含量的變化

試驗(yàn)油品硅含量的變化趨勢(shì)見圖4。

從圖4 可以看出，硅含量呈明顯上升趨勢(shì)，主要受外界影響，來源于外界沙塵污染。

圖4 試驗(yàn)油品硅含量在兩個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)的變化趨勢(shì)

pH 值及水含量變化情況

試驗(yàn)油品pH 值變化以及水含量變化情況見圖5。

由圖5 可見，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，油品pH 值逐漸降低，在1 000 h 時(shí)pH 值接近換油指標(biāo)（≤4.0），水含量在整個(gè)試驗(yàn)過程均遠(yuǎn)低于換油指標(biāo)值。

圖5 油品pH值及水含量在兩個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)的變化趨勢(shì)

結(jié)論

經(jīng)過兩個(gè)周期的試驗(yàn)，通過數(shù)據(jù)分析表明，中國(guó)石化潤(rùn)滑油公司研發(fā)的長(zhǎng)城GS200 高硫燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油，在試驗(yàn)過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗氧化、抗剪切以及抗硝化能力，優(yōu)異的抗磨性以及潤(rùn)滑保護(hù)性能，良好的堿值保持能力以及中和酸性物質(zhì)的能力，本次應(yīng)用考察試驗(yàn)也進(jìn)一步證實(shí)了長(zhǎng)城高硫燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油可以滿足顏巴赫機(jī)組的苛刻潤(rùn)滑要求，為在垃圾填埋氣等特殊燃?xì)饬肆己玫膽?yīng)用經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)客戶綜合評(píng)價(jià)，長(zhǎng)城GS200 高硫燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油在本次顏巴赫J(rèn)320GS 機(jī)組上的使用壽命為973 h。針對(duì)此類垃圾填埋工況，推薦換油周期為900 h。