透平油监测及延长油品寿命的新策略

乔 鹏

亚东石化（上海）有限公司 上海市

一、引言

目前在国内的大部分石化企业，在透平油监测方面都是采用传统的检测方式，即监测油品的黏度、水分及机械杂质等指标，来判断油品是否可以继续使用，甚至对于油品的旋转压力容器氧化试验法（RPVOT），有很多企业也鲜有使用。近十年来，针对透平油的检测，滤膜光度分析（MPC）法和剩余寿命分析（RULER）被越来越多的使用，因其更能精确的反应出润滑油的使用状况。

二、常规的透平油分析试验介绍

（1）黏度，ASTM D445，黏度是油品的一个重要性能指标，推荐其作为常规的定期测验，但是很少有发现油品的黏度有较大的变化。

（2）抗乳化性，D1401，对于汽轮机来说，如果透平油不能很容易地和水分离，那轴承很可能发生损坏。如果透平油的抗乳化性能不佳，一些如凝聚过滤器的水分离技术的效果也不好，所以油品的抗乳化性能也是一个较重要的指标。

（3）金属元素，D5185，这些微量元素是由于机器的金属件磨损产生，混合在透平油中，要特别注意这些微量金属元素的增加。

（4）酸值，D974，D664，透平油的酸值应非常小，通常＜0.05，但酸值一旦增大，将会增加得非常快，并且带来一系列问题。

（5）水含量，D6304，这是透平和液压系统的重要监控指标，透平油的含水量增加，将会使轴承损坏。

（6）洁净度，ISO 4406，这是验证透平油性能的重要检验。

（7）闪点，ASTM D92，这是油品状态监测的一个重要指标。

（8）泡沫特性，ASTM D892，这个检验对汽轮机尤其重要，如果泡沫特性不佳，会引起一系列的机械问题。

（9）稳定性检验(TOST)，D943，这个检验需要很长时间才能得到数值。

（10）旋转压力容器氧化试验（RPVOT），ASTM D2272，RPVOT检验在19世纪60年代变成ASTM标准，在近几十年被广泛用来判断透平油的剩余寿命。但在现实中发现，RPVOT的精度达不到ASTM标准D 2272中所要求的，PRVOT测试结果中较大范围误差的存在，使得无法从其测试结果中及时、准确地判断抗氧化剂的健康状态。

当然，还有很多油品的分析指标，但是以上这些检验，除了旋转压力容器氧化试验（RPVOT）能较好反应出油品的特性，其他都是常规分析。

三、旋转压力容器氧化试验(RPVOT)介绍

（1）试验方法。将试样、蒸馏水和铜催化剂线圈一起放到一个带盖的玻璃盛样器内，然后把它放进装有压力表的氧弹中。氧弹在室温下充入620kPa压力的氧气，放入规定温度的油浴中（150℃）。氧弹与水平面成30°，以100r/min的速度轴向旋转。当达到规定的压力降时，停止试验。记录试验时间，根据氧弹试验时间以分钟表示，作为试样的氧化安定性。

最初的RPVOT试验，由于透平油中只有酚的混合物，所以试验时间只有300～600min。近几十年来，由于透平的操作温度显著增加，所以在油品中加入了芳香胺组分，相应的RPVOT值也增加到800～3000min。

（2）RPVOT不确定性问题。现实中发现RPVOT的精度达不到ASTM标准D 2272中所要求的；PRVOT测试结果中较大范围误差的存在，使得无法从其测试结果中及时、准确地判断抗氧化剂的健康状态。有关专家将油试样送往4个不同的地方进行试验，油样分新油和使用过的旧油，表1是分析的结果。

从表1可以看出，4个试验室的RPVOT结果有很大区别，甚至使用过的油品RPVOT值比新油还高，所以说，RPVOT值不能完全准确地反应出油品的状态。

四、滤膜光度分析（MPC）

（1）MPC 简介。MPC是英文Membrane Patch Colorimetry的缩写，MPC方法是利用一个可见光的分光计去测量油品中的漆膜含量，MPC使用的颜色刻度等级在ASTM E308中有定义。目前已被全世界一流的实验室和原始设备制造商所应用。

MPC值与油品的状况对应 ：0～15 为 正常；15～30 需要监测；30～40为异常；40以上，油品需更换或立即处理。

（2）漆膜定义。润滑剂降解所产生的附属物就叫漆膜，这些附属物在油品中不是很稳定，其倾向于形成沉淀物或从油箱中分离，这些分离的附属物也就是漆膜，最终会附着在机器零件的表面，并且经长时间的堆积后很难分解，就像油漆一样附着在零件表面。漆膜较易堆积的部位有：黑硬的沉淀物在机械密封上；金色的粘接薄膜在阀门上；木炭色的沉积物在巴氏合金的轴瓦上；棕色的胶粘物聚集在油过滤器的表面；黑色的结痂沉淀物在机械密封的表面或止推轴承的瓦块上；含碳的残余物在机械的表面上。

对透平压缩机系统来说，若漆膜堆积在轴表面或轴瓦表面，很容易造成轴瓦温度升高，进而损坏轴承，造成设备事故。

五、润滑油剩余寿命评估（RULER）

（1）RULER简介。RULER是英文 Remaining Useful Life Evaluation Routine的缩写，其发展于DAYTON大学和WRIGHT实验室，还被成功使用在A-10飞机的油品检验上。油液氧化的初始是抗氧化剂被氧化和消耗，当抗氧化剂消耗殆尽基础油则开始降解。传统分析项目（比如总酸值、颗粒计数等等）测定的是抗氧化剂消耗后基础油开始劣变后的各项指标变化，而RULER则是可以适时监测油液中的抗氧化剂的健康状况，从而预知油液的状态，提前采取措施，例如当RULER提示酚类抗氧化剂有效量为25%～50%时，可通过添加少量新油以提高和维持油液中的抗氧化剂含量，延长油液使用寿命。因此RULER将利于使用者制定合适的换油计划和换油间隔，并且预报可能发生的重大设备故障。

比较RPVOT旋转氧氮法，RULER能够克服RPVOT的弱点，并不是只给出一个总体抗氧化剂水平，能够分别测定出胺类和酚类抗氧化剂的水平。随着一代润滑油到二代润滑油的更新，RPVOT的局限性和误差在加大。RPVOT测试常常需要1000min以上，而RULER仪器操作简便，测试时间只需几分钟，通过配套的软件，将测试结果导入电脑，可以很方便地出具检测报告。

表1 RPVOT试验结果比较

图1是油品抗氧化剂含量损耗的一个图表，从图1中可以看出，透平油的抗氧化剂含量在最初的一段时间很稳定，一旦抗氧化剂含量降低到一定程度，损耗的程度将非常快。

图1 透平油损耗图

图2是一个RULER检验的报告图表，RULER检验是通过新油和旧油的比较，来确定油品中酚类抗氧化剂和胺类抗氧化剂所占的比例，图2中◆线表示新油，●线表示旧样品油。从图2中可看出，一种抗氧化剂含量是23%，另一种抗氧化剂含量是56%，最终的RULER值是57.8%。

图2 RULER分析结果

（2）MPC值与RULER值的关联。RULER检验和MPC检验是互相关联的，RULER检验可以判别抗氧化剂的损耗情况和提供润滑剂的降解信息。MPC检验可确定这些降解产品的数量，让使用者评估他们的风险，有时也可让使用者确定什么时候开始处理他们的润滑系统。利用这两个检验，判定透平油中沉淀物的产生状况是合适的方法。图3显示了这两个结果的关联状况，其中MPC值的结果在上面章节中有介绍，而RULER值的结果是其中酚类抗氧化剂含量若＜25%，就处于报警状态，而胺类的抗氧化剂含量若＜75%，就处于报警状态，应引起注意。

图3 MPC值与RULER值关联

总之，将RULER和MPC检测加入传统的油液分析项目中，可提高预知性和前瞻性，实现对油液和设备的主动性维护。

六、电物理分离（ESP）技术

（1）电物理分离技术简介。知道了MPC和RULER检验结果，若油品抗氧化剂含量降低或漆膜值太大，可采取ESP技术进行净化处理。ESP是英文Electrophysical Separation Process的缩写，是比利时FLUITEC公司近来开发的一项专利技术。应用电物理分离过程，能够同时吸收悬浮于油液中和溶解在油液中的降解物，从而消除漆膜形成的根源。它采用的是稳定的过滤介质，该介质只会有选择性地去除能引起漆膜的污染物，而不会影响到油液中的添加剂。图4、图5是压缩机轴承在使用ESP前后的照片，区别很明显，使用ESP后轴承变得很清洁。

（2）使用 ESP效益分析。ESP分两种，一种是ESP-136，适用于30000L的油箱，另一种是ESP-436，适用于 80000L的油箱的报价，目前PTA厂的空压机组基本都是后者，按Fluitec的经验，使用ESP后，压缩机的透平油可多使用5年无问题，按80000L的油量计算，要更换新油的费用是160万元人民币。

ESP-436的价格折合人民币约50万元，可以看出，可节省一大比换油的费用，并且购买了一个ESP后，可以选择在几个不同的润滑油箱之间轮流使用，而目前的PTA厂都至少有两台机组甚至更多，因此使用ESP将会产生很大的经济效益。更重要的是，它更能有效去除透平油的油液降解产物，以防止设备故障以及其他因油液沉积物导致的有关设备问题。

图4 使用ESP前

图5 使用ESP后