汽轮机油空气释放性能影响因素的初步探讨_空调房间的空气参数及影响因素

　　（中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁 大连 116032）�� 　　 　　摘要：采用统计方法分析了71个基础油和121个汽轮机油的粘度与空气释放值的关系，并考察了水分、防锈剂、抗磨剂、破乳剂及抗泡剂等表面活性添加剂对Ⅰ类基础油和Ⅱ类基础油的空气释放值的影响，设计了强化氧化试验，考察了汽轮机油的氧化对空气释放性能的影响。统计数据表明，空气释放值与粘度有一定程度的正相关性；抗泡剂对空气释放性有显著的影响，水分、防锈剂、抗磨剂和破乳剂的影响不显著；随着氧化程度加深，汽轮机油的空气释放性能变差。��
　　关键词：汽轮机油；空气释放性；粘度；添加剂；氧化�
　　
　　中图分类号：TE624.82 文献标识码：A��
　　
　　0 前言�
　　
　　油中存在的空气有四种形式：游离空气、泡沫（foam）、夹带空气（entrained air）和溶解的空气，其中对设备损坏最大的是夹带空气。夹带空气通常指在强烈的搅动下产生的非常细小的气泡，它使油品呈雾状，并在短时间内难以透明。油中夹带的空气会造成诸多危害，如引起泵的气穴现象，堵塞过滤器，加速油的老化，使系统的控制精度下降等等。因此希望汽轮机油夹带的雾沫空气越少越好。世界上两大汽轮机生产商Siemens和Alstom的汽轮机油规格均要求空气释放值不大于4 min，ISO在2003年提出的汽轮机油规格的征求意见稿中，将46和68粘度等级的空气释放值的指标由原来的6 min和8 min分别提高到5 min和6 min。运行中汽轮机油质量标准（GB/T 7596-2000）对250 MW以上的机组增加了空气释放值的检测项目，标准推荐空气释放值的极限值为10 min，由此可见，大型机组对汽轮机油的空气释放性能要求越来越高了。�
　　空气释放值取决于气泡在液体中的上升速度，气泡理论认为，气泡在液体中的上升速度与液体的粘度、气泡的直径、气泡的稳定性和气液两相的密度差有关，气泡的稳定性与其表面张力有关[1]。有研究认为，油中存在的表面活性物质会使空气释放性能变差[2]。本文从粘度、水分、极性添加剂及氧化等方面系统地考察了它们对油品空气释放性能的影响。�
　　
　　1 试验方法�
　　
　　1.1 试验原材料�
　　HVI(S)150、HVI(S)200、HVI(S)400：中国石油大连石化分公司；�
　　HVIWH150、HVIWH350：大庆石化二厂；�
　　RI-1：十二烯基丁二酸防锈剂；�
　　RI-2：二壬基萘磺酸钡防锈剂；�
　　RI-3：酰胺型防锈剂；�
　　AW-1：烷基二硫代磷酸盐抗磨剂；�
　　MD-1：苯三唑类金属钝化剂；�
　　DM-1：聚醚型破乳剂；�
　　AF-1：硅烷抗泡剂；�
　　AF-2：非硅型抗泡剂；�
　　蒸馏水：电厂采集的去离子水。�
　　1.2 氧化试验方案�
　　油样A：KTP32优质抗氧防锈汽轮机油，中国石油大连润滑油研发中心配方，基础油为大连石化生产的HVIS150。�
　　油样B：KTL32长寿命汽轮机油，中国石油大连润滑油研发中心配方，基础油为中国石油大庆石化二厂生产的HVIWH150。�
　　氧化试验条件：170 ℃，空气流量250 mL/min，铜圈催化剂，氧化时间8 h。�
　　1.3 空气释放值测定法�
　　采用SH/T 0308测定试样的空气释放值，具体方法如下：在恒温50 ℃的试样中持续通入压力为20 kPa的空气7 min后，停止通入空气，测量试样中的
　　
　　 （注：作者简介：王春晓（1964-），女，工程师，1989年毕业于大连理工大学夜大学化学工程专业，现从事液压油品研发工作，已公开发表论文数篇。）
　　
　　空气降至样品体积的0.2%时所需的时间，为该试样的空气释放值。�
　　
　　2 试验结果与讨论�
　　
　　2.1 空气释放值与油品粘度的关系�
　　收集了71个基础油和121个汽轮机油的空气释放值数据，其中Ⅰ类基础油的粘度和空气释放值列于图1，Ⅱ类基础油的粘度和空气释放值列于图2，采用Ⅰ类基础油调制的TSA汽轮机油的粘度和空气释放值列于图3，采用Ⅱ类基础油调制的KTL汽轮机油的粘度和空气释放值列于图4。各类油品的空气释放数据平均值和标准偏差的比较列于表1。�
　　
　　图1 Ⅰ类基础油的粘度与空气释放值 图2 Ⅱ类基础油的粘度与空气释放值��
　　
　　图3 TSA汽轮机油的粘度与空气释放值图4 KTL汽轮机油的粘度与空气释放值��
　　表1 空气释放数据的平均值与标准偏差
　　
　　比较表1中空放数据的平均值可以发现，随着油品粘度的增加，空气释放值呈增长的趋势。通过统计的方法计算出Ⅰ类基础油的空气释放值与粘度的相关系数R2=0.6271（图1），以Ⅰ类基础油调制的TSA汽轮机油的空气释放值与粘度的相关系数R2=0.7353（图3）。R2越大，拟合程度越高，线性关系越密切。否则线性相关程度低。从相关系数看，空气释放值与油品粘度有一定线性关系，油品粘度越大，其空气释放值也倾向于增加。但从图1中可以看到，最大粘度级别的HVI400基础油的空气释放值在2.9～15 min范围内，既有小至3 min、4 min等与HVI150相当的数据，也有大至11 min、15 min的数据。而最低粘度级别的HVI150基础油，其空气释放值数据也有6 min的数据，与HVI200和HVI400的某些数据也相当。如何解释以上现象呢？结合表1中标准偏差的数据，我们推测，影响空气释放值的因素不单纯只有粘度，还包括油品中所含的某些物质，这些物质倾向于存留在较高粘度的油品中。因此就个体而言，粘度与空气释放值的相关性不强，对于大量样本而言，这类物质通过粘度显示出一定的相关性。从表1的数据可见，Ⅱ类基础油和以Ⅱ类基础油调制的KTL汽轮机油的空气释放值大多低于相应的Ⅰ类基础油和TSA汽轮机油，且其标准偏差也相应较小，这说明油品的精制程度越深，其中所含的影响空气释放的物质越少，其空气释放值也就越低。�
　　2.2 水分及表面活性功能剂对空气释放性的影响�
　　图5是水分和汽轮机油中常用的表面活性功能剂对HVI150基础油的空气释放值的影响，图6比较了以上功能剂对HVI150和HVIWH150两类基础油的影响。��
　　
　　图5 水分及表面活性功能剂对空气释放性的影响��
　　从图5中可见，水分对Ⅰ类基础油的空气性能几乎没有影响，具有表面活性的防锈剂、金属钝化剂、抗磨剂和破乳剂使空气释放性略有增加，其中二壬基萘磺酸钡防锈剂RI-2与文献［2］中测量的同类添加剂T705相比，影响程度低很多。抗泡剂对空气释放性的影响非常显著。本文所用的硅型抗泡剂AF-1在0.5 μg/g时即可使基础油的空气释放值增加到5 min，非硅抗泡剂AF-2在该基础油中未表现出优越性。Marianne Duncanson等人认为抗泡剂降低了气泡的表面张力，气泡的直径也因此而不易增大，根据Stokes方程，气泡上升的速度正比于其直径，因此抗泡剂的存在降低了空气释放值。�
　　对比图6的两组数据可以发现，除抗泡剂外，其他极性添加剂对Ⅱ类基础油的空气释放性能的影响均较小，而且抗泡剂对Ⅱ类基础油的影响程度也比对Ⅰ类基础油低。因此对应生产高性能的汽轮机油而言，Ⅱ类基础油更具优势。
　　
　　图6 功能剂对Ⅰ类和Ⅱ类基础油的空气释放值的影响比较��
　　2.3 油品氧化对空气释放性的影响�
　　图7是油样A和油样B在氧化过程中空气释放值的变化曲线。氧化至4 h时，油样的空气释放值几乎没有变化，随着氧化程度进一步加深，油样的空气释放值开始增加，这表明氧化会使油品的空气释放性能恶化。氧化4～8 h期间，油样A的空气释放值增加的速度比油样B快，这也体现出Ⅱ类基础油的优越性。�
　　
　　图7 氧化对油品空气释放值的影响��
　　
　　3 结论�
　　
　　（1）本文收集的基础油空气释放数据表明，粘度与空气释放值有一定程度的正相关性。�
　　（2）水分对空气释放性没有明显的影响，本文所用的防锈剂、抗磨剂、金属钝化剂和破乳剂使空气释放值略微增加，抗泡剂对空气释放性有显著的影响。�
　　（3）表面活性功能剂对Ⅱ类基础油的影响程度比Ⅰ类基础油低。�
　　（4）油品氧化会造成空气释放性能的恶化。
　　
　　�参考文献：�
　　［1］ Marianne Duncanson. Effects of Physical and Chemical Properties on Foam in Lubricating oils［J］. Lubrication Engineering，2003（3）：9-13.�
　　［2］ 孙华，严正泽，刘馥英.润滑油空气释放性能的研究［J］.石油学报（石油加工），1992（8）：99-105.
　　
　　A STUDY ON FACTORS INFLUENCING THE AIR� RELEASE PROPERTY OF TURBINE OILS��
　　WANG Chun-xiao, WANG Hui, SUN Dong, JIN Qin-hua, WU Fu-li�
　　(PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute, Dalian 116032, China)��
　　Abstract:The relationship between the viscosities of 71 base oils and 121 turbine oils and their air release numbers was analyzed with statistical method. And the effects of water, anti-rust additives, anti-wear additive, demulsifying agent, anti-foam additives as well as oxidation on air release numbers of group I and group II base oils were evaluated. The results indicated that the air release property tends to be worse with the increase of viscosity, and deteriorates notably by anti-foam additives and oxidation. The effects of the other above-mention additives are not evident.��
　　Key Words:turbine oil; air release property; viscosity; additive; oxidation