摘要：对GB-501压缩机组润滑油漆膜成因进行分析，并提出预防和处理漆膜故障的维护措施。
关键词：漆膜；润滑油；压缩机；MPC；清洁度
1 背景
中沙（天津）石化有限公司，英文名称为SINOPEC SABIC（Tianjin）Petrochemical Company Limited，是中国石油化工股份有限公司和沙特基础工业投资公司以50：50的股比共同出资设立的大型石油化工企业。公司于2009年10月20日注册成立，2010年5月11日正式进入商业化运营。GB-501压缩机由埃里奥特生产，为三级离心式压缩机，使用的润滑油品牌是BP Turbinol X32。在2012年及2016年大修中发现轴瓦均有不同程度的漆膜现象。鉴于茂名乙烯及燕山石化均出现过由于漆膜导致的设备故障，所以将漆膜认定为是一种潜在故障，对其进行分析并制定维护措施，以避免由于漆膜带来的风险。
2 故障现象
在大修过程中检查发现，推力瓦与径向瓦除油泥外，瓦面上还有黄褐色/黑色硬质漆层，如图1所示。
图1
汽轮机中产生漆膜后，可能会导致很多设备运行问题，如影响控制系统操作的可靠性，造成磨损和腐蚀，严重时甚至会影响轴承表面流体润滑膜的形成，致使润滑失效。漆膜对设备运行的危害主要表现在：
◇黏附在伺服阀或单向阀上，影响这些元件的正常运作；
◇由于漆膜的黏性而吸附污染物和固体颗粒（砂纸效应），造成部件磨损过早更换，振动增加造成非计划停机检查；
◇影响热交换，降低润滑油的冷却效果；
◇软性污染物本身是很好的润滑油降解的催化剂，加速润滑油的劣化；
◇堵塞一些流量小的管线，降低过滤器的过滤效果。甚至会堵塞过滤器；
◇黏附在密封圈上，破坏密封；
◇因轴颈轴承上存在漆膜而导致其失效，如轴温升高意外停机，过早磨损更换部件等
3 故障分析
3.1 漆膜的特点
图2
漆膜是润滑油中一种化学反应的产物，国内常称之为积碳、结胶、油垢，该化学反应会产生与基础油和添加剂完全不同的新化学物质，即漆膜。漆膜最初是从酸开始的，酸是添加剂消耗后的产物或者是基础油降解后的产物，这些酸一开始是溶解在润滑油中的，称为软性污染物，随着时间过去，软性污染物会越来越多，当它在一定温度和压力的润滑油中达到饱和后，它们就会在白色金属的表面聚结沉淀出来（软性污染物除了可溶以外，还是有极性的）。漆膜和油泥一样，都是汽轮机油降解的产物，只是通常油泥的水含量较高，而漆膜是干燥的。当油泥在高温下失去水分时，就形成了漆膜。由于漆膜质地紧密，会紧紧黏附在金属表面上，因此很难清除。漆膜的前身软性污染物是可溶的、有极性的，溶解能力（溶解度）与温度成正比与压力成反比。软性污染物与漆膜的关系如下图2所示（注意：氧化只是漆膜成因的一种）
3.2 漆膜产生的原因
3.2.1 汽轮机油配方
3.2.1.1 基础油类别
汽轮机油主要由基础油和添加剂两部分构成，其中基础油组分占 99%，因此，基础油对汽轮机油的性能有很大的影响。APIⅠ类基础油采用溶剂精制工艺制得，含有一定的芳烃；APIⅡ类基础油采用加氢工艺制得，在精制过程中几乎除去了所有的芳烃，而芳烃在基础油中是作为软性污染物主要溶剂，因此APIⅡ类基础油对漆膜的溶解度大大弱于APIⅠ类基础油，这意味着当油品劣化到相同程度时，APIⅡ类基础油中软性污染物的溶解与析出的平衡状态相比APIⅠ类基础油更容易被打破，更易出现漆膜。而GB-501机组使用的润滑油BP Turbinol X32正是APIⅡ类基础油。
3.2.1.2 添加剂配方
为了延长汽轮机油的使用寿命，通常在汽轮机油配方中添加了各种抗氧剂。APIⅡ类基础油相比APIⅠ类基础油有更好的抗氧剂感受性，用此类基础油调制的汽轮机油的TOST氧化寿命一般可以达到10000h以上，而APIⅠ类基础油加入抗氧剂TOST氧化寿命只有3000h左右。但有些抗氧剂降解后易产生油泥、漆膜，有研究发现，ZDDP 类抗氧剂和胺型抗氧剂（特别是PAN）易生成油泥。酚型抗氧剂较少造成油泥、漆膜问题，但短链的酚型抗氧剂（如T501）由于分解温度低，用其调制的的汽轮机油不适用于温度较高的场合。
3.2.2 设备运行状况
3.2.2.1 氧化
氧化就象人体的老化一样，是不可避免的，这也是为什么汽轮机油中需要添加抗氧化剂的原因，同时氧化也是油品劣化的常见原因。当氧化发生时，抗氧剂会先消耗，达到保护基础油的目的，抗氧化剂的作用原理一般来讲是捕捉润滑油中的活性基团，来控制油液的氧化速度，所以一旦抗氧化剂减少，可发生化学反应的活性基团相对增多，加速了润滑油的氧化。当环境温度达到60℃后，温度每升高10℃，油品的氧化速度加快 2 倍。在汽轮机运行过程中，水和金属加上较高的温度会让氧化加速。汽轮机油（抗氧化剂）氧化产生的极性物质如醛、酮、酸以及缩聚产物均为微溶于油的物质，当极性物质的量超过了汽轮机油的溶解度或温度下降（停机）后，就会沉积出来，形成油泥和漆膜。对于该设备润滑系统来讲，虽然有氮气的保护，但是空气会在初次加油或补油时随润滑油进入，另外氮气携带水分以及天气湿度温度的变化等原因，润滑油中会有水进入，这将使得添加剂发生水解，加速抗氧化能力的减退。
通过在用油进行抗氧化剂Ruler测试，发现抗氧化剂含量偏低，如下图所示。通常来讲，抗氧化剂含量低于50%时应当进行更换或补充抗氧化剂。抗氧剂含量偏低表明润滑油老化是漆膜成因之一。
3.2.2.2 外来污染
水对润滑油来说是一种重大的外来污染，它会加速润滑油的降解，它会同时降解酚类和胺类抗氧化剂（破坏其协同作用），从而产生软性污染物；残留在系统中的漆膜在对于新加进来的油来说，是一种很严重的外来污染，因为新油中软性污染物的浓度低，新油会将这些残留的漆膜溶解，溶解后的漆膜会加速新油的降解，因此会在短时间内产生更多的软性污染物，软性污染物很快达到饱和后再产生沉淀，产生漆膜。在用润滑油除污染度偏高外，均在合格范围内，如图6所示。污染度在NB/SH/T 0636-2013 L-TSA-2013中规定，依据OEM要求确定清洁度要求，这与ASTM 4378相同。以上数据分析表明外来污染物是漆膜成因之一。
3.2.3 漆膜成因结论
通过以上分析可以发现，在用油抗氧化剂偏低、MPC值达到警戒线、酸值未有明显升高、水含量正常、污染度上升，同时污染颗粒硅元素含量极低，这些证据表明漆膜产生的根本原因是由于润滑油抗氧化剂被逐渐消耗而无法保护润滑油，贡献原因则是当发现污染度上升时没有及时进行过滤，导致软性污染物不断析出形成漆膜；由于现有证据已经能够证明漆膜成因，所以并未对漆膜进行FTIR分析。
4 漆膜预防及处理措施
漆膜的生成对汽轮机的运行危害极大，设备OEM和润滑油供应商都在寻求减少漆膜的有效方法。根据漆膜的特性及以上分析结果，应当采取以下合理措施，以预防和避免故障发生。
4.1 定期/基于检测结果换油并清理油系统
通常来讲，润滑油的更换基于润滑油检测结果比较合理，有条件时应当委托有资质检测公司进行剩余寿命评估，但由于化工企业为连续生产，现代化的大型企业一旦停机，损失非常巨大，所以对于换油方式的确定，建议应按照风险管理的方式对设备进行风险评估，基于设备风险等级来决定换油的方式：对于一旦停机造成巨大损失或有安全风险的，建议应执行定期换油，同时进行润滑油检测以监控运行，其它的设备应视情况进行。换油前的油系统清理非常重要，这是因为新油中漆膜前体即软性污染物的浓度很小，因此新油有很好的溶解能力，如果油系统清理不彻底，新油会将这些历史的沉淀物溶解到新油中，这些被重新溶解的漆膜会加速催化新油的降解，同时APIⅡ类基础油对于油泥溶解度偏低，相比APIⅠ类基础油更容易达到软性污染物的饱和态，这意味着“析出—溶解”的平衡更容易被打破，这都会导致漆膜重新产生的时间会比上一次来得更短，直观的体现就是MPC值上升速度会很快，有时清洁度指标也会随之变差。目前大多数企业在换油前会对设备内部、油箱、过滤器内的沉积物进行清理，但是整个润滑油系统中还有管线、换热器等部分未清理，这些部位条件合适的话，也会有沉淀的漆膜（即使采用化学清洗，也不见得能将其在短期内清除，还会有化学清洗剂残留的危害），所以对于运行周期较长，风险等级较高的设备，建议在换油前，对系统使用漆膜专用清洗剂、化学清洗、冲洗油循环等方法尽量清除。特别是漆膜专用清洗剂，目前Fluitec公司开发的Booster VR 能够有效的清除系统中的漆膜，在国外已经广泛应用。
4.2 定期对润滑油进行检测，有必要时进行过滤。
对于预防漆膜的润滑油检测，检测项目应至少包括：MPC、抗氧剂含量、清洁度等级。当MPC值高于警戒值时，使用过漆膜专用过滤机进行过滤，当MPC值上升较快时，视情况对漆膜进行FTIR检测。其中MPC检测周期建议不大于6个月。
4.3 监控设备运行参数。
压缩机的运行状态应尽量保证平稳，关注轴瓦温度、润滑油系统油温/压力，尽量避免润滑油所处工况出现超温、超压的情况，以减少对漆膜“析出—溶解”平衡状态的影响。
参考文献：
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[2]Greg Livingstone and Jon Prescott ‘Soluble Varnish - The Final Piece to the Puzzle’
[3]Mike Johnson & Matt Spurlock ‘Strategic oil analysis：estimating remaining lubricant life’
[4]Bryan Johnson\Dave Wooton\Greg Livingstone ‘Root Cause Determination of an Unusual Chemical Deposit on a Key Oil Wetted Component’
[5]Bryan Johnson， ‘The best Strategies for Managing Varnish’
[6]Fluitec ’Boost VR 漆膜清洗剂技术参数说明书’
[7]NB/SH/T 0636-2013 L-TSA-2013 ‘L-TSA汽轮机油换油指标’
[8]ASTM 4378 ‘Standard practice for in-service monitoring of mineral turbine oils for steam and gas turbines’
作者简介：
王泓（1987—），男，可靠性工程师，主要从事设备可靠性管理工作。
论文作者:王泓
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/12
标签：漆膜论文; 润滑油论文; 抗氧剂论文; 污染物论文; 软性论文; 汽轮论文; 基础油论文; 《基层建设》2018年第24期论文;