燃气轮机发电技术第14卷　第3/4期2012年10月
燃气轮机润滑油系统外接净化设备案例分析
袁柏山
（爱索普流体科技有限公司上海代表处，上海　２０１２０６）
摘要：美国坦帕电厂７台ＧＥ　７ＦＡ燃机润滑系统于２００５年１２月安装外接净化设备，经过４年多的持续运行，获得了超预期的净化效果。

本文通过对运行过程的跟踪和检测数据的分析，重点阐述了净化设备的运行过程和机理，对国内燃机润滑系统的维护和清洁具有非常实用的借鉴价值。

关键词：燃气轮机；润滑系统；污染；胶质物；平衡电荷净化
0 前言
坐落于美国佛罗里达州的坦帕电厂有7台GE 7FA 燃气轮机，投入运行4年后发现燃机润滑系统内出现大量的胶质污染物，油质开始变黑，伺服阀等控制部件出现卡涩故障，虽采用了传统的机械过滤但仍无效果。

厂方一度考虑换油，后经GE 工程师的推荐，于2005年12月尝试使用油箱旁路在线BCA TM -平衡电荷净化设备，希望以此去除系统内的胶质物、延长润滑油使用寿命。

实践证明：此举不但省去了换油的成本，而且由于安装的外接净化设备，燃机润滑系统又持续运行4年至2010年大修时，发现整个润滑系统内部洁净如新，胶质污垢被彻底清除，检测后的油质状况指标多好于新油，仍可继续使用下去。

7台机组的油样外观和指标如图1所示，油质各项指标如表1所示。

1 检测数据分析
表1中：1A 、1B 、2D ….分别代表7
台机组。

图１［１］ 取自七台机组油样
表1中：Varnish Potential —表示系统内“胶质物前兆”指标，胶质物的等级是按照目前一致公认的QSA —即超离心和定量分光光度分析法将系统内的胶质物前兆按严重程度划分成1～100个数量等级。

指标在２0以下可以认为润滑系统是比较洁净的，20～40表示轻度的胶质物污染，超过40说明胶质物污染比较严重，需要考虑采取措施对系统内的胶质物进行清除。

表1中使用了8年的润滑油系统内的潜在胶质物在5～13之间，说明系统内基本上没
有胶质污垢存在了。

表1中的Gravimetric patch —表示“切片重量分析”，其试验方法与ASTM D893类似，和QSA 一样，也是检测系统内胶质物前兆的一种方法，具体试验方法是使油样经过0.4或0.8m
孔径的滤膜，然后
表１［１］　七台机组油样检测指标
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测量留在滤膜上所有大于0.3m 的非溶解污染物的重量，单位是 mg/L 。

表1中的ISO 是国际标准，表示油的清洁度等级，由此可判断油液中单位体积内4、6、14m 颗
粒物的数量。

表1中的RPVOT 表示ASTM 标准试验,旋转压力容器氧化试验法，用来衡量润滑油的氧化稳定性，是电厂判断是否需要换油的重要指标， ASTM 标准将25%新油的RPVOT 值定义为下限值。

2 外接BCA TM -平衡电荷净化设备是如何工
作的？
外接BCA TM -平衡电荷净化设备让使用了9年的燃机透平系统仍保持在如此洁净的状态，其工作原理和普通的滤油机有何区别？如何去除了已经沉积在润滑系统内的胶质污垢？
与普通滤油机一样，本案例中的外接净化设备也是旁路安装在燃机透平系统的油箱旁，如图2所示。

众所周知，传统的机械滤油设备主要靠滤芯的绝对精度来过滤流体中比较大的颗粒物，而且只能有效过滤流体中大于4
m 以上的硬质颗粒物，而对
流体中大量软质的和亚微米级别的颗粒污染物则无能为力。

研究表明系统内形成胶质物前兆的主要是大量小于1m 、而且是软质的润滑油降解氧化物形
成的。

平衡电荷净化技术的原理是：将流体分成两股油路，分别对两路流体中的不可溶性亚微米级颗粒物加载正、负电荷；然后让分别带上正（+）、负（-）静电荷颗粒物的两路流体混合，带正、负静电荷的
颗粒物相互吸引、积聚成几个微米级的团聚物，最
图２ 外接净化设备与油箱的连接
后通过普通的过滤器将其很容易地捕捉过滤掉，团聚物一般不会粘着在金属表面，而是停留在BCA 设备的过滤器上。

平衡电荷净化技术之所以能够去除粘着在油箱壁、轴承、齿轮和伺服阀,油泵,管路等控制部件上胶质污垢，其原理是：利用润滑油中可溶性和不可溶性污染物存在着平衡或饱和原理，即在已污染的润滑油系统中，一旦不可溶性污染物多了，则多余的不可溶性物质将会从悬浮液中分离出来，不断聚集沉积在温度低、流动性慢的区域，如油箱底部、池壁等金属表面，以继续使润滑油维持一种恒定的平衡饱和状态；平衡电荷净化由于去除了润滑油中大量的不可溶性的微米级的颗粒污染物，打破了润滑油中的平衡状态，从而使润滑油对沉积在金属表面的胶质物的吸引力大于金属对它的吸引力，促使胶质污垢重新返回到润滑油中来维持饱和平衡状态，随着这种循环的持续，润滑系统内部凡是油接触到的表面则被清理的越来越洁净。

3 胶质污垢是如何形成的？
润滑系统内的污染，常见的如杂质和水份等已被人们所熟知，但是近年来另一种污染—油泥和胶质污垢，越来越多地被人们所提及，胶质物（Varnish ）也常被称作漆皮，漆膜和积碳等，有时也和油泥相混淆，但不同于油泥，胶质污垢是一种不溶解的膜状沉积物，呈现橙色、棕色或黑色，通常粘结在油
箱底、箱壁、管路、轴承、轴瓦、阀门和滤芯等处，如下图3所示，严重的容易造成精密的控制部件伺服阀等的卡涩、堵塞，继而造成燃机的停车故障。

据国外的最新研究，燃机润滑系统内胶质污垢的形成和加速与下列因素有关：
（1）油品和添加剂的影响。

润滑油由基本油料和添加剂组成，基本油料已从过去的Ⅰ组发展到Ⅱ组和Ⅲ组，现代炼油技术通过加氢处理和裂化工艺，改变了油品的分子结构，使分子排列的“整齐划一”，好处是提高了油品的润滑特性、抗氧化性等，而排列整齐的分子结构使油品的溶解性降低了，一旦油液中产生了较多的不溶性杂质，则很容易由于过饱和使不溶解性杂质聚集、沉积在系统中某一区域形成胶质污垢。

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袁柏山：燃气轮机润滑油系统外接净化设备案例分析添加剂的配方也会对油液的饱和性产生影响，已经发现同一组基料不同添加剂配方的油品产生胶质物的速度和严重程度有很大不同，然而对于添加剂究竟如何影响，目前的研究还不甚明了。

（2）氧化降解的影响。

可以说润滑油的氧化降解直接导致了胶质物的产生，氧化是胶质物形成的最重要的因素，空气、水和某些金属杂质在高温状态下发生化学反应，会裂解润滑油的分子，形成长分子链的氧化降解产物；润滑油中的空气通过液压线路的高压泵时发生内爆，产生人们熟知的“微型内燃”现象，内爆产生的温度可高达几百度，因此说液压系统和润滑系统分开设计应是不错的选择。

（3）静电火花放电的影响：静电火花放电在润滑油系统普遍地发生，瞬间产生高温也使油分子裂解，生成游离基，随之而来的就是氧化反应。

一个令人费解的现象：用户试图使用更多和精密的过滤器来去除污染物，而结果是胶质物反而更多地产生，有一种研究认为，过滤材料上的合成纤维聚集了大量的正电荷，与过滤元件中心（接地金属）之间会产生大量电火花，而电火花的高温使尼龙材料蒸发气化，继而形成很多悬浮于油中的非溶解性沉淀，因此说，过多地使用过滤材料和追求高精度，特别是小于3
m 孔径的滤材都有可能导致和加速胶质物
的产生[2]。

（4）其它因素的影响：在燃机润滑系统的设计、正确操作和使用等方面，人们也总结出了一些防止胶质物可能加速产生的方法和措施，如将润滑系统和液压系统分开设计；防止燃机和润滑系统的频繁启动所造成的温度的骤降，当燃机停运时间，不要马上关闭润滑系统，让其继续运行一段时间，以确
保润滑油继续流动以降低仍处于高温状态的零部件表面的温度；另外慎重地选择合适的过滤器和滤材，不要片面追求滤材的绝对精度。

4 结论
随着性能更好的Ⅱ组和Ⅲ组基料润滑油的开发和使用，燃机用户发现：在获得了预期更好的抗氧化性和更好的润滑性能的同时，新的问题,油泥和胶质污垢又成为迫切需要克服和解决的难题,而且通过换油亦不能从根本上解决。

本案例通过7台机组4年多的实际应用说明：平衡电荷净化技术能有效去除和防止油泥和胶质污垢的发生，保持燃机润滑系统的洁净并延长滑油的使用寿命，至今为止，案例中的7台机组的润滑油已经使用12年，仍在继续使用。

参考资料：
[1] Raymond Gomes, A Long Term Study of Using Balanced Charge
Agglormeration for Oil Puri fi cation on GE 7FA Turbines, ASEAN Varnish Symposium, 2012.
[2] Kalyan Kalyanaramn, 润滑油中的清漆状物资 《国际涡轮机机械》
Vol.3 No.2,Winter2006/2007.
作者简介：袁柏山（１９６６－），男，渐江绍兴人，美国爱索普流体科技有限公司上海代表处首席代表，高级工程师，美国项目管理协会注册项目经理，上海市建筑工程协会，钢结构和电气工程专业评标专家库成员。

２００４年开始从事流体净化和污染控制方面的工作和研究。

图３　
燃机润滑系统内的胶质物
轴承上的胶质物管壁上的胶质物导引阀上的胶质物。