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汽轮机油抗乳化性降低的原因
2015-07-16 10:13:09  OLM周刊  OLM周刊  浏览次数:

摘要:水分是润滑油的敌人,汽轮机油里混入水分后,会引起汽轮机油乳化。

水分是润滑油的敌人,汽轮机油里混入水分后,会引起汽轮机油乳化。汽轮机油一旦乳化,会破坏油膜的强度,影响汽轮机油的润滑和冷却散热等作用,而且给设备带来很大危害。
1.油和水为什么不能相混?
我们都知道油和水不能混合,因为油和水的化学性质不同。化学里有一条原理,“相似相溶”,水分子是极性的,而油是非极性的,因此汽轮机油和水是不溶的,混不到一起。
由于化学性质差异大,因此汽轮机油里只能溶解少量的水(室温下大约100~150ppm),如果大量的水和油混到一起,水分子会聚集到一起,油是油,水是水。油水分离开,一般是水在下层,油在上层。
水在汽轮机油里有三种状态:溶解水(溶解在汽轮机油里的少量水分)、乳化水、游离水(油水分离开后的水分)。游离水可以排掉,少量的溶解水对油的危害不大。如果油和水分离不开,油水分子混合形成乳浊液,就成为了乳化水,对油的危害最大。
破乳化性能表征了润滑油把水从油里分离开所需的时间(时间越长,抗乳化性越差),由于汽轮机油容易接触水蒸气,因此抗乳化性就显得尤为重要。
汽轮机油抗乳化性的测定方法是ASTM D1401,测定油和水分离的速度(测定油的破乳能力)。新油的抗乳化性一般都好,但是投入使用后,由于汽轮机油受到污染,或者油质老化,会造成汽轮机油的抗乳化性能下降,破乳化检测中,破乳时间(油水分离开所需时间)超过标准允许的时间。
2.汽轮机油抗乳化性降低的原因:
前面我们说过,油和水混不到一起,是因为油是非极性,而水是极性。当汽轮机油里混入了极性物质,油和水就不那么容易分开了。汽轮机油抗乳化性降低的原因主要有:油老化(氧化)、油里混入了杂质(其它油类、杂质、盐类等等),油里混入极少量的杂原子烃也会造成油的抗乳化性明显降低。
根据埃克森美孚公司的一项检测,浓度为3ppm的钙离子(烷基苯磺酸钙里的钙离子)就能明显破坏汽轮机油的抗乳化性。业内也有其它测试表明,比这个数值还要低的浓度,也会破坏油的破乳化性。因此,当汽轮机油里混入极少量的发动机油,汽轮机油的抗乳化性会遭到破坏,因为机油里存在清净分散剂,含有磺酸钙,是极性很强的化合物。这种极性分子会粘附在金属表面,很难除掉,只需很低浓度,就可破坏汽轮机油的抗乳化性能,因为烷基苯磺酸钙的分子头部极性很强,尾部没有极性,因此头部亲水,可以和水分子相混,而尾部亲油。油水本来是分离的,但是清净剂的分子一端亲油一端亲水,就把水和油连接起来,造成油水分离不开。
除了清净分散剂,其它物质例如羧酸、汽轮机油氧化产生的副产物、酯类、胺类、醇类都有相似的性质,只是破坏性没那么大。
汽轮机油里进入极性分子,有两个途径:汽轮机油受到了外来物质污染,带入了极性分子。另一个原因是汽轮机油油质劣化。
1)汽轮机油被污染:
汽轮机油被污染,有许多可能原因:
ü 加油或者换油时,由于用到的工具不清洁,或者不小心带入其它油液、添加剂、杂质等外来物质
ü 冲洗润滑系统时,使用了清洁剂,没有清除干净
ü 空气里带入的灰尘杂质
ü 系统有泄露点,水分、杂质等通过泄露点污染汽轮机油
2)汽轮机油氧化:
汽轮机油在使用中,由于接触氧气和高温,会逐渐因为氧化而老化。氧化产生的副产物是一些极性物质(漆膜、胶质物、油泥、酸性物质),由于油是非极性的,因此这些氧化产物是难溶或者不溶物。如果汽轮机油里含有大量的氧化副产物,油的抗乳化性就会受到影响。虽然也有例外情况,但是大部分情况下,系统里如果发现较多漆膜,油的抗乳化性也会变差。
另外,油箱也会影响油的抗乳化能力,如果油箱设计容积过小,汽轮机油在油箱里循环过快,油处在搅动过程中没有足够的时间分离沉降,也会影响油水分离的效果。
3.基础油与油水分离性的关系:
不同种类的基础油,油水分离性有一定差异。对于在用油的抗乳化性,一般是这样监测的:取等量的油和水,检测油水分离所需的时间(破乳化度)。如果与新油相比,油品的破乳时间超标20%以上,需要引起注意。抗乳化性的测定方法根据ASTM D1401。
新油都具有良好的抗乳化性,因为新油一般没有受到污染。汽轮机油可能由不同的基础油制成,常见的有API-I类油、API-II类油、API-III类油,好一点的还有PAO。I类油使用溶剂精制,里面残留的极性杂质相对多一些,II类油、III类油更加纯净。许多人可能觉得II类油和III类油的乳化问题可能要少一些,但是在实际使用中,II类油和III类油破乳化时间超标的情况反倒更多,是什么原因呢?
原因在于,I类油本身就含有一些极性杂质,使用中产生的极性杂质对抗乳化性虽然会造成影响,但与新油比起来可能不那么明显。而II类油、III类油由于比较纯净,新油检测时,油水分离速度很快,测定的破乳时间很短。在投入使用后,产生极性杂质,破乳时间会受到明显影响,与新油对比起来,破乳时间的差别就很大。
4.汽轮机油抗乳化性不达标的处理方法:
许多人可能觉得使用抗乳化剂可以解决问题,其实抗乳化剂加了不一定好,要在实验室检测后才能决定是否适用。因为破乳剂在性质上也是极性的,它们可能与其他添加剂发生反应,影响其它方面的性能。有时候加了破乳剂,乳化问题反而加重。
提高抗乳化性,可以部分置换新油,或者除掉油里的杂质和氧化产物。提高油对极性分子的溶解性也有助于提高抗乳化性。另外,II类油里混入I类油,也有助于恢复抗乳化性。清除系统里的漆膜和氧化产物,有助于维持汽轮机油的抗乳化性。
5.汽轮机油进水后性能会受到什么影响:
如果发现汽轮机油大量进水,汽轮机油可能受到什么影响,还能不能继续使用?汽轮机油里大量进水,对汽轮机油有如下影响:
1)基础油:在大量水分存在的条件下,基础油加速氧化变质(比起没进水前)。具体氧化到了哪个程度,油还能不能用,可以通过检测酸值,或者通过FTIR检测润滑油的氧化程度。检测时同样也对新油进行采样,便于对比结果。
2)添加剂:进水后,添加剂在水里溶解、水解,重点应注意防锈防腐剂、抗氧化剂、抗乳化剂的性能是否受到影响。
通过测定,可以了解进水后汽轮机油的抗氧化、防腐蚀能力和抗乳化性能是否受到了显著影响,从而决定汽轮机油是否还能继续使用。
结语:
对于汽轮机油里的水,最好的处理方法是避免水进入油里。在使用中,做好汽轮机油的维护、监测工作,一方面要尽量减少水、湿气、灰尘杂质等进入循环系统;另一方面对于汽轮机油在运行中由于受热、磨损等原因产生的老化产物要及时通过滤油或者除漆膜技术除去。定期检测汽轮机油,及时发现问题并处理。
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