旋转氧弹法测定汽轮机油氧化安定性研究

李　嫱，梁晓燕，张杏梅（.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南　50003；.国能惠民生物发电有限公司，山东　滨州　5700）



旋转氧弹法测定汽轮机油氧化安定性研究

李嫱1，梁晓燕2，张杏梅1
（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003；2.国能惠民生物发电有限公司，山东滨州251700）

摘要：测定汽轮机油的氧化安定性虽然不能充分地表示汽轮机油的使用特性，但可以判断汽轮机油在使用过程中的氧化倾向，从而间接了解精制深度及可能使用的年限，在一定程度上评定汽轮机油的使用价值，具有重要意义。旋转氧弹法是一种快速氧化测定法，通过改变旋转氧弹法测定润滑油氧化安定性试验的测试条件，分析影响测试结果的因素，通过添加不同质量分数的T501抗氧化剂，验证T501对汽轮机油旋转氧弹值的影响。

关键词：旋转氧弹值；氧化安定性；T501抗氧化剂

0　引言

随着电力工业的快速发展，大容量汽轮机组日益增多，对运行汽轮机油的质量和性能提出了更高的要求。汽轮机油俗称透平油，主要用于汽轮机和相联动机组的滑动轴承、减速齿轮、调速器和液压控制系统的润滑，同时还有冷却和调速作用。根据汽轮机油的作用，为确保汽轮机组的安全经济运行，汽轮机油必须具备良好的氧化安定性，适宜的粘度和良好的粘温性，良好的抗乳化性，良好的防锈防腐性，良好的抗泡性和空气释放性。汽轮机油在长达10至15年的使用过程中，不可避免地发生一系列氧化、聚合、分解等化学反应，汽轮机油严重氧化后会产生大量的酸性物质和不溶性油泥，造成设备卡涩和腐蚀，玷污润滑系统并降低润滑油冷却器的效率，严重影响机组的正常工作。因此，汽轮机油的氧化安定性是重要的一项检测指标。

1　润滑油抗氧化剂概述

油品的氧化是一个自由基链反应过程，产生自由基和氢过氧化物［1］。为提高油品的氧化安定性，通常在油品中加入一定量的抗氧剂，以增加其抗氧化能力，延长使用寿命。常见的抗氧化剂有屏蔽酚型抗氧剂、芳胺型抗氧剂和苯三唑型抗氧剂。不同类型的抗氧剂应用于不同的领域；不同类型的抗氧剂对于不同类型的基础油的感受性也不一样［2］。由于受使用温度和油溶性的限制，用于石油产品中的抗氧剂数量还是比较有限的［3］。T501抗氧剂化学名称为2，6-二叔丁基对甲酚，属于屏蔽酚型抗氧剂，是目前国内应用经验成熟、应用范围最广泛的一种抗氧剂，其具有易溶于油、不产生沉淀、不吸潮、不挥发、无毒等特点，特别适合在汽轮机油中使用。

2　润滑油氧化安定性试验方法

评定油品氧化安定性的方法很多，有烘箱氧化法、加压表示扫描量热法（PDSC）、加抑制剂矿物油的氧化特性测定法（TOST）、多金属氧化试验法等20余种。

根据使用的主要氧化仪器设备和试验条件的不同，我国润滑油氧化安定性测试方法大体上可以分为4类：旋转氧弹试验法、氧化管试验法、设备模拟试验法和仪器分析试验法［4］。

2.1旋转氧弹试验法

将试样、水和铜催化剂线圈放入一个带盖的玻璃盛样器内，置于装有压力表的氧弹中。氧弹充入620 kPa压力的氧气，放入规定的恒温油浴中，以100 r/min的速度与水平面成30°角轴向旋转，试验达到规定的压力降所需的时间（min）即为试样的氧化安定性指标。试验需要的时间越少，表示润滑油的抗氧化能力越差。

2.2氧化管试验法

氧化管试验法［4］是指在金属催化的条件下，向试样中通入一定流量的空气或氧气，在一定温度下，氧化规定时间后，用酸值、粘度、残炭增加值等指标表征润滑油的氧化程度。在氧化安定性标准中以氧化管试验方法居多，试验温度一般在90～160℃之间；氧化管试验法的油样量都较大，为10～1 000 mL （10-100g）；除了SH/T 0123标准实验法外，都加有不同的金属催化剂。

2.3设备模拟试验法

设备模拟试验法［4］是指将油样加入到模拟设备中，模拟不同润滑油实际工作环境，在规定试验时间和试验温度下进行热氧化后，根据残留物、漆膜胶重、粘度、总酸值和催化金属片的变化等指标表征润滑油的氧化程度。

2.4仪器分析试验法

仪器分析试验法是利用PDSC、高效液相色谱测定仪、傅里叶红外光谱测定仪和TGA等测试仪器，加入微量油样，在程序升温、规定时间和金属催化的条件下，通过诱导期或诺亚克参比质量损失分数指标表征润滑油的氧化程度。仪器分析试验法测定快速、需要样品量少［4］。

其中，傅立叶红外光谱法是根据不同物质会有选择性的吸收红外光区的电磁辐射来进行结构分析、对各种吸收红外光的化合物的定量和定性分析的一种方法，具有特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、分析灵敏度较高等优点。红外分析发现相对于胺型抗氧剂，酚型抗氧剂消耗得更快［5］，通过傅立叶红外光谱法能快速有效的检测汽轮机油中T501抗氧化剂的消耗情况，从而分析油品的氧化状况。

3　试验分析

2012年6月，国家汽轮机油新标准GB 11120—2011正式实施［6］，规定采用SH/T 0193—2008方法在150℃下对油品进行出厂检验和型式检验。然而旋转氧弹法注重油品的氧化寿命，对氧化衰减过程中抗氧剂的消耗情况未作测定［7］。与旋转氧弹法相比，通过傅立叶红外光谱法测定油中抗氧剂的质量分数方便快捷，故对旋转氧弹法测定油品的氧化安定性的影响因素和汽轮机油中T501抗氧化剂质量分数对旋转氧弹值的影响分别进行了研究。

3.1试验条件的改变对旋转氧弹值的影响

旋转氧弹法测定润滑油氧化安定性，试验所用铜丝的纯度和质量以及氧弹的充气压力对测试结果影响很大。铜丝的纯度和氧气的纯度可购买到符合要求的产品，所以针对铜丝的质量和充气压力的变化使用同一个氧弹对1到4号样品分别进行了6次试验，试验结果见表1。

SH/T 0193—2008润滑油氧化安定性的测定旋转氧弹法中规定，铜丝长度3 m，重量（55．6±0．3）g；氧弹的充气压力为620 kPa，较难控制。

重复性计算公式：

r=0．12X（1）式中：r为重复性；X为重复测定结果的算术平均值，min。

判定方法为：同一操作者，用同一仪器对同一样品进行测定，所得连续测定结果之差d，对于汽轮机油，不应超过r值，重复性验证结果见表2，表中d1～d5依次为第1次到第6次的连续测定结果之差。

从表1和表2中数据可看出，使用相同的氧弹测定同一个样品在铜丝重量为50～60 g之间，充气压力为620～640 kPa之间，对测试结果影响不大，连续测定结果d均不超过r，完全满足方法的重复性要求。

表1　不同质量的铜丝及充气压力对旋转氧弹值的检测数据

表2　重复性验证表

3.2T501抗氧化剂质量分数对旋转氧弹值的影响

为了提高油品的抗氧化安定性，一般会在油品调和时加入T501抗氧剂，新油中添加量控制在0．3%～0．5%，运行油中T501抗氧化剂量应大于0．15%，当低于此质量分数，就应补加，否则将降低油品的运行寿命。由此可见T501抗氧化剂对提高油品抗氧化安定性的重要性。

试验数据是在不含任何添加剂的基础油中加入不同质量分数的T501抗氧化剂，油品的旋转氧弹值的变化情况。试验数据见表3，T501抗氧化剂质量分数与旋转氧弹值的关系见图1。

表3　不同质量分数T501抗氧化剂的油品旋转氧弹值的试验数据

图1　 T501抗氧化剂质量分数与旋转氧弹值的关系

从表3和图1中可见，随着T501质量分数的增加，油品的旋转氧弹值增加，且呈线性关系。旋转氧弹值100 min时，T501质量分数大约在0．15%左右。标准中规定的运行油中T501质量分数应不低于0．15%，油品的旋转氧弹值在100 min以上时，可确保油品的氧化安定性。

4　结语

通过试验研究，可以得出在旋转氧弹实验中，铜丝重量为50～60 g之间，充气压力为620～640 kPa之间，对测试结果影响不大，能够完全满足方法的重复性要求；在T501含量未饱和的前提下，随着T501质量分数的增加，油品的旋转氧弹值呈近似线性关系增加，且油品中T501质量分数为0．15%时，旋转氧弹值大约在100 min，运行油的旋转氧弹值应大于100 min，以保证油品的氧化安定性。

参考文献

［1］梁文杰．石油化学［M］．北京：石油大学出版社，1995：167，236．

［2］焦广文，梁宇翔，阎欢．用于不同基础油的抗氧剂研究［J］．润滑油，2006，21（6）：41-45．

［3］张洁华，陈闽杰，喻薇，等．基于抗氧化性指标的在用油剩余寿命红外光谱评定法［J］，润滑与密封，2013，38（9）：92-94，97．

［4］杨世亮，姚婷，杨宏伟，等．我国润滑油氧化安定性试验方法标准及研究进展［J］，当代化工，2014，43（9）：1 780-1 782，1 786．

［5］Vincent J Gatto，William E Moehle．Oxidation Fundamentals and Its Application to Turbine Oil Testing［C］∥Journal of ASTM International．

［6］GB 11120—2011涡轮机油［S］．

［7］益梅荣．汽轮机油氧化安定性测试方法研究［J］．润滑油，2012，27（3）：27-32，37．

Lubricating Oil Determ ination w ith Oxidation Stability Rotating Pressure Vessel M ethod

LI Qiang1，LIANG Xiaoyan2，ZHANG Xingmei1
（1．State Grid Shandong Electric Power Reaserch Institute，Jinan 250003，China；
2．Guoneng Huimin Bio-Power Co．，Ltd．，Binzhou 251700，China）

Abstract:Although determination of the oxidation stability of lubricating oil can not fully demonstrate characteristics of the lubricating oil，it can be used to judge the oxidation tendency of lubricating oil in use and thereby indirectly helps us to know refined depth and possible use of life，and so to certain extent it has significance in evaluating the use value of the lubricating oil．Rotating oxygen bomb method is a fast oxidation method．By changing the test conditions of lubricating oil determination with oxidation stability rotating pressure vessel method，the influencing factors of test results are analyzed．By adjusting the content of antioxidant T501，validation is done of the effect of T501 antioxidant on the date of an oil rotary oxygen bomb．

Key words:rotary oxygen bomb value；oxidation stability；T501 antioxidant

中图分类号：TE626．3+6

文献标志码：B

文章编号：1007-9904（2016）02-0062-04

收稿日期：2015-10-06

作者简介：

李嫱（1991），女，从事电力用油油务分析工作；梁晓燕（1987），女，从事电力用油油务分析工作；张杏梅（1965），女，高级工程师，从事电力用油油务分析工作。