高硫燃气内燃机油运行数据异常分析与诊断

王小飞

中国石化润滑油有限公司济南分公司

垃圾填埋气、沼气等恶臭污染气体被收集用于发电，但气体中因含硫量较高，导致机组无法长期平稳运行。中国石化润滑油有限公司为胜动公司代工生产的高硫燃气内燃机油能够满足高硫气体工况使用要求。某醇类生产企业自建污水处理厂燃气发电机组高硫燃气内燃机油运行过程中出现检测数据异常情况，本文通过对检测数据的分析，结合现场查勘，确定了数据异常的原因，提出了对设备的诊断性建议，保证了设备的安全稳定运行，获得用户认可。

随着社会各界环保观念的日益增强，原先散发恶臭污染环境的垃圾填埋气、沼气等被收集起来，作为燃气发电机的燃料，既解决了臭气污染环境所造成的环保问题，也被转换为电能，创造出可观的经济效益，因此，垃圾填埋气、沼气等燃气发电近年发展迅速。但由于垃圾填埋气、沼气等硫化氢含量高，会造成燃气内燃机油在较短时间内失效，因此市场急需一款适用于高含硫的垃圾填埋气、沼气发电的长寿命燃气机油。中国石化润滑油有限公司为胜动公司代工生产的一款胜动牌高硫燃气内燃机油较好地满足了市场需求。在胜动高硫燃气机油运行过程中，某用户检测数据明显异常。通过对检测数据的分析，结合现场查勘，找到数据异常原因，最终形成对设备的诊断性建议，帮助用户避免了后期的严重设备损坏，获得了用户高度评价。

用油企业情况介绍

某醇类生产企业自建污水处理厂，其污水处理过程中对产生的沼气进行收集利用，使用济柴400 kW燃气发电机发电。

由于沼气硫含量高达4 000 mg/kg以上，特选用胜动牌高硫燃气内燃机专用油应用于济柴400 kW燃气发电机组。在使用过程中，对800 h、1 000 h在用油分别取样分析，发现数据严重异常，长城润滑油工作人员立刻赶赴现场进行调查。

在用油检测数据解析

从油冷器及油底壳采取了在用油油样。虽然取自不同部位，但对正常运行的润滑系统而言，取样点的不同造成的油品数据差异较小。油品分析检测数据见表1。

由表1可见，出现了3项数据异常偏离：

◇钠含量。润滑油油品自身钠含量为微量，在用油钠含量通常不会超过40 mg/kg。而本次分析的油品检出量为上限的40倍以上，接近油品中的钙含量（油品添加剂固有元素），可判定钠为外界引入。

◇铜含量。铁、铜元素通常来源于润滑过程中，金属运动构件磨损的磨屑进入润滑油系统，而从运动构件自身的铁、铜元素比例看，铁含量更高，故通常在用油检测中，铁含量会显著高于铜含量。而本次分析结果显示，油品铜元素含量显著高于铁含量，由此可以判断，高出正常值的铜来源于其他非润滑系统。

◇水含量。本次分析中，水含量为2%（质量分数），而通常在用润滑油水含量低于0.1%（质量分数），由于油品自身运行过程中不会产生水，故判断水为外界引入。

数据异常原因的确定

现场查勘走访发现，该企业发动机冷却液为经离子交换树脂软化后的工业水，树脂再生选用工业盐（NaCl）。软化水经过油冷器与热油换热后，进入散热塔，并重复循环使用。

燃气发动机中润滑油经油冷器进行热交换，油冷器为提升散热效率，管程构件为铜制，将油品当中热量转移至冷却液（软化水），再至冷却塔散热。现场了解得知，油冷器为新设备，使用时间仅5个月。

结合现场情况，分析认为：油中钠来源于冷却液软化水当中的钠离子；超标的铜主要来源于油冷器散热片的铜片腐蚀；水来源于油冷器中的水。

分析造成腐蚀的根源，怀疑冷却水当中可能含有氯元素，在80 ℃高温作用下，于油冷器油水接触界面发生电化学腐蚀，由点蚀逐渐扩大，最终蚀透，造成油水串通。为验证这一结论，对800 h、1 000 h在用油样品进行氯元素含量分析，结果见表2。

由表2可见，油冷器在用油氯含量高于油底壳中在用油氯含量，同时可以推测冷却液中氯含量要高于543 mg/kg。因此，本次在用油数据异常的根源在于冷却液当中的氯离子含量超高，在80 ℃高温作用下，于油冷器油水接触界面发生电化学腐蚀，随着时间推移，铜管锈蚀穿孔，冷却液中的钠、氯、水以及锈蚀的铜进入润滑油系统中，最终造成了表1的在用油检测结果异常。

表1 油品分析检测数据

表2 在用油氯元素含量分析

诊断性建议

针对上述原因，提出如下诊断性建议：

◇排除钠、铜、水3项设备异常造成的指标偏高外，其他项目指标显示，油品处于可用运行状态，但考虑到油冷器已处于故障状态，建议油品停用。

◇建议停机维修更换油冷器。

◇建议用户查找氯含量超高的根源，彻底解决水中高含氯问题，为机组设备正常稳定运行提供保障。

结束语

润滑油如同燃气发动机的血液，通过对在用油品的检测，能够客观评价燃气发动机的运行状态，对出现的异常情况及时处理，可以避免重大燃气发电机故障。本案例中所用的胜动牌高硫燃气发动机专用润滑油，在高含硫气体工况下，能够较好地为发动机运行提供润滑保障，油品使用寿命较长。该案例中的油品分析数据表明，排除外界引入润滑油中的异常元素，油品自身在运行至1 000 h时仍处于可用状态，仍然可以进一步延长使用。