从国际燃气轮机油品规格看燃气轮机油的发展

杜雪岭

中国石化润滑油有限公司上海研究院

随着天然气发电的发展和分布式能源的应用普及，燃气轮机设备在环保及提高热效率方面都具有其独特的优势。目前国际上主要由GE、SIEMENS、MHPS等大型燃气轮机制造商占据主流市场，国内重型燃机制造主要采用和国际公司合作或技术引进模式进行。本文介绍了国际燃气轮机制造及发展情况，对主要燃气轮机制造商的润滑油品规格发展进行了梳理，总结其对油品的性能要求，提出燃汽轮机油的发展方向。

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，其中重型燃气轮机主要为陆用发电和工业驱动装置提供动力。

世界重型燃气轮机技术发展遵循提高热效率的路线，朝着透平气动效率更高、功率更大、材料高温性能更加优越的方向发展。GE（通用电气）、SIEMENS（西门子）、MHPS（三菱日立）、ANSALDO(安萨尔多）等国际主要燃气轮机制造商的燃气轮机产品占据了国际主要的市场。大部分燃气轮机制造商针对其自身燃气轮机的特点，建立了各自的燃气轮机油规格，并且油品需要取得技术认证才能用于其设备中。在燃气轮机技术发展的影响下，燃气轮机轴承环境温度不断提高，可达到250 ℃以上，使得燃气轮机油的工作环境日趋苛刻。

国内重型燃气轮机产业制造方面，分别以哈尔滨电气集团、上海电气集团、东方电气集团为核心，形成了相应的燃气轮机制造产业群，目前全行业具备了年产四十套左右燃用天然气的F和E级重型燃气轮机以及与之配套的燃气-蒸汽联合循环全套发电设备的能力，可以基本满足我国电力工业的市场需求。国内燃气轮机制造商燃气轮机的生产主要采用和国际电气公司合作或技术引进的模式，如上汽与SIEMENS、ANSALDO合 作 生 产F级燃气轮机，东汽与MHPS 合作生产F级、J级燃气轮机，哈汽和GE合作生产F、H级燃气轮机，因此相关的重型燃气轮机用燃气轮机油的性能要求主要参考国外标准或OEM（原始设备制造商）油品规格要求。东汽正在进行的G50燃机开发项目是目前国产化功率最大、效率最高的燃气轮机，其发展也将后续为国产燃机制造技术及用油规格技术发展带来一定影响。

国际燃气轮机制造及发展

国际燃气轮机OEM制造商情况

从1939年世界第一台发电用重型燃气轮机诞生以来，经过半个多世纪的技术进步和企业重组，GE、SIEMENS和MHPS公司各自形成了完整的技术体系和产品系列并垄断了全球市场。GE公司于2015年收购法国ALSTOM（阿尔斯通能源）公司后，向ANSALDO公司出售了阿尔斯通公司燃气轮机业务部门的核心部分，ANSALDO也由此成 为 继SIEMENS、GE和MHPS后第四个拥有H级燃气轮机技术的公司。另外在中小型燃气轮机领域，制造商主要有日本Kawasaki Heavy Industry（川崎重工）、美国Solar Turbine（索拉燃机）、德国MAN Energy Solution（曼恩能源方案公司）、荷兰OPRA Turbine等公司。

根据巴克莱银行分析报告，2019年上半年GE的燃气轮机订单量占全球49.66%，SIMENS为 26.13%，MHPS为 12.36%，ANSALDO为6.41%，具体情况见图1。

国际大中型燃气轮机典型产品性能参数见表1。

燃气轮机发展趋势

燃气轮机未来发展趋势如下：

◇进一步提高温度、压力，从而进一步提高机组的功率。提高燃气初温是实现提高热效率的一个重要因素，H级燃机燃气温度达到1 550～1 600 ℃，热效率达到42%以上，燃气初温的下一个目标是1 700 ℃，热效率可达44%～45%。国际燃气轮机市场正由当代级（E/F）向先进级（H/J）发展。

◇进一步降低NOX（氮氧化物）等污染排放。世界各燃气轮机制造商致力于开发高效低污染稳定燃烧技术，开发干式低污染(DLN)燃烧室技术，明显降低污染排放。

◇可靠性和可维修性不断提高。燃气轮机先进材料、涂层、冷却技术以及模块化设计方法的应用，极大提高了燃气轮机的可靠性和可维修性。

燃气轮机油规格发展

国际燃气轮机OEM制造商油品规格

国际上大部分燃气轮机OEM制造商针对其自身燃气轮机设计特点，建立了各自的燃气轮机油规格。国际主要OEM制造商燃气轮机油品规格情况见表2。

GE油品规格

GE针对燃气轮机油品的用油要求按照设备情况及工作状况分别进行规定。GE在2015年收购阿尔斯通部分业务后，采用原阿尔斯通技术的设备油品规格转化为GE HTGD 90117油品规格，GEK系列油规格中GEK32568k明确规定了轴承环境温度大于260 ℃的燃气轮机用油，GEK121608明确规定了轴承环境温度大于260 ℃的联合循环汽轮机和燃气机用油。其中HTGD 90117油品规格要求最为严格，规定了锌元素的含量、蒸汽抗乳化、抗泡性能和过滤性等理化指标；氧化性能方面，该规格规定了旋转氧弹值不小于1 000 min和TOST氧化寿命不小于7 000 h，要求油品具有优异的抗乳化性能、抗泡性能、过滤性能和氧化安定性能。

SIEMENS油品规格

SIEMENS针对燃气轮机油品规格 有TLV901304和TLV901305。TLV901305规格适用于轴承、联轴器等部件最高温度达130 ℃的涡轮机设备，而TLV901304规格适用于最高温度为110 ℃的涡轮机设备，TLV901305规格要求相较于TLV901304规格具有更好的热安定性。两个油品规格都规定了蒸汽抗乳化指标不小于300 s和TOST氧化寿命时间大于3 000 h。TLV901305作为高热安定性油品规格规定了旋转氧弹的具体指标。从油品规格可以看出，SIEMENS要求燃气轮机油具有优异的氧化安定性能和良好的抗乳化性能。

图1 2019年上半年世界燃气轮机订单量

表1 国际大中型燃气轮机制造商典型产品性能参数

MHPS燃气轮机油品规格

MHPS针对不同等级设备提出了不同的燃汽轮机油油品规格，并随着机组设备技术的不断提升不断更新其规格版本，目前MS04-MACL005(R3)和MS04-MA-CL006（R0）代表了最高等级的油品规格。MHPS对燃气轮机用油规格要求相对全面并且要求严格：

◇除规定严格的抗泡性、抗乳化性和锌含量外，尤其是氧化安定性指标，CL005规定酸值达2.0 mgKOH/g时间要求为不小于7 000 h，CL006规定酸值达2.0 mgKOH/g时间要求为不小于14 000 h。

表2 国际主要OEM制造商燃气轮机油品规格

◇针对热氧化安定性能设置了一系列测试，规定采用ASTM D7873《加抑制剂油品在120 ℃无水条件下的氧化安定性和不溶物测定法》进行寿命和油泥的测定，CL005要求在该试验条件下的氧化寿命大于1 000 h，旋转氧弹衰减至25%时油品的油泥含量不大于100 mg/kg；CL006要求在该试验条件下的氧化寿命大于2 100 h，旋转氧弹衰减至25%时油品的油泥含量不大于100 mg/kg，并要求进行高温氧化安定性（175 ℃，72 h）的试验。

总体上，MHPS规格对于油品的热氧化安定性和油泥生成量具有较高的要求。

结论

☆ GE、SIEMENS、MHPS、ANSALDO等国际主要燃气轮机制造商的燃气轮机产品占据了国际主要的市场，燃气轮机未来将向高参数、高性能、低污染发展。

☆国际上大部分燃气轮机OEM制造商针对其自身燃气轮机设计特点，建立了各自的燃气轮机油规格，各公司都规定了严格的抗泡、抗乳化性能要求，并通过锌含量的规定严格限制含锌有机添加剂的使用，在氧化安定性上有提高油品热氧化安定性能的趋势。其中SIEMEN 的要求相对较宽松，MHPS公司要求最为严格，设置了120 ℃下的Dry-Tost氧化安定性试验方法和高温氧化安定性（175 ℃，72 h）的指标，考察油品的高温稳定性和低油泥析出趋势，对油品的开发提出了更高的挑战。

☆燃气轮机的技术不断发展进步对润滑油品提出了更高的要求，燃气轮机油需具备优良的抗乳化性能、抗泡性能和突出的高温抗氧化性能，要求油品具有更长的使用寿命和更低的油泥析出趋势。