电力用油运动黏度影响因素的试验研究

彭登明，王海飞，林琼芬，周臣，洪新华，杨圣超，刘祥亮

电力用油运动黏度影响因素的试验研究

彭登明1，王海飞1，林琼芬2，周臣1，洪新华3，杨圣超3，刘祥亮3

（1. 中电华创电力技术研究有限公司，上海 200086；2. 淮南平圩发电有限责任公司，安徽 淮南 232000；3. 中电华创（苏州）电力技术研究有限公司，江苏 苏州 215123）

为了做好电厂电力用油的技术监督、更深刻地理解运动黏度的检测，通过对运动黏度测定过程中的各个影响因素分别进行分析、试验研究，发现试验温度、毛细管黏度计的干燥清洁、气泡的存在、毛细管黏度计的选用等都会对运动黏度的检测结果造成影响。相关从业人员应当充分了解这些影响因素的影响方式和影响程度，做好电力用油运动黏度的测定工作。

运动黏度；电力用油；试验研究；温度；黏度计

黏度是指油品在外界力作用下，作相对层流运动时，油品分子间产生内摩擦力的性质。黏度有多种表示方式，其中在电力行业应用最广泛的是运动黏度。运动黏度是电力用油重要的性能指标和使用指标之一。大部分的涡轮机油和抗燃油的牌号是根据某一温度下运动黏度的平均值来确定的。

《电厂用涡轮机油维护管理导则》（GB/T 14541—2017）规定，新油验收时必须检测运动黏度，新油投入运行后也须定期检测运动黏度，如果运动黏度低，说明油品可能被污染或是严重劣化，严重时须要进行换油。《电厂用磷酸酯抗燃油运行维护导则》（DL/T 571—2014）也有类似规定，且运行抗燃油的运动黏度检测周期更短。

由于运动黏度的重要性和相关标准的严格要求，准确检测油品运动黏度是发电厂的一项重要工作，关系到机组的安全、经济运行。而目前，在很多发电厂的实验室中，运动黏度检测结果重复性和准确性达不到检测标准要求的情况时有发生。本文针对这一问题，深入研究了影响运动黏度的各个影响因素，通过试验分析它们的影响方式和影响程度，以期帮助电厂化学从业人员更深刻、全面地了解运动黏度，做好运动黏度的检测工作，保障电厂发电机组的安全、经济运行。

1 实验室检测中影响运动黏度的因素

1.1 运动黏度的检测

电力用油的运动黏度的检测一般依据国家标准《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》（GB/T 265—1988）。该标准规定的检测方法为：在某一恒定温度下，测定一定体积的液体在重力下流过一个标定好的玻璃毛细管黏度计的时间，黏度计的毛细管常数与运动时间的乘积即为该温度下测定液体的运动黏度。

2019年7月份，对9家火力发电厂进行了运动黏度盲样（矿物润滑油，40 ℃下）测试比对，盲样标准值为45.36 mm2·s-1，比对结果如表1所示。

表1 9家火力发电厂运动黏度盲样测试比对结果

从比对结果可以发现，不同电厂在检测运动黏度时存在一定程度的偏差，部分结果偏差较大。笔者认为，有必要对检测中造成这种偏差的各种因素进行研究，了解各个因素的影响原理，以尽可能准确地测定油品运动黏度。

1.2 实验室内运动黏度的影响因素

1.2.1 试验温度

油品的黏度跟温度紧密相关，随温度的升高而降低。对油品的黏度，必须指明是多少温度下的黏度，否则没有意义。

图1 某46号汽轮机油运动黏度与温度的关系

试验过程中，应保持恒温槽温度准确、恒定，一般温度变化不超过0.1 ℃，可通过经计量的水银温度计对恒温槽温度进行确认或校正。

样品在恒温槽内恒温一定时间至规定试验温度后方可开始试验。对于样品的恒温时间，根据试验温度有不同规定，见表2。

表2 黏度计在恒温水浴中的恒温时间

该恒温时间规定是为了保证黏度计内样品温度能达到目标温度，故应至少保证表中规定的恒温时间。在某些特殊情况下应适当增加恒温时间，如室温为35 ℃时，测定20 ℃下试样的运动黏度，应适当增加恒温时间。

为了研究控温精度对试验结果的影响，笔者对某32号汽轮机油和某46号抗燃油在39.0、39.5、40.0、40.5、41 ℃温度下分别测试运动黏度，结果如表3所示。

从该组试验结果可以看出，与40.0 ℃时的运动黏度数据相比，无论是汽轮机油还是抗燃油，温度相差0.5 ℃时，试验结果相差不大，而温度相差1.0 ℃时，试验结果有一定差距了。当温度相差更大时，则试验结果的差距亦会变大。

表3 同一油样在不同控温下的运动黏度

1.2.2 毛细管黏度计

试验时，黏度计应垂直浸入恒温槽中，且试验过程中不要振动黏度计。毛细管黏度计若发生倾斜, 会改变液柱的高度, 从而改变了静压力的大小, 使流动时间和测定结果产生偏差。

黏度计要干燥清洁，试验完的黏度计要用经2号砂芯漏斗过滤的洗液浸泡一天，若洗液清洗不干净，则改用5%氢氧化钠乙醇溶液浸泡，再用蒸馏水冲洗干净，直至毛细管壁不挂水珠，洗净的黏度计置于110 ℃烘箱中烘干。

黏度计的毛细管内径很小，通常在1.2 mm左右，不易洗净，针对这一问题，笔者与同事设计了一套毛细管黏度计自动清洗干燥装置。该装置以石油醚为洗液，洗净之后可以自动烘干，且可以设置清洗时长。经过试验比对，该装置在清洗时长大于900 s时可认为黏度计已清洗干净。为了研究黏度计清洗程度不同时油样运动黏度的表现，笔者设计了一组试验：选取一洁净黏度计，先测试某润滑油（1号油样）40 ℃下的运动黏度，然后黏度计用另一油样（2号油样）冲洗3遍，再用黏度计清洗装置清洗，分别设置清洗时长为300、600、900 s，然后用该黏度计对1号油样进行运动黏度的检测，结果如表4所示。

表4 黏度计清洗程度不同时1号油样的运动黏度

从表4可以看出，黏度计清洗不净时，运动黏度出现了很大的偏差。

1.2.3 试样中的气泡

试样中不允许有气泡存在。气泡会影响装油体积，形成气塞，增大流动阻力，使测定结果偏高。选择了4个油样，人为地在试样中制造气泡，以考察这些油样在有气泡和无气泡时的运动黏度（40 ℃）表现，得到以下检测结果（表5）。

由表5的数据可以看出，存在气泡时，油样的运动黏度明显偏高，且几组试验的重复性都远远超过了《石油产品运动黏度测定法和动力粘度计算法》（GB/T 265—1988）的要求“同一操作者，用同一试验重复测定两个结果之差，不应超过算术平均值的1.0%（测定黏度的温度：100~15 ℃）”。尽管在比对试验中制造的气泡比较大（见图2），但气泡的存在对结果的影响是显而易见的，即使很小的气泡也会使结果产生偏差。

表5 同一油样有无气泡时运动黏度（40℃）检测结果比对

图2 有气泡的运动黏度试样

1.2.4 毛细管常数

为了考察毛细管常数对试验结果的影响，笔者选用6种规格的毛细管黏度计对同一试样（标准油，已知40 ℃下运动黏度为45.15 mm2·s-1）进行检测，检测结果如表6所示。

从表6可以看出，当毛细管常数过大或者过小时，运动黏度的检测结果均会出现较大偏差：0.6 mm和0.8 mm内径的毛细管检测结果偏离标准值超过10%，2.0 mm内径的毛细管检测结果偏差也有1.7%。

表6 不同规格毛细管对同一试样的检测结果

根据《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》（GB/T 265—1988）规定，测定试样的运动黏度时，应根据试验温度选用适当毛细管常数的黏度计，务使试样的流动时间不少于200 s，内径0.4 mm的黏度计流动时间不少于350 s。该规定目的是使试样在毛细管中的流动为层流，因为用于计算试样黏度的泊塞耳方程式是在一定层流状态下，由牛顿摩擦定律经数学推导得出的。若试样在毛细管中流速过快，会出现紊流，就不能应用泊塞耳方程式计算，同时，由于存在着流动时间的秒表读数误差，时间越短，所测结果的相对误差就越大；若试样在毛细管中流动过慢，测定时间内不易保持温度的恒定，会由于温度的波动造成测定的误差。所以一般情况下，测定时润滑油在毛细管中流动时间控制在200~500 s比较适中，这样既可以保证试样在毛细管内的流动为层流状态，又能够尽量减少秒表读数误差和温度波动造成的误差。在电厂调研时发现，部分电厂存在毛细管黏度计规格不全、数量不足导致在检测过程中未选用适当毛细管常数的黏度计的情况。因此，实验室内检测运动黏度时，分析人员应严格执行此规定。

1.3 各影响因素对测定结果的影响程度分析

本文从不确定度的角度来分析各影响因素对测定结果的影响程度。

1.3.1 数学模型

计算公式：

—黏度计常数，mm2·s-1；

1.3.2 不确定度来源分析

测量重复性引入的相对标准不确定度r，按A类不确定度评定方法进行评定；

测定时间引入的相对标准不确定度1，按B类不确定度评定方法进行评定；

黏度计系数引入的相对标准不确定度2，按B类不确定度评定方法进行评定；

温度测量引入的相对标准不确定度3，按B类不确定度评定方法进行评定。

1.3.3 不确定度分量

不确定度分量计算结果见表7。

表7 测定时间及运动黏度计算结果

1）重复测量引入的相对不确定度r ,设其为正态分布，则：

（X）=0.003 1 。

取3次测量平均值作为检测结果，则有：

2）由测定时间引入的相对不确定度1。用于记录时间的电子秒表检定结果：标准值10 min时测量值为10 min 00.00s、标准值29 min时测量值 29 min 00.00 s，误差值0.00 s。假设流动时间为t s、最大允许误差为0.07 s、矩形分布。

3）毛细管黏度计常数校准引入的相对不确定度2。所选用的毛细管黏度计相对扩展不确定度均为0.6%、=2，则相对标准不确定度为0.003。毛细管黏度计仪器常数选mm2·s-1时其标准不确定度的值为×0.006/2，则黏度计常数校准引入的相对不确定度：

4）温度测量引入的相对标准不确定度3。测量运动黏度时所用的温度计控温精度为±0.1℃，根据本实验室试验结果：运动黏度变化率为 0.18 mm2·s-1·℃-1。

相对标准不确定度为：

1.3.4 合成不确定度

将上述不确定度分量列于表8。

从表8可以看出，毛细管黏度计常数对运动黏度测定的不确定度贡献最大，之后依次为温度测量、时间测量、重复性。

在实验室检测运动黏度过程中，黏度计清洗不净和气泡属于错误操作，其对结果的影响要远远大于毛细管黏度计常数和温度测量的影响，因此从影响程度来分，黏度计清洗不净、气泡>毛细管黏度计常数＞温度。

表8 运动黏度测定的不确定度分量表

2 设备运行中影响运动黏度的因素

运动黏度属于油品的物理性能，一般情况下不易发生改变。但在电厂机组的运行过程中，油品的运动黏度会随着运行时间的增长而或多或少地发生改变，导致运动黏度发生改变的常见因素有以下几种。

2.1 油中混入了机械杂质

机械杂质的存在，会影响液体石油产品在黏度计中的正常流动。机械杂质易粘附在毛细管内壁，堵塞毛细管，增加油样流动阻力，会使油样流动时间增长，造成测定结果偏高。测试前，应当用滤纸过滤试样以除去机械杂质。

2.2 油中水分含量大

油品的乳化会影响试样在毛细管中的流动，从而导致运动黏度的改变。此外，如果在较高温度下测定黏度时，水分会汽化；测定较低温度下的黏度时，水分会凝结，都会影响试样在毛细管黏度计中的正常流动。水分含量大时应当先进行脱水，再进行运动黏度的检测。

2.3 混入其他油品

不同的油品运动黏度不同，运行油中混入其他种类的油品，必然引起原运行油运动黏度的改变。

3 结 论

1）在实验室内检测时，试验温度、毛细管黏度计的干燥清洁、气泡的存在、毛细管黏度计的选用等都会对运动黏度的检测结果造成影响。

2）在电厂机组运行过程中，混入的机械杂质、水分、其他种类油品等因素会使油品运动黏度发生改变。

相关从业人员应当充分了解这些因素对运动黏度的影响方式和影响程度，深刻理解运动黏度的检测，严格按照标准要求开展试验，一方面可以获得准确可信的运动黏度数据，另一方面在事故分析中能快速、准确地找到运动黏度改变的原因，从而做好电力用油的技术监督。

［1］汪红梅. 电力用油（气）[M].北京: 中国电力出版社，2015.

［2］周志琴. 影响石油产品运动黏度测量准确性的因素及改进措施[J].全面腐蚀控制，2017，31（9）：33-35.

［3］GB265—1988，石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法[S].

［4］DL/T571—2014，电厂用磷酸酯抗燃油运行与维护导则[S].

［5］GB/T14541—2017，电厂用矿物涡轮机油维护管理导则[S].

［6］GB11120—2010，涡轮机油[S].

Experimental Study on some Influence Factors of Kinematic Viscosity Determination of Oil Used in Electric Power Industry

1,1,2,1,2,2,2

（1. China Power Huachuang Electricity Technology Research Co., Ltd., Shanghai 200086, China;2. Huainan Pingwei Power Generation Co., Ltd., Huainan 232000, China;3. China Power Huachuang(Suzhou) Electricity Technology Research Co., Ltd., Suzhou Jiangsu 215123, China）

In order to do a good job in the technical supervision of power plant oil and understand the detection of kinematic viscosity more deeply, various influencing factors in the process of kinematic viscosity measurement were analyzed and researched, it was found that the test temperature, the drying and cleaning of capillary viscometer, the existence of bubbles and the selection of capillary viscometer could affect the detection results of kinematic viscosity. Relevant practitioners should fully understand the influence mode and degree of these factors, and do a good job in determining the kinematic viscosity of power oil.

kinematic viscosity; oil used in electric power industry; Experimental study; Temperature; Viscometer

2020-08-07

彭登明（1991-），男，河南省信阳市人，助理工程师， 2013年毕业于上海电力学院化学工程与工艺专业，研究方向：电力用油（气）实验室、现场检测及设备故障诊断。

TE626.3

A

1004-0935（2020）12-1479-05