工业设备的漆膜问题及处理技术

刘金玲，陈元建

（1.上海孚惠德工业油净化科技有限公司，上海 201612；2.爱索普流体科技（上海）有限公司，上海 201612）

1 漆膜

漆膜是Varnish 一词的中文翻译，国内还有很多种叫法，如胶质物、凝胶、树脂或清漆等。美国材料实验协会（American Society of Testing Materials，ASTM）在ASTM D7843 标准文件中将Varnish 定义为“一种薄的，坚硬，有光泽，且不溶于油的沉积物，主要由有机降解物组成”，这句定义被引用于GB/T 34580—2017《运行涡轮机油中不溶有色物质的测定方法》[1，2]。

1.1 形成及降解

漆膜是润滑油或液压油降解后的一种复合氧化物，在高温、高压、高速旋转的机械润滑和液压系统中比较常见。漆膜在外观上呈现出多种颜色，如灰色、棕色和琥珀色等（图1）。

图1 伺服阀进油口处的漆膜

润滑油或液压油发生降解是形成漆膜的主要原因，其降解主要有两条途径。

（1）氧化降解。在空气（氧气）、热和金属存在的条件下，油液会加速氧化，即油分子发生复杂的氧化反应，生成初级氧化产物。初级氧化产物之间继续反应，通过缩聚聚合生成高分子量的产物。氧化过程会导致油液酸值升高，黏度增加。

（2）热降解。在没有氧气存在的条件下，油液所处的环境温度超出其油分子热稳定性的范围，仅由高温条件导致油分子发生降解。油液夹带气泡发生绝热压缩或静电的火花放电时（几纳秒）会产生极高温度，后者温度超过10 000 ℃，局部高温促使油分子在内发生降解。热降解过程不会引起酸值发生明显变化，但油液的颜色会迅速变深[3]。

氧化和热降解生成的产物尺寸一般小于1 μm，也被称为亚微米级物质。这些小尺寸的物质不易被机械过滤器所捕获，在油系统中不断积累增多。当降解产物数量超出油液的饱和度时，这些具有极性的软污染物趋于向金属表面沉积，逐渐形成漆膜。油液发生氧化也会导致油泥生成，油泥一般在低温条件下生成，呈软泥状，含有一定量的水分，而漆膜多在高温条件下生成，附着在设备表面，像一层薄膜，很难清除[4]。

亚微米软污染物是漆膜形成的前体物，加强对亚微米级物质的监测并进行有效控制，能够预防漆膜的形成，减少对设备和油液的伤害。

1.2 漆膜的危害

工业设备中的漆膜如果不能被有效清除，会给生产、设备和油液带来很多不良影响，主要体现在以下9 个方面：①影响设备散热，引发超温报警造成非停；②造成伺服系统粘滞、卡涩，甚至导致跳机；③降低产品合格率（如钢铁冶金、造纸、注塑、汽车、精密仪器等）；④在摩擦副表面，增加磨损；⑤堵塞过滤器，降低过滤器效率；⑥亚微米级物质起到表面活性剂的作用，引发破乳化度、泡沫特性等理化指标不合格；⑦增加空气夹带，促进气蚀、气泡微燃烧，损害设备和加速油液氧化；⑧降低油冷却器散热能力，油液超温运行；⑨促进油液自催化降解，缩短油液使用寿命。

2 漆膜的处理技术

2.1 纤维过滤

纤维素滤芯具有较大的比表面积和大量的孔隙，通过对漆膜前体物质的吸附和拦截作用起到净化效果，滤芯使用寿命较长。然而，流量会影响纤维素滤芯的过滤效果，这种滤芯需要在较低流量下使用。当处理几立方米的大量润滑油时，需要组合使用多个滤芯，这样过滤设备的体积十分庞大，更换一次滤芯的费用也比较高。油液的温度也会影响过滤效果，在较低温度下过滤具有更好的效果。

除了去除漆膜，纤维素滤芯还能去除颗粒污染物和少量水分，但是滤芯的除漆膜能力会随着吸收颗粒物或水分而有所减弱，滤芯需要及时更换。

2.2 树脂吸附

树脂凭借其内部的电化学亲和力吸收漆膜成分并将其从油中去除。树脂能吸附溶解状态的漆膜前体，但树脂吸附最大的缺点就是油中的添加剂容易发生损耗，降低油液的性能。树脂吸附也存在和纤维过滤一样的缺点，就是树脂过滤器的设计流量要小，油液缓慢流经树脂，才能使树脂有足够的时间与漆膜发生吸附作用。树脂滤芯只能去除有机的软污染物，对于固体颗粒物质和无机类软污染物等没有作用。

树脂滤芯对漆膜的容纳量小，使用寿命较短，而树脂滤芯的价格又比较昂贵，因此采用树脂吸附技术处理漆膜问题的总成本较高。

2.3 静电吸附技术

静电吸附技术借助物理吸附去除油中的漆膜。漆膜前体具有天然的极性，整体具有零净电荷，但在粒子内部具有电荷分布，形成正极和负极，极性粒子在电场施加力的作用下被系统去除。力的强度受油液和粒子的电学性质、粒子的形状和大小以及电场的频率的影响。

静电吸附技术依赖于复杂的控件设计，劣质的控件不但无法发挥作用，还会破坏整箱油液。而且这种技术只去除处于悬浮状态的软污染物，适合处理油箱工作温度小于40 ℃的油液。静电吸附在使用初期表现出良好的净化效果，随着静电系统内积累的污染物增多，其净化效果会受到影响，拆开设备清理极易造成设备损坏，而更换电泳系统的费用会比较高。此外，静电吸附对油液中的水分和导电物质比较敏感，净化效果会受到影响。

2.4 平衡电荷聚集技术

2.4.1 原理

平衡电荷聚集（Balanced Charge Agglomeration，BCA）技术能够对流体中分散的亚微米级污染物进行加载充电，使污染物分别带上正、负电荷，带相反电荷的微小物质相互吸引、尺寸变大，从而被滤芯有效拦截去除。BCA 技术亚微米级净化的原理如图2 所示。

图2 BCA 技术亚微米级净化原理

BCA 技术对分散悬浮于油中的有机和无机的污染物动态加载电荷，动态监测单元可确保加载电荷达到平衡状态，油液混流后电势无限趋近于零，对油液和添加剂没有损害。BCA 技术在GE 燃机上应用效果良好，不会损害添加剂，被GE 推荐其燃机客户使用[5]。

应用过程中，需要注意MPC（Membrane Patch olorimetry，膜片比色法）变化趋势，适时更换玻纤滤芯。与上述几种技术相比，BCA 技术后续的使用成本较低，应用过程中只需要更换价格低廉的玻纤滤芯即可。

2.4.2 应用

BCA 技术在工业领域已经应用了20 多年，为电力（核电、火电和水电）、冶金钢铁、石化、造纸、精密机械加工、船舶、汽车等多个行业解决漆膜问题。下面是一些应用的介绍。

（1）电力行业。燃机电厂机组SRV 伺服阀因漆膜发生堵塞卡住，会导致天然气流量波动，“火焰丧失”报警，触发跳闸，直接导致非计划停车。应用BCA 技术后，涡轮机油的清洁度保持在6 级以下，漆膜MPC ΔE 长期保持在15 以下，减少因漆膜导致的设备停机事故[6]。

（2）石化行业。压缩机的轴瓦部位常发生漆膜沉积问题。一台GB201 裂解气机组更换新油10 个月，检测漆膜，发现MPC ΔE 高达49.0。应用BCA 技术后，MPC ΔE 值逐渐下降到6.0，之后并一直保持在低位，同时，轴瓦温度也显著的降低。经过一个周期净化，轴瓦上面的漆膜也全部消失（图3）。

图3 轴瓦上的漆膜全部消失

（3）造纸行业。造纸厂也存在令人困扰的漆膜问题。一个纸浆和造纸厂生产线运行仅半年，设备出现多次故障报警，检查设备及相关指标，没有发现异常。2018 年4 月，设备发生故障停机，在油箱和管道、靴辊、下辊等部位发现胶质物沉积，部分齿轮轴承出现磨损。经BCA 技术净化一个月后，液压油的清洁度明显提高，MPC 由29.7 下降到7.2，油质监测参数由39.5 降至6.0，表明油质状态得到明显提升（图4）。

图4 过滤前后膜片对比

3 结束语

漆膜不但会对设备和油液造成损害，还会影响连续生产，很多工业设备中都存在漆膜问题，因此漆膜的问题不容忽视。目前平衡电荷聚集（BCA）技术是一种能有效去除漆膜的净化技术，可以消除漆膜问题带来的危害，提高设备的可靠性。它能去除常规机械过滤无法去除的亚微米物质，提高油液的清洁度、预防漆膜的产生，长期应用还能清除金属部件表面已沉积的漆膜，在设备不停机的情况下对整个系统进行清洗。与其他过滤技术相比，平衡电荷聚集是一种安全、性价比较高的净化技术，作用过程中也不会损害油液及其添加剂，不会加重企业的运维负担。