長期以來，人們一直認(rèn)為潤滑油的熱應(yīng)力導(dǎo)致其氧化。眾所周知，油氧化的副產(chǎn)物會(huì)在液壓控制和潤滑油系統(tǒng)中形成清漆。Akira Sasaki博士對燃?xì)廨啓C(jī)油清漆形成的根本原因進(jìn)行了**性的研究。具體而言，他的研究檢查了燃?xì)廨啓C(jī)的液壓控制和潤滑油過濾器，以確定它們在清漆形成中所起的作用，以及系統(tǒng)內(nèi)靜電積聚導(dǎo)致火花放電的原因。該研究包括對GE Frame 9FA燃?xì)廨啓C(jī)的檢查，該燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)歷了嚴(yán)重的清漆效應(yīng)。盡管審查主題涉及燃?xì)廨啓C(jī)，但結(jié)論確實(shí)與燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)以及液壓控制和潤滑系統(tǒng)總體相關(guān)。

燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用

多年來，隨著提高效率和降低資本成本的渦輪機(jī)開發(fā)導(dǎo)致燃燒溫度升高（因此運(yùn)行油溫升高）和使用普通儲(chǔ)油器，燃?xì)鉁u輪機(jī)油的運(yùn)行環(huán)境嚴(yán)重程度顯著增加，通常將汽輪機(jī)軸承油與控制油混合。在某些情況下，該單一儲(chǔ)油器還可為壓縮氣體（如氫氣）提供密封劑，并在汽輪機(jī)處于盤車裝置上時(shí)提供靜液壓提升油。這些惡劣的操作條件——特別是高循環(huán)性操作和非常高的溫度——會(huì)導(dǎo)致清漆的產(chǎn)生。盡管蒸汽輪機(jī)和其他液壓應(yīng)用的工作條件可能不那么惡劣，但清漆的形成仍然是一個(gè)問題。

由清漆引起的渦輪機(jī)問題

軸承上的清漆

圖1–軸承上的清漆（左）。由于清漆（頂部）導(dǎo)致閥門卡住。上漆鉛筆過濾器（底部）。

在油被氧化和“自由基”演變成組成清漆的組合形式后，這些粘性沉積物粘附在油回路的金屬表面上-管道、閥門、熱交換器、過濾器、過濾器和其他敏感設(shè)備。反過來，這種生長的薄膜捕捉到粘性表面上的其他細(xì)顆粒，這些顆粒繼續(xù)在顆粒周圍堆積，形成一個(gè)磨蝕性、破壞性的表面。研究還表明，聚合油氧化產(chǎn)物的沉積物在墊片和機(jī)械密封件的劣化中起到一定作用。渦輪機(jī)系統(tǒng)中清漆引起的其他潛在問題包括：

?運(yùn)動(dòng)機(jī)械部件（如伺服閥或方向閥）的阻塞和粘滯。

?由于清漆容易吸引污垢和固體顆粒污染物，部件磨損增加。

?由于清漆的隔熱效果，熱交換器中的傳熱損失、摩擦、熱量和能量增加。

?潤滑劑的自動(dòng)催化劣化。

?堵塞小油流孔和濾油器。

?過濾器效率降低和潛在的過濾器堵塞。

?軸頸軸承故障。

?由于清理和丟棄油，增加了維護(hù)成本。

清漆的主要根源：熱

無論油添加劑包裝的氧化穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性有多強(qiáng)，油中的清漆污染水平始終會(huì)超過抑制劑的能力。較高的工作溫度或有害催化劑（如水和磨損金屬）含量的增加會(huì)加速油的氧化，并嚴(yán)重影響抗氧化劑添加劑包裝的有效性和耐久性。

觀察到，工作油溫每升高10°C（18°F），油的氧化速率就會(huì)加倍（阿累尼烏斯速率規(guī)則）。然而，當(dāng)油溫保持在60°C（140°F）以下時(shí)，油的氧化以及清漆的形成并不像預(yù)期的那樣緩慢。原因：除渦輪軸承內(nèi)產(chǎn)生的熱量外，油路內(nèi)還存在其他導(dǎo)致高熱的原因。油中熱點(diǎn)的一個(gè)原因是“微型柴油燃燒”——當(dāng)油通過液壓回路中的高壓泵時(shí)，夾帶的氣泡內(nèi)爆——這會(huì)產(chǎn)生超過1000oC（超過1800oF）的局部油溫，超過足以導(dǎo)致油分子氧化的溫度。

熱點(diǎn)的另一個(gè)原因是產(chǎn)生火花放電。發(fā)電行業(yè)向合成和玻璃過濾介質(zhì)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生了意想不到的副作用，這是由于更緊密的過濾器孔徑組合在一起，以去除具有極高過濾通量率（單位面積流速）的細(xì)沉積物，從而降低資本成本。其結(jié)果是油系統(tǒng)內(nèi)大量靜電積聚。

儲(chǔ)油器內(nèi)火花放電

圖2–儲(chǔ)油器內(nèi)的火花放電。

這些自發(fā)放電（持續(xù)納秒）可以產(chǎn)生溫度超過10000oC（超過18000oF）的火花，這比太陽表面還要熱。這種由靜電放電引起的高熱實(shí)際上是“烹調(diào)”油，產(chǎn)生油分子碎片，耗盡抗氧化添加劑。Sasaki博士進(jìn)行的過濾器火花放電試驗(yàn)的視頻可以在這里找到。

盡管過濾器制造商正在進(jìn)行研究，以減輕合成介質(zhì)和玻璃介質(zhì)的靜電效應(yīng)，但其他研究表明，油路中金屬對金屬接觸的地方也會(huì)產(chǎn)生顯著的靜電，從而導(dǎo)致火花放電。

即使是運(yùn)行小時(shí)數(shù)非常低的調(diào)峰機(jī)組的燃?xì)廨啓C(jī)，也仍然容易受到油氧化和清漆形成的影響。燃?xì)廨啓C(jī)的經(jīng)驗(yàn)表明，每周使用盤車裝置滾動(dòng)渦輪機(jī)兩到四個(gè)小時(shí)的做法可**限度地減少轉(zhuǎn)子彎曲，并始終保持潤滑油循環(huán)，從而保持高可靠性和可用性。但隨著這些好處的出現(xiàn)，潤滑油氧化和上光的副作用進(jìn)一步加劇。

機(jī)油濾清器中的火花放電

Sasaki博士研究了機(jī)油流經(jīng)汽輪機(jī)油過濾中使用的各種常見過濾介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的電壓電位，其中最常見的是一種緊密孔玻璃復(fù)合介質(zhì)。

圖3所示為電氣隔離測試組件，配置為查看接地和不接地時(shí)過濾器內(nèi)是否產(chǎn)生電荷。

過濾器火花放電測試組件

圖3–過濾器火花放電測試組件。

小油箱右側(cè)的軟管向泵供油（如下圖所示），然后泵將油輸送至過濾器單元組件（入口由安裝在過濾器入口三通上的流量變送器標(biāo)記）。過濾單元的出口通過軟管返回油箱，關(guān)閉油流回路。從過濾單元左側(cè)引出的導(dǎo)線連接到間隙電極組件的一側(cè)，而從玻璃燒杯中的另一個(gè)電極引出的地線則朝向組件的右側(cè)。玻璃燒杯充滿ISO VG32油，伸出小油箱的“棒”是用于監(jiān)測油溫的溫度計(jì)。浸入油燒杯中的電極之間的間隙為1mm。整個(gè)組件安裝在帶有乙烯基軟管的聚四氟乙烯底座上，以對系統(tǒng)進(jìn)行電氣隔離，因此可以在過濾單元的外壁處測量過濾單元內(nèi)產(chǎn)生的任何電荷。

實(shí)測油勢

圖4——測得的油勢。

該實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)最令人震驚的觀察結(jié)果（圖4）是，與電氣隔離時(shí)相比，機(jī)油濾清器接地時(shí)產(chǎn)生的電壓電位更大，并且這些高電壓的產(chǎn)生以及由此產(chǎn)生的火花放電可能會(huì)非常迅速和頻繁地發(fā)生。Sasaki博士始終發(fā)現(xiàn)電壓電位超過10千伏，靜電積聚引起的電壓電位大小與通過過濾介質(zhì)的通量直接相關(guān)。高磁通率產(chǎn)生非常高的電壓，導(dǎo)致更強(qiáng)大和更頻繁的火花放電，而低磁通率產(chǎn)生較低的電壓。

Sasaki博士在分析GE 9FA大型框架燃?xì)廨啓C(jī)上的液壓和潤滑油過濾器時(shí)觀察到，通過這兩個(gè)回路的油流在兩個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)上明顯不同：

?通過潤滑油過濾器的油流量（單位過濾器面積的流量）顯著高于液壓控制油過濾器。

?通過潤滑油過濾器保護(hù)渦輪軸承的油流是連續(xù)的，而通過液壓控制油過濾器的油流非常少（僅在調(diào)整控制裝置時(shí)發(fā)生），導(dǎo)致液壓管路中的油變冷。

這些不同條件的重要性在于，高通量潤滑油過濾器通過頻繁的火花放電產(chǎn)生氧化油副產(chǎn)物，形成清漆，液壓過濾器系統(tǒng)提供冷卻器，更安靜的環(huán)境中，這些清漆分子可以結(jié)合，并成為關(guān)鍵液壓控制裝置的嚴(yán)重污染問題。

研究結(jié)果清楚地表明，油中的火花放電確實(shí)會(huì)導(dǎo)致油氧化，并且這種氧化的程度受火花放電頻率的影響。

佐佐木博士的研究還涉及研究在室溫下經(jīng)過數(shù)月時(shí)間與光隔離后，受到不同頻率火花放電的油。他的研究結(jié)果表明，即使直接導(dǎo)致氧化的條件（如熱和油磨損）被消除，也有一個(gè)自動(dòng)催化過程可以繼續(xù)油的氧化（從而形成清漆）。（表1）

汽輪機(jī)油酸值

該試驗(yàn)工作的結(jié)果表明，油中的火花放電確實(shí)會(huì)導(dǎo)致油的氧化，這種氧化的程度受火花放電頻率的影響，并且存在一個(gè)自動(dòng)催化過程，即使在導(dǎo)致氧化的條件下，油仍會(huì)繼續(xù)氧化（從而形成清漆）（例如熱）被移除。

汽車催化油氧化過程

無論油氧化開始的原因如何（工作溫度高或火花放電），一旦有足夠的油分子分解成自由基，并存在鐵和銅等金屬離子，可能會(huì)開始一個(gè)持續(xù)降解油分子的自我維持反應(yīng)。這種連鎖反應(yīng)的影響取決于抗氧化劑（AO）的程度添加劑已消耗。如果不進(jìn)行檢查，此自動(dòng)催化氧化過程將加速并最終超過AO添加劑。形成自動(dòng)催化過程的反應(yīng)順序如下所示。

潤滑油自動(dòng)催化氧化工藝：

金屬（鐵和銅）催化鏈引發(fā)

溶解氧與油分子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生自由基R和HOO

°RH+O2 R?+HOO?（1）

°2RH+O2 2R?+H2O2（2）

鐵離子在#3中被氧化，在#4中被還原，形成凈平衡

°Fe3++ROOH Fe2++ROO?+H+（3）

°Fe2++ROOH Fe3++RO?+HO-（4）

銅離子在#5中減少，在#6中氧化，形成凈平衡

°Cu2++ROOH Cu++ROO?+H+（5）

°Cu++ROOH Cu2++RO?+HO-（6）

鏈傳播和分支

自由基R?of#8反應(yīng)進(jìn)料#7反應(yīng)

°R?+O2 ROO?（7）

°ROO?+RH ROOH+R?（8）

ROOH分解成兩個(gè)部首

°ROOH RO?+HO?（9）

反應(yīng)的兩種產(chǎn)物#9與油分子反應(yīng)生成新的自由基R?

與醇（ROH）和水一起進(jìn)行上述第7步進(jìn)料反應(yīng)

°RO?+RH ROH+R?（10）

°HO?+RH H2O+R?（11）

以下是：

°醛和酮的形成 揮發(fā)物導(dǎo)致

°縮合反應(yīng) 生產(chǎn)了高分子量的聚合物

°污泥和沉積物形成 形成不溶物和清漆

金屬催化劑和水對油氧化的影響

表2顯示了金屬催化劑和水與油氧化之間的關(guān)系，通過總酸值（TAN）測量。

請注意，表1所示火花放電后并在受控環(huán)境中放置數(shù)月的油樣中不存在游離水或乳化水，也不存在顯著程度的磨損金屬（這是新油），但3000次火花放電/9個(gè)月樣品的TAN值增加。如果將Sasaki博士所展示的機(jī)油濾清器和機(jī)油循環(huán)系統(tǒng)中的火花放電產(chǎn)生的有害影響與持續(xù)供應(yīng)的磨損金屬和水結(jié)合起來，潤滑和液壓系統(tǒng)中的機(jī)油氧化速率對于抗氧化劑添加劑來說可能是非常具有挑戰(zhàn)性的。

當(dāng)前機(jī)油分析測試的無效性

大多數(shù)油分析試驗(yàn)（如旋轉(zhuǎn)壓力容器氧化試驗(yàn)，RPVOT）不能可靠地指示油樣的真實(shí)清漆形成潛力，并且通常無法檢測到這種情況，除非油已經(jīng)具有足夠高的清漆水平可檢測，因此只能作為已形成清漆存在的確認(rèn)。研究表明，應(yīng)用傳統(tǒng)的油測試方法作為清漆發(fā)病的早期預(yù)警要么無效，要么提供的信息有限。傅里葉變換紅外（FTIR）等測試可以檢測作為清漆形成前體的油氧化副產(chǎn)物，作為“存在”或“不存在”的發(fā)現(xiàn)，但不能量化條件，這將提供脆弱程度的表達(dá)式。比色法的不斷發(fā)展似乎為早期檢測清漆問題提供了一種相對廉價(jià)的方法，并提供了一種跨時(shí)間量化條件以繪制系統(tǒng)趨勢圖的方法。該方法（例如，Analysts，Inc.提供的定量分光光度分析或QSA測試）提供了一個(gè)評級(jí)數(shù)字，可與相對標(biāo)度進(jìn)行比較，以確定清漆問題的脆弱程度，并幫助評估尋求減少清漆的設(shè)備和方法。

防止、解決和扭轉(zhuǎn)靜電上漆問題

傳統(tǒng)的油清洗方法包括過濾器、離心機(jī)、真空脫水機(jī)和機(jī)械介質(zhì)過濾。這些方法可有效去除水和硬污染物，以及一些較大的軟污染物。但去除清漆和導(dǎo)致清漆形成的油氧化副產(chǎn)物需要去除不溶性亞微米級(jí)軟氧化產(chǎn)物。經(jīng)證明，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的**方法是連續(xù)靜電油清洗，它可以解決傳統(tǒng)方法無法解決的污染問題。

靜電收集過程

圖5–靜電收集過程。

在油上運(yùn)行靜電油清洗系統(tǒng)可降低氧化油副產(chǎn)品的濃度，進(jìn)而溶解油路表面上形成的清漆，因?yàn)橛驮噲D重新建立形成的清漆與其前體之間的平衡關(guān)系，氧化油副產(chǎn)物隨著靜電油調(diào)節(jié)劑繼續(xù)去除氧化油副產(chǎn)物，流體系統(tǒng)保持平衡的自然反應(yīng)繼續(xù)溶解形成的清漆，直到其不再存在。

靜電油調(diào)節(jié)劑去除自然帶電污染物（如亞微米級(jí)氧化油副產(chǎn)品）的機(jī)理如圖5所示。已形成的清漆（柔軟、粘稠的污染物）本質(zhì)上是極性的（例如，零凈電荷，但在粒子內(nèi)有電荷分布，產(chǎn)生正負(fù)極），但仍然通過稱為的電泳的過程被系統(tǒng)去除。

圖6顯示了45天連續(xù)靜電清洗前后的上漆伺服閥。