蒲 斌，嚴文東

（中國石油西部管道新疆輸油氣分公司鄯善作業(yè)區(qū)，新疆鄯善 838202）

1 燃氣發(fā)動機潤滑油特點

1.1 天然氣發(fā)動機潤滑油的特點

天然氣發(fā)動機以天然氣為燃料，由于氣體燃料與液體燃料性質(zhì)不同，氣體燃料不會對發(fā)動機潤滑油產(chǎn)生稀釋，因此，相對于汽、柴油等發(fā)動機，天然氣發(fā)動機可以選用粘度相對低的潤滑油，并且可以延長潤滑油的使用更換周期。天然氣作為燃料，辛烷值高達110，抗爆震性能非常好，發(fā)動機在運行時缸內(nèi)是無爆震燃燒，對潤滑油膜的影響較小，潤滑的效果相對較好，活塞與缸壁也不會產(chǎn)生突爆性沖擊，潤滑油的承載能力也比汽柴油發(fā)動機的潤滑油低。天然氣發(fā)動機的特點有利于延長發(fā)動機的使用壽命和大修周期。

但是，天然氣作為燃料，天然氣中可能含有一定濃度硫化氫組分，硫化氫在缸內(nèi)燃燒與天然氣燃燒產(chǎn)生的凝析的水形成酸性化合物，會對發(fā)動機缸內(nèi)各部件產(chǎn)生腐蝕，因此，天然氣發(fā)動機潤滑油需要有良好的抗硫性能。

1.2 燃氣發(fā)動機潤滑油的功能

燃氣發(fā)動機潤滑油具有的功能：①潤滑功能，燃氣發(fā)動機油進入閥和凸輪軸、氣缸和活塞、曲軸和軸承等金屬部件之間，在運動副之間形成一層油膜，從而將兩個運動副分離開，起到潤滑，減少摩擦的作用；②密封作用，燃氣發(fā)動機油填充與氣缸和活塞間的間隙，防止發(fā)動機燃燒室的壓縮氣體和燃氣漏至曲軸箱，從而充分發(fā)揮發(fā)動機的功率；③冷卻作用，通過在燃氣發(fā)動機內(nèi)外循環(huán)流動，及時地將運動產(chǎn)生的熱量帶出，防止運動機構(gòu)溫度過高；④清洗分散作用，燃氣燃燒時會產(chǎn)生一些灰分和不溶成份，對發(fā)動機的正常運行帶來威脅，燃氣發(fā)動機油可將這些污染物吸收，使發(fā)動機內(nèi)部保持干凈；⑤防銹作用，機油附著在發(fā)動機金屬部件的表面，有效隔絕水和空氣，避免金屬部件發(fā)生銹蝕和腐蝕。

1.3 潤滑油灰分對燃氣發(fā)動機的影響

潤滑油灰分是指在規(guī)定的條件下，油品完全燃燒后剩下的殘留物（不燃物）叫做灰分，灰分的含量以質(zhì)量百分比來表示（表1）。潤滑油完全燃燒產(chǎn)生的灰分主要是金屬鹽類和金屬氧化物。潤滑油的基礎(chǔ)油中含有的灰分含量很小，因為某些特定需求，將基礎(chǔ)油中添加某些高灰分的添加劑形成特定需求的潤滑油，這些潤滑油中的灰分就會增大。發(fā)動機燃料如果含有灰分過多，會加劇發(fā)動機缸體的磨損。潤滑油如果選用不當，潤滑油中的灰分含量過高，長期使用過程中，燃燒形成的灰分將在缸內(nèi)各組件上形成“積炭”，造成發(fā)動機的故障和零部件的磨損。

表1 灰分含量分類

硫酸鹽灰分是燃氣發(fā)動機油的關(guān)鍵指標，汽、柴油中含有重組分，其燃燒后會產(chǎn)生煙炱，煙炱積累在排氣門上，可以減少排氣閥與氣閥閥座的磨損，潤滑和保護排氣門，延長排氣門的使用壽命。天然氣中沒有重組分，一般只有通過燃燒缸內(nèi)潤滑油來積累灰分形成沉淀物對排氣門形成潤滑和保護，這樣形成的沉積物呈現(xiàn)藍灰色，沉淀物的形成需要一定的時間，積累的速度與潤滑油中灰分組分含量的高低、潤滑油消耗、氣門與氣門座之間的角度等因素有關(guān)。發(fā)動機在正常運行中，排氣門積累沉淀物的過程是動態(tài)平衡的過程，沉積物不斷燃燒流失的同時，新的沉積物不斷地形成和積累[1]。

氣體燃料發(fā)動機燃燒室溫度很高，從而分解潤滑油中的金屬添加劑，火花塞處容易積累灰分，火花塞積累過多的沉淀物將影響火花塞點火。天然氣發(fā)動機潤滑油中的灰分來自于兩部分，一是作為潤滑油清凈劑的鈣鹽，由于鎂鹽清潔劑燃燒形成的沉積物硬度較大，對缸內(nèi)組件形成磨粒磨損，因此潤滑油中的清凈劑一般不用鎂鹽；另外則是潤滑油抗磨劑的鋅鹽。純凈的天然氣燃料中不含硫、水分等，缸內(nèi)產(chǎn)生的灰分主要由潤滑油和潤滑油中的添加劑。天然氣發(fā)動機潤滑油的灰分含量很重要，發(fā)動機油灰分含量過低，有可能因潤滑不良而造成氣門、氣門座圈磨損加劇及氣門閥嵌入閥座；發(fā)動機油灰分含量過高，則發(fā)動機在運轉(zhuǎn)時，高灰分發(fā)動機油竄入燃燒室后，可能在燃燒室形成更多堅硬的沉積物，造成火花塞、閥系、燃燒室積炭嚴重，進而出現(xiàn)氣門噴火燒蝕、閥系磨損、活塞擦傷、火花塞堵塞等一系列問題。因此，天然氣發(fā)動機油應(yīng)具有合適的灰分[2]。

2 潤滑油使用簡述

2.1 發(fā)動機潤滑油性能要求

西部管道公司鄯烏壓氣首站發(fā)動機為Waukesha VHP L7042GSI型燃氣發(fā)動機，Waukesha建議使用為燃氣發(fā)動機特殊配制的機油，并且要根據(jù)發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和型號達到最小的灰分要求?；曳殖煞痔峁┣鍧嵶饔茫栏饔?，防磨損作用。另外，燃燒期間生成的灰分將防止氣門和氣門座接觸面的磨損。如果發(fā)現(xiàn)每1000 h氣門磨損超過0.05 mm，應(yīng)考慮更換一種更高灰分燃氣發(fā)動機機油。VHP L7042GSI渦輪增壓燃氣發(fā)動機要求灰分最小含量0.35%，為燃氣發(fā)動機特別配制的機油，使用高純度礦物油為基礎(chǔ)原料，硫酸鹽灰分最少占重量的0.35%，與金屬和無塵添加劑配制而成。推薦鋅最大含量為0.10%。潤滑油灰分要求為0.35%～1.0%。新機油8～10的總堿值（TBN）對應(yīng)于含硫低于0.4%的餾出燃料。

2.2 潤滑油使用對比

自1996年投產(chǎn)以來，發(fā)動機一直使用Shell 0480 oil天然氣發(fā)動機潤滑油，2011年7月，潤滑油更換為TOTAL NATERIA MJ40道達爾MJ40中灰燃氣發(fā)動機油潤滑油，2016年10月起，潤滑油更換為TOTAL NATERIA MH40道達爾MH40低灰燃氣發(fā)動機油潤，3種潤滑油相關(guān)油品物性如表2所示。

表2 潤滑油油品物性

上述3種油品在傾點、灰分、總堿值有所差別，其余參數(shù)區(qū)別不大。

傾點是指油品在規(guī)定的試驗條件下，被冷卻的試樣能夠流動的最低溫度。由于發(fā)動機有伴熱系統(tǒng)，在最低氣溫時這3種油品的傾點均可滿足使用要求。總堿值是指在規(guī)定的條件下滴定時，中和1 g試樣中全部堿性組分所需高氯酸的量，總堿值以當量氫氧化鉀毫克數(shù)表示?？倝A值是測定潤滑油中有效添加劑成分的一個指標，表示內(nèi)燃機油的清凈性與中和能力。主要用于中和燃料燃燒產(chǎn)生的酸性物資，總堿值過低不能中和燃料產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，有可能造成發(fā)動機酸腐蝕；總堿值過高有可能造成發(fā)動機的堿腐蝕。對發(fā)動機的燃料氣進行跟蹤分析，使用的燃料氣不含硫，同時不含其他酸性組分，可以選擇較低總堿脂的潤滑油。

Shell 0480 oil灰分小于0.8%，TOTAL NATERIA MJ40灰分為0.82%，這兩種油品灰分差別不大，MJ40的灰分略高。由于燃料氣不含硫及酸性組分，可以選擇較低的潤滑油灰分，TOTAL NATERIA MH40的灰分為0.43%，灰分大幅度降低，大于最低含量要求的0.35%，符合選用的要求。

3 機組故障及油品分析

3.1 機組故障情況分析（表3）

鄯烏壓氣首站維護保養(yǎng)嚴格按照WAUKESHA VHPL7042GSI手冊進行保養(yǎng)，潤滑油更換周期為1500 h，火花塞檢查周期為4000 h。機組在運行1500 h時更換潤滑油，同時檢查并調(diào)整火花塞電極間間距。在發(fā)生兩次火花塞不點火故障后，將火花塞的更換周期變?yōu)?500 h，之后未發(fā)生不點火故障。但是根據(jù)歷史故障情況，在1500 h清理積碳，未發(fā)生過火花塞積碳嚴重不點火故障。更換低灰潤滑油后，檢測火花塞積碳大量減少，將火花塞的更換周期調(diào)整為3000 h，部分狀況好的火花塞延長至4500 h，并且未發(fā)生火花塞積碳導(dǎo)致不點火的故障。

表3 壓縮機組故障

4#機組上次大修時間為2010年8月，右側(cè)進氣管發(fā)生回火時距離上次機組大修19 229 h。3#機組缸頭發(fā)生故障時距離上次機組大修（2014年12月）后運行10 738 h。根據(jù)歷史故障情況，在機組大修前未發(fā)生機組缸頭故障情況。

3.2 機組大修狀況

2014年12 月，開展3#壓縮機組大修，2015年11月，開展2#壓縮機組大修，2016年9月，開展1#壓縮機組大修，3次大修中，1#～3#壓縮機組在大修中打開缸頭，均發(fā)現(xiàn)氣門與座圈之間積碳嚴重，且長時間磨損導(dǎo)致氣門下沉，不同程度發(fā)生密封不嚴。查看機組歷史大修情況，氣門與座圈之間也存在不同程度積碳情況，造成缸頭泄漏。

4 結(jié)語

壓縮機組在使用Shell 0480潤滑油中，氣門與座圈之間已經(jīng)有明顯積碳，但是積碳的動態(tài)過程未使機組發(fā)生故障，Shell 0480潤滑油灰分稍微偏高，但不影響正常使用，但在潤滑油更換為TOTAL NATERIA MJ 40后，灰分進一步增大，使缸頭、氣門、座圈等部位結(jié)碳進一步增多，造成了發(fā)動機的故障增多。更換低灰潤滑油后，在對火花塞及缸頭進行的12次保養(yǎng)中，缸頭及火花塞的積炭情況顯著緩解，未發(fā)生火花塞積炭導(dǎo)致機組故障的事件。

潤滑油的正確選型與應(yīng)用，可以有效降低設(shè)備故障率，提升設(shè)備運行的可靠性。

［1］姚文釗.低硫酸鹽灰分、低磷和低硫發(fā)動機油添加劑發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢［J］.潤滑油，2009，24（1）：48-53

［2］朱和菊.固定式天然氣發(fā)動機的特點及潤滑要求［J］.石油商技，2012（5），22-23.