膜修补色法对汽轮机油氧化劣化的评价

摘要

润滑油降解成两种主要产物:氧化产物和固体颗粒。近年来，发电用汽轮机油的氧化产物清漆已成为一个特别严重的问题。确定清漆生产潜力的第一步是确定清漆中抗氧化剂的剩余寿命，但即使涡轮机油可能有足够寿命的抗氧化剂，清漆问题仍然经常发生。因此，为了防止清漆，有必要对油氧化产物进行诊断。因此，作者开发了一种膜修补颜色的诊断方法，但膜修补颜色与汽轮机油的剩余寿命之间的关系还有待澄清。本文研究了一种利用膜斑块颜色和基于氧化产物和剩余寿命的干式涡轮氧化安定性试验(dry turbine oxidation stability test，干式TOST)来估算汽轮机油氧化降解的新方法。样品油在实验室中用干燥的TOST设备进行氧化降解，薄膜贴片颜色用比色分析仪(CPA)进行测量。研究了膜片颜色与旋转压力容器氧化试验(RPVOT)残留率的关系。结果表明，使用CPA和干TOST的新估计方法能够监测氧化变质早期RPVOT残留率的降低。

1.介绍

润滑油在使用过程中降解成两种主要产品，即油氧化产物和固体颗粒。近年来，在火力发电中使用的长寿命汽轮机油出现了严重的故障问题[1,2]。清漆是由于润滑油中的氧化产物在金属表面形成的薄层沉积物;它会引起诸如控制阀卡死和故障操作、轴承温度升高、轴承故障、滤油器堵塞和传热不畅等问题。已有许多关于清漆的研究报道。佐佐木等人[3.据报道，石油氧化产物可分为不溶性产物和溶性产物。不溶性氧化产物溶于温油，但遇冷不溶。他们还报道了可溶性油氧化产物的分子量为550-1900。不溶性油氧化产物平均分子量大于1900，即使是热的油也不溶。约翰逊和利文斯通[4提出确定清漆生产潜力的第一步是确定油中抗氧化剂的剩余寿命。这可以直接或间接地用于涡轮机油。直接的抗氧化测量方法是剩余使用寿命评估程序(标尺)，而间接的方法是旋转压力容器氧化测试(RPVOT)，通常用于评估涡轮机油的剩余寿命。这两种方法都是基于透平油抗氧剂的剩余寿命来评价其剩余寿命的有效方法。然而，即使涡轮机油可能含有足够寿命的抗氧化剂，清漆问题仍然经常发生[5]。因此，为了防止清漆的产生，不仅要评估透平油抗氧化剂的剩余寿命，还要评估其油氧化产物的可溶性和不可溶性。

因此，为了诊断润滑油的氧化产物，作者开发了一种诊断润滑油降解的新方法，即聚焦于被污染的膜片的着色，以及一种最先进的比色膜片分析仪(CPA)。CPA可以同时利用反射光和透射光来测量膜片的颜色，而传统的比色分析仪只使用反射光。油氧化产物收集在膜过滤器的表面和内部，CPA利用透射光来测量膜过滤器内收集的油氧化产物的颜色信息，这是传统比色分析仪无法做到的。

在以往的研究中[6,7，我们报道了膜斑块颜色与汽轮机油氧化产物之间的良好关系。据报道，膜膜片颜色是检测氧化产物非常有用和可靠的方法。然而，膜斑颜色与汽轮机油的剩余寿命之间的关系还有待澄清。因此，为了建立一种基于膜修补颜色的氧化产物存在的新诊断方法，有必要研究膜修补颜色与汽轮机油剩余寿命之间的关系。矢野等人[8]提出了一种利用干式汽轮机油稳定试验(dry turbine oil stability test, dry TOST)估算旋转弹氧化试验(RBOT)剩余率与污泥阻力关系的方法。在本研究中，我们使用干燥TOST来研究膜斑块颜色与RPVOT残留率之间的关系。

在这项研究中，我们使用干燥TOST设备在实验室中制备了氧化降解的样品油。利用RPVOT对各样品油的剩余寿命进行了评价，考察了膜片颜色与RPVOT残留率之间的关系。我们还利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析了氧化产物的变化与RPVOT残留率的关系。在这些研究结果的基础上，本文讨论了一种基于氧化产物和汽轮机油剩余寿命的膜补丁色法估算汽轮机油氧化降解的新方法。

2.实验装置和样品油

2.1。过滤设备

过滤设备由防尘罩、过滤支架、保温瓶、过滤漏斗、真空泵组成。数字1显示了过滤设备的原理图。数字2显示放大视图的膜过滤器的表面和它的横截面结构。膜式过滤器夹紧在保温瓶的过滤支架和过滤漏斗之间。将过滤漏斗中的25 mL样品油减压过滤。我们使用的是孔径为0.8的膜式过滤器μ直径25毫米，厚度0.125毫米。过滤后，用石油醚除去膜片上的油，滤过样品油的膜过滤器干燥;干燥后的滤膜称为“膜片”。

2.2。样品油和过滤程序

使用了三种含有抗氧化剂的商用涡轮机油样品。使用120°C干燥TOST对这些油进行分级氧化，并使用RPVOT对这些样品油的剩余寿命进行评估。表格1列出样品油的详细信息。样品油A在空气中被氧化，样品油B和C在氧气中被氧化。氧化水平随干燥时间的变化而变化。此外，在过滤之前，样品油被加热到60°C - 65°C的温度一天(同时不断搅拌)，然后根据ASTM D7843第8.1节在室温下孵育和储存三天。

2.3。比色分析仪(CPA)和颜色参数

我们测量的颜色参数(最大的色差和ΔE_RGB使用比色膜片分析仪(CPA)对膜片进行检测。数字3.显示注册会计师的测量原理。CPA从膜片的顶部和底部交替地向膜片投射白光。利用滤膜上表面反射的光，CPA测量滤膜表面捕获的污染物的颜色信息。CPA利用从膜过滤器底部透射过来的光，测量在膜过滤器表面和内部捕获的污染物的颜色信息。如本节所述1，油氧化产物在滤膜内和表面都有聚集。对于这种方法，我们使用透射光来获得膜过滤器捕获的氧化产物的所有必要信息。

颜色参数(即。,the maximum color difference and ΔE_RGB)根据256级表示的RGB值计算。例如，白色的R、G和B都在第256级，而黑色的R、G和B都在第0级。最大色差定义为R、G、B两个值之间的最大色差;它与润滑油的降解因素有密切的关系[6]。Δ数量E_RGB定义为使用(1);ΔE_RGB用于测定润滑油的降解程度。RPVOT残留率为用过的油的RPVOT值除以新油的RPVOT值，以百分数表示;使用(2)。值RPVOT (t)是后面的RPVOT值t退化的小时数，并通过与新油的比较指出了涡轮机油的剩余寿命。本文以RPVOT残差率作为评价汽轮机油残差寿命的指标。

3.结果与讨论

3.1。干燥TOST测试时间与RGB值及膜片颜色的关系

表格2显示膜片的图像，以及图形4给出了干法TOST测试时间与透射光测得的RGB值之间的关系。当利用透射光测量膜片颜色时，无法直接显示被测颜色。相反,表2在反射光下显示膜片的外观。对于样品油A和B，随着干燥TOST测试时间的增加，膜片变成了暗棕色。同样，随着干燥TOST测试时间的增加，样品油C的膜片变暗。样品油RGB值随干燥时间的延长而降低。数字5显示了干烤面包测试时间之间的关系,最大的色差和ΔE_RGB。ΔE_RGB随每个样品油的干燥TOST测试时间的增加而增加;而B试样的增加最大，即，在558至600小时之间。

3.2。RPVOT残留率与膜片颜色的关系

数字6显示了干烤面包测试时间之间的关系,RPVOT残留率,ΔE_RGB。RPVOT残留率降低和ΔE_RGB随着每个样品油的干燥TOST测试时间的增加而增加。此外,减少趋势RPVOTΔ的残留率和增加趋势E_RGB不同的样品油。

数字7显示了RPVOT残留率和Δ之间的关系E_RGB。ΔE_RGB增加RPVOT残留率降低,这表明有一个相关性RPVOT残留率和ΔE_RGB。ASTM D4378将RPVOT限制定义为25%。

在样品石油B,ΔE_RGB当RPVOT残留率低于25%时，RPVOT残留率大大增加。然而,ΔE_RGB当RPVOT残留率在40% ~ 34%之间时，样品油的C值显著增加。似乎不同的汽轮机油有不同的降解趋势，因此有必要规定每个汽轮机油的RPVOT极限。在我们的测试中,如果ΔE_RGB达到约350，样品油达到其RPVOT极限。因此,我们得出这样的结论:RPVOT残留率实际使用Δ透平油可以很容易地估计E_RGB如果使用干式TOST制备校准曲线，如图所示7。因此，如果使用这条校准曲线来管理涡轮机油，就可以保持与氧化产物和剩余寿命相关的良好条件。

3.3。样品油的FT-IR分析

数字8显示红外光谱从1800扩展到1650厘米⁻¹鉴定氧化产物的峰。这些调整后的吸光度为1800厘米⁻¹对应于零。吸光度水平约1710厘米⁻¹，即羰基的吸收带峰[9，随着试样油A和c的干燥TOST测试时间的增加，RPVOT残留率降低，但我们知道试样油B是被氧化的，没有发现这种关系。然而，氧化产物的峰值并没有随着干燥TOST测试时间的增加而增加。因此，样品油B不能被诊断为氧化产物增加。因此，我们的结论是，与样品油B相同类型的油的降解虽然难以用FT-IR分析进行诊断，但可以很容易地用基于比色分析的方法进行估计。

4.结论

在目前的研究中,人们发现RPVOT残留率和ΔE_RGB数据显示出相似的趋势，我们提出的估计方法可以用来估计涡轮机油的剩余寿命。

数据可用性

支持本研究结果的数据可根据要求从通信作者处获得。

的利益冲突

作者声明，这篇论文的发表没有任何利益冲突。

致谢

这项工作得到了日本科学促进协会(JSPS)的KAKENHI(批准号为25420086)的支持。

参考文献

1. 解决燃气轮机润滑油中的清漆问题，摩擦学和润滑技术，第64卷，不。1，页32-38,2008。视图:谷歌学术搜索
2. 利文斯通和奥克顿，“润滑油清漆的新问题”，维护和资产管理日志，第25卷，no。2，第38-42页，2010。视图:谷歌学术搜索
3. A. Sasaki, H. Aoyama, T. Honda, Y. Iwai，和C. K. Yong，“用过的油污染颜色的研究”，摩擦学的事务，第57卷，no。1, 2014年第1 - 10页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. M.约翰逊和G.利文斯通，“识别润滑油底壳中的清漆和氧化前体”，摩擦学和润滑技术，第67卷，no。4、2011年第2-7页。视图:谷歌学术搜索
5. A. Sasaki, S. Uchiyama，和M. Kawasaki， "燃气轮机机油系统中的清漆形成，"ASTM国际杂志，第5卷，第3期。7、第103-114页，2008。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. “油品污染之色度分析研究”，国立台湾大学土木工程学研究所硕士论文，“油品污染之色度分析研究”，润滑工程，第58卷，第2期。1，第12-17页，2002年。视图:谷歌学术搜索
7. 本田和佐佐木，“涡轮机油污染诊断方法的发展——利用膜片的比色分析，”主办:日本中小企业协会会刊，第12卷，不。4、2018年第18-00277页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. “涡轮机油氧化过程中油泥形成之研究”，国立中山大学机械工程研究所硕士论文。摩擦学的事务，第47卷，不。1，第111-122页，2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 罗伯特和弗朗西斯，有机化合物的光谱鉴别， John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, USA，第6版，1998。

版权

版权所有©2020 Tomohiko Kon等人这是一篇开放获取的文章知识共享署名许可，允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制，前提是正确引用了原文。