工業(yè)設(shè)備的漆膜問題及處理技術(shù)

劉金玲，陳元建

（1.上海孚惠德工業(yè)油凈化科技有限公司，上海 201612；2.愛索普流體科技（上海）有限公司，上海 201612）

1 漆膜

漆膜是Varnish 一詞的中文翻譯，國內(nèi)還有很多種叫法，如膠質(zhì)物、凝膠、樹脂或清漆等。美國材料實驗協(xié)會（American Society of Testing Materials，ASTM）在ASTM D7843 標(biāo)準(zhǔn)文件中將Varnish 定義為“一種薄的，堅硬，有光澤，且不溶于油的沉積物，主要由有機(jī)降解物組成”，這句定義被引用于GB/T 34580—2017《運行渦輪機(jī)油中不溶有色物質(zhì)的測定方法》[1，2]。

1.1 形成及降解

漆膜是潤滑油或液壓油降解后的一種復(fù)合氧化物，在高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械潤滑和液壓系統(tǒng)中比較常見。漆膜在外觀上呈現(xiàn)出多種顏色，如灰色、棕色和琥珀色等（圖1）。

圖1 伺服閥進(jìn)油口處的漆膜

潤滑油或液壓油發(fā)生降解是形成漆膜的主要原因，其降解主要有兩條途徑。

（1）氧化降解。在空氣（氧氣）、熱和金屬存在的條件下，油液會加速氧化，即油分子發(fā)生復(fù)雜的氧化反應(yīng)，生成初級氧化產(chǎn)物。初級氧化產(chǎn)物之間繼續(xù)反應(yīng)，通過縮聚聚合生成高分子量的產(chǎn)物。氧化過程會導(dǎo)致油液酸值升高，黏度增加。

（2）熱降解。在沒有氧氣存在的條件下，油液所處的環(huán)境溫度超出其油分子熱穩(wěn)定性的范圍，僅由高溫條件導(dǎo)致油分子發(fā)生降解。油液夾帶氣泡發(fā)生絕熱壓縮或靜電的火花放電時（幾納秒）會產(chǎn)生極高溫度，后者溫度超過10 000 ℃，局部高溫促使油分子在內(nèi)發(fā)生降解。熱降解過程不會引起酸值發(fā)生明顯變化，但油液的顏色會迅速變深[3]。

氧化和熱降解生成的產(chǎn)物尺寸一般小于1 μm，也被稱為亞微米級物質(zhì)。這些小尺寸的物質(zhì)不易被機(jī)械過濾器所捕獲，在油系統(tǒng)中不斷積累增多。當(dāng)降解產(chǎn)物數(shù)量超出油液的飽和度時，這些具有極性的軟污染物趨于向金屬表面沉積，逐漸形成漆膜。油液發(fā)生氧化也會導(dǎo)致油泥生成，油泥一般在低溫條件下生成，呈軟泥狀，含有一定量的水分，而漆膜多在高溫條件下生成，附著在設(shè)備表面，像一層薄膜，很難清除[4]。

亞微米軟污染物是漆膜形成的前體物，加強(qiáng)對亞微米級物質(zhì)的監(jiān)測并進(jìn)行有效控制，能夠預(yù)防漆膜的形成，減少對設(shè)備和油液的傷害。

1.2 漆膜的危害

工業(yè)設(shè)備中的漆膜如果不能被有效清除，會給生產(chǎn)、設(shè)備和油液帶來很多不良影響，主要體現(xiàn)在以下9 個方面：①影響設(shè)備散熱，引發(fā)超溫報警造成非停；②造成伺服系統(tǒng)粘滯、卡澀，甚至導(dǎo)致跳機(jī)；③降低產(chǎn)品合格率（如鋼鐵冶金、造紙、注塑、汽車、精密儀器等）；④在摩擦副表面，增加磨損；⑤堵塞過濾器，降低過濾器效率；⑥亞微米級物質(zhì)起到表面活性劑的作用，引發(fā)破乳化度、泡沫特性等理化指標(biāo)不合格；⑦增加空氣夾帶，促進(jìn)氣蝕、氣泡微燃燒，損害設(shè)備和加速油液氧化；⑧降低油冷卻器散熱能力，油液超溫運行；⑨促進(jìn)油液自催化降解，縮短油液使用壽命。

2 漆膜的處理技術(shù)

2.1 纖維過濾

纖維素濾芯具有較大的比表面積和大量的孔隙，通過對漆膜前體物質(zhì)的吸附和攔截作用起到凈化效果，濾芯使用壽命較長。然而，流量會影響纖維素濾芯的過濾效果，這種濾芯需要在較低流量下使用。當(dāng)處理幾立方米的大量潤滑油時，需要組合使用多個濾芯，這樣過濾設(shè)備的體積十分龐大，更換一次濾芯的費用也比較高。油液的溫度也會影響過濾效果，在較低溫度下過濾具有更好的效果。

除了去除漆膜，纖維素濾芯還能去除顆粒污染物和少量水分，但是濾芯的除漆膜能力會隨著吸收顆粒物或水分而有所減弱，濾芯需要及時更換。

2.2 樹脂吸附

樹脂憑借其內(nèi)部的電化學(xué)親和力吸收漆膜成分并將其從油中去除。樹脂能吸附溶解狀態(tài)的漆膜前體，但樹脂吸附最大的缺點就是油中的添加劑容易發(fā)生損耗，降低油液的性能。樹脂吸附也存在和纖維過濾一樣的缺點，就是樹脂過濾器的設(shè)計流量要小，油液緩慢流經(jīng)樹脂，才能使樹脂有足夠的時間與漆膜發(fā)生吸附作用。樹脂濾芯只能去除有機(jī)的軟污染物，對于固體顆粒物質(zhì)和無機(jī)類軟污染物等沒有作用。

樹脂濾芯對漆膜的容納量小，使用壽命較短，而樹脂濾芯的價格又比較昂貴，因此采用樹脂吸附技術(shù)處理漆膜問題的總成本較高。

2.3 靜電吸附技術(shù)

靜電吸附技術(shù)借助物理吸附去除油中的漆膜。漆膜前體具有天然的極性，整體具有零凈電荷，但在粒子內(nèi)部具有電荷分布，形成正極和負(fù)極，極性粒子在電場施加力的作用下被系統(tǒng)去除。力的強(qiáng)度受油液和粒子的電學(xué)性質(zhì)、粒子的形狀和大小以及電場的頻率的影響。

靜電吸附技術(shù)依賴于復(fù)雜的控件設(shè)計，劣質(zhì)的控件不但無法發(fā)揮作用，還會破壞整箱油液。而且這種技術(shù)只去除處于懸浮狀態(tài)的軟污染物，適合處理油箱工作溫度小于40 ℃的油液。靜電吸附在使用初期表現(xiàn)出良好的凈化效果，隨著靜電系統(tǒng)內(nèi)積累的污染物增多，其凈化效果會受到影響，拆開設(shè)備清理極易造成設(shè)備損壞，而更換電泳系統(tǒng)的費用會比較高。此外，靜電吸附對油液中的水分和導(dǎo)電物質(zhì)比較敏感，凈化效果會受到影響。

2.4 平衡電荷聚集技術(shù)

2.4.1 原理

平衡電荷聚集（Balanced Charge Agglomeration，BCA）技術(shù)能夠?qū)α黧w中分散的亞微米級污染物進(jìn)行加載充電，使污染物分別帶上正、負(fù)電荷，帶相反電荷的微小物質(zhì)相互吸引、尺寸變大，從而被濾芯有效攔截去除。BCA 技術(shù)亞微米級凈化的原理如圖2 所示。

圖2 BCA 技術(shù)亞微米級凈化原理

BCA 技術(shù)對分散懸浮于油中的有機(jī)和無機(jī)的污染物動態(tài)加載電荷，動態(tài)監(jiān)測單元可確保加載電荷達(dá)到平衡狀態(tài)，油液混流后電勢無限趨近于零，對油液和添加劑沒有損害。BCA 技術(shù)在GE 燃機(jī)上應(yīng)用效果良好，不會損害添加劑，被GE 推薦其燃機(jī)客戶使用[5]。

應(yīng)用過程中，需要注意MPC（Membrane Patch olorimetry，膜片比色法）變化趨勢，適時更換玻纖濾芯。與上述幾種技術(shù)相比，BCA 技術(shù)后續(xù)的使用成本較低，應(yīng)用過程中只需要更換價格低廉的玻纖濾芯即可。

2.4.2 應(yīng)用

BCA 技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了20 多年，為電力（核電、火電和水電）、冶金鋼鐵、石化、造紙、精密機(jī)械加工、船舶、汽車等多個行業(yè)解決漆膜問題。下面是一些應(yīng)用的介紹。

（1）電力行業(yè)。燃機(jī)電廠機(jī)組SRV 伺服閥因漆膜發(fā)生堵塞卡住，會導(dǎo)致天然氣流量波動，“火焰喪失”報警，觸發(fā)跳閘，直接導(dǎo)致非計劃停車。應(yīng)用BCA 技術(shù)后，渦輪機(jī)油的清潔度保持在6 級以下，漆膜MPC ΔE 長期保持在15 以下，減少因漆膜導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)事故[6]。

（2）石化行業(yè)。壓縮機(jī)的軸瓦部位常發(fā)生漆膜沉積問題。一臺GB201 裂解氣機(jī)組更換新油10 個月，檢測漆膜，發(fā)現(xiàn)MPC ΔE 高達(dá)49.0。應(yīng)用BCA 技術(shù)后，MPC ΔE 值逐漸下降到6.0，之后并一直保持在低位，同時，軸瓦溫度也顯著的降低。經(jīng)過一個周期凈化，軸瓦上面的漆膜也全部消失（圖3）。

圖3 軸瓦上的漆膜全部消失

（3）造紙行業(yè)。造紙廠也存在令人困擾的漆膜問題。一個紙漿和造紙廠生產(chǎn)線運行僅半年，設(shè)備出現(xiàn)多次故障報警，檢查設(shè)備及相關(guān)指標(biāo)，沒有發(fā)現(xiàn)異常。2018 年4 月，設(shè)備發(fā)生故障停機(jī)，在油箱和管道、靴輥、下輥等部位發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)物沉積，部分齒輪軸承出現(xiàn)磨損。經(jīng)BCA 技術(shù)凈化一個月后，液壓油的清潔度明顯提高，MPC 由29.7 下降到7.2，油質(zhì)監(jiān)測參數(shù)由39.5 降至6.0，表明油質(zhì)狀態(tài)得到明顯提升（圖4）。

圖4 過濾前后膜片對比

3 結(jié)束語

漆膜不但會對設(shè)備和油液造成損害，還會影響連續(xù)生產(chǎn)，很多工業(yè)設(shè)備中都存在漆膜問題，因此漆膜的問題不容忽視。目前平衡電荷聚集（BCA）技術(shù)是一種能有效去除漆膜的凈化技術(shù)，可以消除漆膜問題帶來的危害，提高設(shè)備的可靠性。它能去除常規(guī)機(jī)械過濾無法去除的亞微米物質(zhì)，提高油液的清潔度、預(yù)防漆膜的產(chǎn)生，長期應(yīng)用還能清除金屬部件表面已沉積的漆膜，在設(shè)備不停機(jī)的情況下對整個系統(tǒng)進(jìn)行清洗。與其他過濾技術(shù)相比，平衡電荷聚集是一種安全、性價比較高的凈化技術(shù)，作用過程中也不會損害油液及其添加劑，不會加重企業(yè)的運維負(fù)擔(dān)。