隨著近些年相關行業的專業人員對油品的認知及管理水平不斷提高，大家越來越多的注意到一種油品中的氧化產物：漆膜。網上關于油品漆膜的各類研究及相關文章非常多，大多數為各大火電廠或各類汽輪機、燃氣輪機使用單位人員所寫。主要從漆膜的形成、漆膜的危害、漆膜的監測與漆膜的防治處理這幾個角度，結合現場的一些實際工況來進行闡述的。今天筆者嘗試從其他不同角度對漆膜進行更深入的論述。由于內容較多，為了便于大家閱讀和消化，筆者將分篇幅闡述。介于筆者知識的局限性，文中難免會出現認知不足所導致的錯誤，歡迎大家及時指出。什么是漆膜？
漆膜是一種薄的、不溶性的薄膜沉積物，形成于潤滑系統（包括軸承和伺服閥）內的流體潤濕表面上。該材料由多種油添加劑和高分子量熱氧化流體分解化合物組成，這些化合物在基礎流體中的溶解性有限，從本質上來說是極性的，根據系統和流體條件及其極性親和力，隨著時間的推移，它們開始從基礎流體遷移到潤濕表面。最初，這些膠質物（也可以叫“漆膜前體”）表面呈現金色/棕褐色，逐漸形成較暗的膠狀層，最終發展成為堅硬的漆狀物質：漆膜。這些不溶性物質的化學成分因設備運行條件、流體基礎原料和添加劑類型而異。
典型的漆膜過程始于分子水平的反應，這通常包括氧分子。在油中，氧化分子通過添加劑控制，從而抑制其加速剩余油的降解。隨著更多漆膜的形成，它變成了可以以納米級顆粒測量的獨特顆粒狀物質。隨著這些顆粒數量的增加，我們可以將這些油中的降解物質可以描述為納米級物質的“漆膜云”。當云密度超過油飽和度時，一些漆膜物質會以沉積物的形式沉淀在潤滑系統內（就像超過云中水的飽和度后，就會從天上落下雨水一樣）。隨著時間的推移，沉積物會硬化成固體物質，也就是我們通常稱為漆膜。目前大家相對較多關注的漆膜是對汽輪機、燃氣輪機、壓縮機的影響，但其實由于所有的油品都會氧化，因此它們都會產生漆膜，并且會對這些設備的穩定運行造成不良影響。極端操作條件會加劇汽輪機及燃氣輪機潤滑油的劣化和污染，當潤滑油壓力過高后就會導致間隙較小的機械部件上出現粘性沉積物（漆膜），從而導致伺服閥卡澀問題和相關的汽輪機跳機。漆膜是油系統表面的涂層，是工業用油中最有害的雜質之一。漆膜是一種所謂的軟污染物，對油的潤滑能力有很強的負面影響，因此會像熱量、顆粒和水分一樣導致設備和機械的可靠性降低。漆膜的主要問題是微小顆粒比大多數過濾器的孔徑小。通常，漆膜的粒徑＜0.8μm，這就是為什么它們無法通過傳統過濾去除的原因。漆膜是如何形成的？
潤滑油漆膜是油品的氧化產物，也是一種極性高分子烴類聚合物。典型元素為：C 81~85%、H 7~9%、O 7~9%、N 2~3%。漆膜能減小間隙影響潤滑效果，增加摩擦。導漆膜形成的主要原因有：
即使在正常運行條件下，所有汽輪機油、抗燃油等都會產生不溶性物質。在嚴酷或異常運行條件下，生成速度會加快。人們普遍認為，氧化、局部過熱、化學污染、過濾器相關的靜電火花放電、微爆燃和絕熱壓縮等因素是漆膜生成的主要原因。典型的碳氫化合物流體會發生氧化降解/聚合，產生不溶于油的油泥/漆膜。在熱氧化過程中會產生許多含氧化合物，包括酸、醇、酯、酮等。然而，研究表明，漆膜前體中含有的物質中每個分子有兩個氧原子，這表明羥基酸在漆膜形成過程中起著活性中間體的作用。造成漆膜形成的化學物質并不總是與基礎油有關。添加劑組合及其與基礎油的相互作用可能在漆膜形成過程中發揮重要作用。抗氧化劑被添加到流體中以控制氧化過程。一旦添加劑耗盡，氧化過程就會大大加速。如果沒有有效的油品氧化產物去除系統，無論油品添加劑包的抗氧化和熱穩定性有多強，油品中的漆膜污染水平都將不可避免地持續增長，直至超過抗氧化劑的能力。油品的選擇也會影響漆膜的產生和積累速度，因為有些油品比其他油品更容易產生漆膜。雖然這些油品的外觀非常相似，但它們的漆膜負載水平卻截然不同，這與油添加劑、基礎油和所選配方的影響有關。眾所周知，不同制造商生產的油品含有不同的添加劑和基礎油。根據實際使用情況，它們的差異可能會影響漆膜問題的嚴重程度。由于這些油品設計變化被油品廠家視為專有信息，因此油品消費者不太可能確定哪種油品配方最不可能導致漆膜問題。當系統污染物與使用中的油混合并進一步降低其性能時，水分離、起泡和油的氧化率等初始設計性能可能會受到極大損害。由于系統設計和操作條件也各不相同，因此應考慮它們的影響，因為它也與選擇配方有關。添加劑化學的這一參數增加了現有漆膜對油性能和使用壽命的挑戰。（經過我們對多種汽輪機油的測試，同樣實驗條件下產生的漆膜速率差異很大）較高的工作溫度或增加的有害催化劑（如水和磨損金屬）含量會加速油的氧化并對抗氧化添加劑包的有效性和耐用性提出挑戰。根據阿倫尼烏斯速率規則，工作油溫每升高 10°C，油氧化率就會翻倍。然而，即使當油溫保持在 60°C以下時，油的氧化以及因此形成的漆膜不會像預期的那樣減緩。這是因為除了汽輪機軸承內產生的熱量之外，油路中還存在導致局部高熱的其他原因。
2、熱降解
除了氧化之外，汽輪機中流體降解的另一個主要途徑是熱降解。高溫會引發流體的熱降解，導致漆膜的形成。流體熱降解和由此形成的漆膜的三個常見來源是油中夾帶氣泡的絕熱壓縮、系統中的局部過熱和過濾器引起的靜電火花放電。流體中夾帶的氣泡的來源可能是吸入管泄漏、泵密封泄漏以及由于抽吸流體返回儲液器而引起的油箱攪動，當然，油品氧化也會增加氣泡的產生。當受到快速壓縮時，例如在高壓泵的入口或軸承的高負荷區域，這些氣泡會經歷快速絕熱壓縮，引起“微爆燃”，從而導致流體溫度快速升高。通常，在氣泡絕熱壓縮期間，溫度可能達到 1000 ℃，釋放的熱量足以導致油分子氧化。更差的泡沫特性會導致漆膜的不斷產生（泡沫特性和空氣釋放性很重要哦）。即油通過液壓回路中的高壓泵時夾帶的氣泡內爆。造成局部過熱的另一個原因是火花放電的產生。汽輪機潤滑系統中會產生靜電荷或摩擦電荷，這是流體與系統組件之間摩擦的結果。產生的電荷量取決于許多相互關聯的因素，包括環境問題。這種影響表現在幾個方面，最明顯的是累積電荷放電時發出的咔嗒聲，其原因是油系統內積聚了靜電荷，這會導致系統內部產生火花。這些自發放電（持續數秒）可產生溫度超過 10000°C的火花，比太陽表面的溫度還要高。靜電放電產生的強烈熱量實際上會加熱油，產生油分子碎片，從而消耗抗氧化添加劑。流體帶電和靜電放電是汽輪機系統中形成油泥和漆膜的主要因素。烴類液體流過過濾器時產生的電荷量與多種流體和過濾器特性有關。電荷的產生/積累通常隨著流速（流過濾芯的速度）、流體電導率降低、某些添加劑包和溫度降低（粘度增加）而增加。不太明顯的影響包括電荷向過濾器下游遷移，從而損壞系統組件和過濾器。在過濾器外殼中，過濾元件的電荷與流體的電荷符號相反。流體上的電荷將向下游傳輸，如果積累了足夠的電荷，則流體介電常數將超過其值。然后，過濾或流體系統中電荷量較低的導電部分將發生放電，從而導致系統該部分的潛在損壞。而損壞的程度取決于所涉及的材料和產生的電荷量。隨著汽輪機及燃氣輪機向著提高效率和降低資本成本的方向發展，汽輪機油和抗燃油的運行環境也變得越來越惡劣。這可能導致燃燒溫度升高（因此運行油溫也更高），并且在一些自備電廠的小型機組上需要使用共用油箱，通常將汽輪機軸承油與控制油混合使用，都使用汽輪機油。在某些情況下，單個油箱還可以為壓縮氣體（如氫氣）提供密封劑，并在汽輪機處于旋轉裝置時提供靜水提升油。這些惡劣的運行條件，特別是高周期性和高溫，會導致漆膜。盡管蒸汽汽輪機和其他液壓應用的運行條件可能不那么惡劣，但漆膜的形成仍然是一個問題。經過氧化和自由基演變成漆膜的組合形式后，這些漆膜沉積物會粘附在油回路的金屬表面 - 管道、閥門、熱交換器、過濾器、濾清器和其他敏感設備上。反過來，這種不斷增長的薄膜會將其他細小顆粒附著在粘性表面上，并繼續在顆粒周圍堆積，形成一個具有磨蝕性和破壞性的表面。研究表明，聚合油氧化產物的沉積會導致墊圈和機械密封件的損壞。汽輪機系統中的漆膜引起的其他潛在問題包括：- 由于漆膜會吸引灰塵和固體顆粒污染物，導致部件磨損加劇
除了伺服閥沉積物外，漆膜前體還會在機械密封、巴氏合金套筒軸承、推力軸承墊和孔口上形成沉積物，從而造成限制。當這些沉積物在熱交換器和儲液器壁上形成時，可能會出現傳熱降低和溫度升高的情況。漆膜超標后換油有用嗎？
當注入新汽輪機油或抗燃油時，系統必須清潔且無漆膜（建議清潔度≤3級，無漆膜）。由于新油沒有任何殘留的漆膜產品，因此在加入系統時不會產生新的沉積物。但是，這種方法的好處受到系統內原漆膜沉積物的嚴重限制。當新油（或新清洗過的油）投入使用時，其油品的固有設計會清潔現有的系統漆膜，然后漆膜會進入油中。一個常見問題是許多現有系統在注入新油/替換油之前沒有進行清潔。如前所述，汽輪機油具有天然的設計特性，使其能夠容納和積聚漆膜。此外，粘附在汽輪機油系統表面的現有系統污泥和漆膜不易通過系統沖洗去除。因此，當新的清潔油遇到系統內現有的漆膜時，它會開始與漆膜發生化學反應并從壁上去除這種物質，導致新油接近飽和點。發生這種情況后，油會再次變得飽和，并且一旦達到飽和水平，就會開始出現新的漆膜沉積。如果從危害較小的區域清除漆膜，然后又重新沉積在更不理想的位置，這種緩解策略可能會引發第二個問題：成本。頻繁加油（包括完全更換油）的缺點是費用，因為大量的油可能很昂貴。雖然這種方法如果能夠使石油保持在不飽和狀態則會很有益處，但要做到這一點就需要頻繁進行實驗室測試以確保石油的狀況。在相對較短的時間內，這種“化學清洗”現象會使換油帶來的油性能和設計方面的好處變得毫無意義。換句話說，系統漆膜的去除可能會使新油在投入使用后不久就變成漆膜再次超標的“失效油”狀態。同樣的情形也發生在被漆膜浸透的油被清除掉漆膜沉積物之后，但清洗過程在系統本身變干凈之前就停止了。剛被清洗過的油將再次從系統中積聚漆膜物質，再次接近飽和水平。請記住，漆膜可作為催化劑加速油和添加劑的降解。因此，在油中混入漆膜的情況下操作更換新油會導致新漆膜更快形成，從而縮短新油的使用壽命。關于漆膜需要記住的10件事
一般而言，漆膜由極性成分組成。但是，漆膜也可能含有非極性成分。漆膜并不容易定義，因為沒有單一的類型。許多因素都會影響漆膜的形成，包括操作條件、油的類型和環境。我們并不試圖對漆膜的特性設定具體的參數，而是在下面列出了有關漆膜在潤滑應用中應該了解的10件事。漆膜已成為工業領域最致命的油污染物之一。與熱、顆粒和水分污染一樣，漆膜是一種所謂的軟污染物，會嚴重影響潤滑和機器可靠性。飽和度、平衡度和漆膜生命周期
漆膜在潤滑油中的溶解度（飽和度）與溫度有關，潤滑油在任何給定溫度下溶解可溶漆膜的能力都是有限的。油的飽和點隨溫度升高而升高，隨溫度降低而降低。油品飽和度和熱對稱性在漆膜生命周期中起著關鍵作用。漆膜的飽和度是一個非常重要的知識點，充分理解這點對研究漆膜意義重大。以下是筆者的一些總結。
- 在油品使用過程中，只要開封接觸空氣，油品就會以不可逆的方式發生化學降解，產生可溶性漆膜，并積聚在油液中（第一階段）。氧化是油品基礎油與周圍空氣中的氧氣之間的化學反應。氧化是不可避免的，無論新油是否投入使用，氧化都會在新油首次暴露于空氣中時開始發生。與所有其他化學反應一樣，氧化速率受阿倫尼烏斯方程的約束，該方程指出，溫度每升高 10 ℃，油品氧化的速率就會加倍。
- 一旦新油投入使用，就會暴露在更高的溫度下，氧化速度也會隨之加快。即使油品工作溫度通常為34~55℃，軸承溫度也可能超過 150℃；在這種情況下，軸承區域油品的氧化速度將比系統較冷區域的氧化速度高出 1000 倍以上。因此，氧化通常發生在熱點所在的地方。
- 氧化產物會隨著時間的推移在油品中積聚，但除非超過油品的飽和點，否則它們會在工作溫度下保持溶解狀態。隨著可溶性漆膜的積累，最終達到油品飽和點。超過此點，產生的任何額外漆膜都將不溶。已飽和油液的持續降解會產生不溶性漆膜顆粒（第二階段）。這些顆粒最終會聚集并產生漆膜沉積物（第三階段），優先覆蓋于金屬表面。這些沉積物通常是導致機組跳機或無法啟動的原因。與上述第二階段中的沉淀一樣，聚集和沉積是物理變化。
- 當油從系統內較熱的區域流向較冷的區域時，流體溫度會下降，任何存在的漆膜前體膠質物的溶解度都會降低。這些漆膜前體膠質物開始以顆粒的形式從溶液中沉淀出來。就像水結冰形成冰一樣，漆膜的沉淀是一種物理變化，而不是化學反應。可溶性漆膜和不溶性漆膜之間的相變本質上是物理相變，因此是可逆的。由于漆膜的含量取決于溫度，一旦漆膜沉積下來，就可以改變條件，積極地改變平衡，使這些沉積物恢復到溶解的可溶狀態。這種操縱平衡的能力是徹底去除漆膜并減輕相關風險的關鍵。
- 這種漆膜形成步驟模型目前已被廣泛接受，并且相當容易理解。不太為人所知的是，一旦漆膜沉積物形成，如果油品的溶解度增加，它們就會被重新吸收。雖然導致漆膜前體膠質物（可溶性漆膜）形成的化學變化（第一階段）是不可逆的，但導致漆膜沉積物形成的物理變化（第二階段和第三階段）是可逆的。成功的漆膜緩解策略充分利用了這一事實，在下一篇幅中我會重點說到。
- 大多數油品異常事件都發生在系統最熱的區域，即所謂的“熱點”，在國內也叫“局部過熱”。這些局部高溫使油品溫度變高，并增加了其溶解可溶性漆膜的能力。隨著含漆膜油品在其他區域冷卻，油品的飽和點會降低。盡管油品在變熱時可以容納當前的可溶性漆膜水平，但這些可溶性漆膜通常會超過油品在較冷區域的容量。
- 當油品中可溶性漆膜的濃度超過其飽和點時，油品就會過飽和；可溶性漆膜會轉化為不溶性漆膜并沉積，直到其降至特定溫度下可以容納的水平。如果不采取措施解決油品工作溫度下存在的可溶性漆膜水平，漆膜將繼續沉淀并沉積在較冷的區域。
汽輪機油的設計目的是容納和管理有限體積的漆膜和其他物質。當超過此容量時，油就被視為飽和。然后漆膜沉積物會在系統中形成和積累。飽和度與溫度有關，高溫下的油比低溫下的油能夠保留更多體積的納米級漆膜物質。新油的理想系統條件是將油裝入清潔的潤滑系統中，這樣油品的降解和隨后的漆膜積聚將僅限于油品的自然降解。這種降解進程應僅限于系統內產生的新漆膜的影響，而不是現有系統漆膜的影響，因為已知后者會加速油的氧化。將油品安裝到干凈的系統中非常重要，這樣維護靈敏度將更適當地響應油品的初始漆膜飽和度水平作為油品故障標準。這種敏感性應該保持在預期的最低系統油溫下，而不是在較高的溫度下，因為沉積物會在這種較低溫度下的系統中形成和聚集，而沉積物的形成應該被視為油品的異常模型，并提示設備使用方應引起關注。在下一篇中，我將與大家分享如何來處理漆膜問題，敬請期待。
中文版
English