中国石化长城GS200高硫燃气发动机油在颜巴赫机组的应用考察

蔡茂

中国石化润滑油有限公司华北分公司

采用中国石化润滑油公司研发的长城GS200 高硫燃气发动机油，在广东省某大型垃圾填埋场颜巴赫J320GS 系列发电机组开展了应用试验。经过两个周期试验，数据分析结果表明，该款高硫燃气发动机油产品具备良好的抗氧化、抗硝化、抗磨损性能以及良好的润滑性能，产品使用周期可达近1 000 h，试验周期内发电机组的发动机部件工作正常，无任何因润滑问题引起的设备故障。

随着人们生活水平日益提高，产生的生活垃圾也越来越多，因此处理好生活垃圾对环境保护和人们的健康有着至关重要的作用。作为固体废弃物的一种，长期以来生活垃圾主要以填埋、堆肥、焚烧等方式进行处理。不论以哪种方式，只要通过科学合理途径处理，在保护环境的同时均能带来一定经济效益，如垃圾填埋。通过填埋后主要产生两大产物——填埋气和渗滤液。其中，填埋气主要成分为甲烷和二氧化碳，通过气体回收，甲烷可用于发电创造经济效益。

填埋气发电系统主要是由填埋气收集系统、燃烧系统和发电系统组成，填埋气经收集后，经压缩机加压输送至内燃机发电机组，经燃烧转化成电能传输到电力升压站，再输送到电网系统供终端使用。目前，填埋气发电综合发电装置之一主要是固定式燃气发动机，发电机组常用的较著名国际品牌有颜巴赫、道依茨、瓦克夏、卡特彼勒等，此外也有一些国内知名品牌，如胜动、宝驹、济柴等。本文主要介绍长城GS200 高硫燃气发动机油在深圳某垃圾填埋场颜巴赫J320GS 系列发电机组的应用考察情况。

燃料特点及发动机油的要求

燃料特点

固定式燃气发动机主要以天然气为燃料，燃料成分主要是甲烷，同时也含有少量其他气体。与汽柴油等液体燃料不同，天然气燃料本身无润滑特性，因此，在燃烧工作过程易造成发动机进、排气阀及阀座磨损。相对汽柴油，该类型燃料腐蚀性更强，燃料中的CO2溶于冷却的水蒸汽可形成有一定腐蚀性的碳酸；燃料中的H2S 本身具有腐蚀性，在水、氧存在的情况下可形成硫酸而腐蚀金属；燃料中含有的少量卤素碳氢化合物（CFCs）也具有强的腐蚀性；燃料对运动部件的磨损更严重。沼气燃料中的硅颗粒易在发动机里结块，造成阀门及衬里的磨粒磨损，同时燃料本身的无润滑性，也易引起发动机进排气系统的磨损。

发动机油的要求

由于气体燃料本身无润滑特性和冷却功能，因此天然气发动机燃烧温度更高，加上发动机的长期连续运转，这就要求燃气发动机油需要具有更好的高温抗氧化能力以及良好的润滑性能，而油品中的灰分含量多少，对润滑性能起着决定性作用，若灰分含量过低，可能会因润滑不良而造成阀、阀座磨损及气门阀嵌入阀座，若灰分含量过高，则易引起积炭严重，从而造成活塞擦伤、火花塞堵塞等一系列问题，因此，燃气发动机油应具有合适的灰分。此外，结合燃气发动机工作特点以及具体燃料特点，燃气发动机油还需要有较好的抗硝化、抗磨损、耐腐蚀，以及良好的碱值保持能力等综合性能[1，2]。

试验部分

本次试验依托深圳某填埋场填埋区气体深度收集处理提升项目，填埋气收集管网和脱硫系统，将沼气送至集气站，然后利用预处理系统进行预处理，脱除有毒有害气体后，再进行发电。

试验设备

发电设备为11 台燃气发电装置机组，型号为颜巴赫J320GS 系列燃气发电机组，单台发电功率1 067 kW，详细参数见表1。

表1 颜巴赫J320GS系列发电机组技术参数

长城GS200 高硫燃气发动机油性能

长城GS200 高硫燃气发动机油系采用高黏度指数加氢基础油及新型的功能添加剂体系，专门为满足现代高功率、固定式燃气发动机的性能需求而设计的低灰型产品，能有效减少碳沉积物的形成，延长火花塞的寿命，降低阀门的磨损。该产品具有优异的抗氧化性能、清净分散性能以及抗磨损性能，具体理化性能指标见表2。

表2 长城GS200高硫燃气发动机油理化性能指标

填埋场气体成分

试验用气的气质成分见表3。

表3 填埋场气体成分

试验要求

分两个周期进行试验，每个周期即为从更换新油开始到该油品的任何一项指标达到规定的极限值为止。首次采集以油桶包装内的新油油品作为基础样，以新油的检测结果作为各自试验的基础值。油品化验测试按相关要求，每隔250 h 进行油样取样，分析了解燃气发电机润滑油使用状况。每次取样至少300 mL，检测内容包含总碱值、总酸值、pH 值、运动黏度、水分、闪点、氧化值、硝化值、光谱元素等需要检测的指标。换油指标要求详见表4。

表4 换油指标要求（客户指定）

试验结果及讨论分析

运动黏度变化情况

试验油品运动黏度变化趋势见图1。

从图1 可以看出，试验过程中油品的运动黏度呈缓和上涨趋势，未出现大幅波动情况，运动黏度变化均在换油指标要求范围内，且距离换油指标要求均具有较大余量，说明油品具有较好的抗氧化性以及抗剪切性能。

图1 试验油品运动黏度在两个试验周期内的变化趋势

酸、碱值变化情况

试验油品酸、碱值变化趋势见图2。

从 图2 可 以 看 出， 随 着 试验的进行，酸值在250 h 后呈现明显上升趋势，碱值呈现下降趋势。在1 000 h 时第二周期酸值（4.37）出现了超出换油指标（新油1.45+2.5=3.95）要求现象；碱值在两个试验周期内均未出现超标现象，且都在2.5 以上，说明碱值保持能力较好。酸值的上升和碱值的下降均与气质中硫化氢含量较高有关，尽管如此，从酸值上升和碱值下降程度来看，油品在试验中表现出了良好的抗氧化性能和中和酸性物质的能力。

图2 试验油品酸值、碱值在两个试验周期内的变化趋势

氧化值、硝化值变化情况

试验油品氧化值、硝化值的变化趋势见图3。

从图3 可以看出，随着试验的进行，氧化值、硝化值整体呈逐渐上升趋势，但在整个试验过程以及在1 000 h 时均未超过12 A/cm，远低于换油指标值20 A/cm的要求，表明油品具有较好的抗氧化、抗硝化能力。

图3 试验油品氧化值、硝化值在两个试验周期内的变化趋势

元素含量变化情况

试验油品铁、铝、铬、铜、锡、铅、钠含量的变化情况见表5。

由表5 可见，油品在两个试验周期内，铁含量、铝含量、铬含量、铜含量、锡含量、铅含量均低于5 mg/kg，且铁、铝、铜、铅、钠含量均远低于换油指标，表明整个试验过程油品具有良好的抗磨性能和润滑性能。

表5 试验油品铁、铝、铬、铜、锡、铅、钠含量的变化

试验油品硅含量的变化趋势见图4。

从图4 可以看出，硅含量呈明显上升趋势，主要受外界影响，来源于外界沙尘污染。

图4 试验油品硅含量在两个试验周期内的变化趋势

pH 值及水含量变化情况

试验油品pH 值变化以及水含量变化情况见图5。

由图5 可见，随着试验的进行，油品pH 值逐渐降低，在1 000 h 时pH 值接近换油指标（≤4.0），水含量在整个试验过程均远低于换油指标值。

图5 油品pH值及水含量在两个试验周期内的变化趋势

结论

经过两个周期的试验，通过数据分析表明，中国石化润滑油公司研发的长城GS200 高硫燃气发动机油，在试验过程中表现出优异的抗氧化、抗剪切以及抗硝化能力，优异的抗磨性以及润滑保护性能，良好的碱值保持能力以及中和酸性物质的能力，本次应用考察试验也进一步证实了长城高硫燃气发动机油可以满足颜巴赫机组的苛刻润滑要求，为在垃圾填埋气等特殊燃气了良好的应用经验。经客户综合评价，长城GS200 高硫燃气发动机油在本次颜巴赫J320GS 机组上的使用寿命为973 h。针对此类垃圾填埋工况，推荐换油周期为900 h。