发电厂改变了确定润滑油中水分的方式

在现代传统发电站中，润滑大型高价值机器的流体的整体状况对于工厂的成功和经济运行至关重要。特别是，油中的水分含量会影响润滑液的性能，因为水可以洗掉关键的抗氧化化合物，并导致润滑剂氧化和随后的润滑剂性能损失。多年来，卡尔费休 (KF) 滴定法一直用于测量油中水的含量，但这种分析方法有许多局限性。三年前，我们取代了 KF 方法，现在使用傅里叶变换红外 (FTIR) 分析来测量和控制润滑液中的水污染水平。我们发现，与“金标准”卡尔费休滴定相比，FTIR 分析仪可在更短的时间内提供准确的数据，且复杂性更低。

Ferrybridge 的润滑监控
Ferrybridge C 电站是一座位于英格兰西约克郡的 2,000 兆瓦煤炭和生物质混燃电站。该工厂的四台巨大的蒸汽轮机和主给水泵可为 200 万户家庭提供足够的电力，占英国每日电力需求的 4%。一台蒸汽轮机的动力足以为前方的六艘玛丽皇后 2 号邮轮提供动力。每根涡轮轴都超过 170 英尺长且极其沉重；带有 12 个支撑轴承，全部由矿物油润滑。这种润滑油有多种用途，因为它也是操作汽轮机调节阀和蒸汽进气阀的控制油。因此，必须监控油的状况并使其保持在要求的规格范围内。由于润滑油中的水分含量随环境和操作条件的变化而变化，因此必须快速获得准确的分析信息。

通过 FTIR 分析测量润滑液中的水分
在 Ferrybridge，我们使用 A2 Technologies 的 iPAL FTIR 分析仪配备了 TumblIR 传输单元系统（图 1）。

图 1. A2 Technologies 的 iPAL FTIR 分析仪正在 Ferrybridge 工厂进行油品分析。

为了分析样品，操作员将一滴干净的用过的油滴在安装在分析仪表面的下部 TumblIR 窗口上，然后将第二个安装在万向节上的窗口旋转到位，从而创建一个可重复的 100-容纳油的微米间隙。该系统配备了预先校准的自动分析油中水的方法，一个简单的命令即可启动传输红外方法。 FTIR 分析仪然后收集、分析和报告数据。 iPAL 系统无需样品制备即可准确分析低至百万分之 200 (ppm) 的水，因此不存在检测限问题。 A2 Technologies 开发了一种使用表面活性剂的方法，可以定量检测润滑油中低至 65 ppm 的水。

我们测试了 iPAL 分析仪方法与我们的卡尔费休滴定法，结果表明这些方法之间具有良好的相关性。监测存在的水量的趋势，因此不需要绝对值。即使使用 KF 测量，也不会测量绝对值，因为结果可能会因使用的样品量和油水固有的不混溶性而产生偏差。因此，使用 FTIR 和 KF（多次使用 KF）分析进行重复测量。由于 FTIR 测量速度如此之快，因此重复测量要快得多，也更容易执行。两种方法之间的微小差异与对同一样本进行两次KF测试所获得的结果没有显着差异。

在对 FTIR 方法的准确性和可靠性充满信心后，我们在很大程度上取代了我们的 KF 测量。一个例子表明，iPAL 系统可以同时跟踪涡轮机油和主泵油中的水分含量。

当润滑液中的水分大于允许的规格时，采取纠正措施去除油中的水分。调节汽轮机油水分的方法有两种：

1. 如果机组要在低于正常负载的情况下运行，则需要手动调节汽轮机压盖蒸汽压力。
2. 一种将水与油分离的机械装置，用于去除涡轮主油箱中的水分。

除了监测油中的水含量并在必要时提醒我们采取纠正措施外，iPAL FTIR 分析仪还用于跟踪我们的方法的有效性，以消除水分并使油恢复到可接受的水分限制。

利用 FTIR 分析进行润滑监测的价值
我们在 Ferrybridge 采用 iPAL FTIR 分析仪并取消了大部分卡尔费休滴定分析的原因有很多。

• FTIR 分析油中水的速度很快。
  • FTIR 分析仪需要三到五分钟的时间来测量油中的水分，从样品引入到最终结果。
  • 使用 FTIR 系统，样品中的水分含量不会影响分析时间。使用 KF，可以在与 FTIR 大约相同的时间内测量低水分（低于 0.05%）的样品；但是，对于中高水分样品（大于 0.05% 到 0.5%），测量可能需要 5 到 30 分钟。
• FTIR 分析油中水不需要任何试剂。
  • 分析一滴纯净的用过的油——不需要任何试剂。
  • KF 方法是一种滴定方法，需要测试化学品和试剂，价格昂贵且必须重新订购。
  • KF 方法在甲醇和有机碱（如吡啶或咪唑）存在下使用含有碘和二氧化硫的试剂。这些是具有潜在毒性的试剂，必须小心接触。
• 油中水的 FTIR 分析很容易进行。
  • FTIR 方法非常简单，并且程序已编入系统，因此技术水平较低的人员可以进行准确的测量，而不受水位的影响。
  • KF 方法需要熟练的技术人员进行分析，而且非常湿的油可能具有挑战性。
  • 在测量了几个湿样品后，必须停止使用 KF 滴定仪、进行清洁并补充试剂。这要求我们使用多台 KF 滴定仪来满足样品需求。
• 培训人员使用 iPAL FTIR 系统很容易。
  • 使用已编入 iPAL 分析仪的标准方法，培训技术人员只需几分钟。
  • KF 至少需要半天时间，因为操作员需要接受有关如何安全使用有毒试剂、确定何时需要更换试剂、如何清洁和干燥滴定仪、如何补充试剂以及在哪里进行培训订购 KF 测量所需的相对昂贵的试剂。
• FTIR 分析在分析上与 KF 测量一样准确，在某些情况下甚至更准确。
  • 只要方法易于使用且不需要多个步骤和试剂，它就有可能比更复杂的测试在分析上更准确。我们使用 KF 和 FTIR 方法的经验表明，当油中的水分含量非常高时，FTIR 更准确。
  • 无需对样品进行预处理，iPAL 系统即可准确检测油中的水分含量达 200 ppm。
• 除了确定油中的水分外，iPAL FTIR 还可以测量其他重要的油规格，所有这些都使用预先校准的机载方法在同一样品上进行。其中包括：
  • 油的添加剂消耗
  • 油的整体状况/氧化
  • 用于排放目的的水包油
• FTIR 系统提供现场实时分析。这使我们能够立即准确地了解润滑液的状况。
  • 如果发现油品不合格，现场测试可以采取纠正措施，并且可以实时确定我们措施的有效性。所有这些都可以在非现场测试实验室的初步结果报告之前完成。当样本从异地测试实验室返回时，结果通常已经无关紧要，因为有能力的操作员无法等待几周才能采取纠正措施。
• FTIR 系统提高了我们对从场外测试实验室获得的结果的信心。
  • 我们发现，如果润滑剂在装运时没有正确取样、包装和密封，水分测试结果可能会有显着差异。
  • 过去，我们经常从我们知道（最好）可疑或（最坏）完全不准确的外部测试实验室获得结果。通过使用能够测量多种重要分析物的 FTIR 分析仪进行现场测试，我们对结果更有信心，并且可以检查非现场测试实验室结果。

结论
Ferrybridge 发电站有一个主动的现场润滑监测计划。我们发现 iPAL FTIR 分析仪是该程序的重​​要组成部分，因为它使我们能够几乎实时地测量润滑液中的水分含量。这使我们能够在水分含量超过规定限值时采取纠正措施来调整水分含量。 FTIR 分析仪的分析准确度与“黄金标准”卡尔费休方法一样，而且使用起来相当容易，因为它不需要昂贵的有毒试剂或对操作员进行大量培训。 iPAL FTIR 分析仪已成为我们在 Ferrybridge 现场测试协议的重要组成部分，我们正在将其扩展到其他应用中。

图 2. Ferrybridge C 电站