梁培沛 ,孫玉彬 ,胡鵬 ,蘇立鑫

(1.龍?jiān)?北京)風(fēng)電工程技術(shù)有限公司，北京 100080；2.殼牌(中國(guó))有限公司，北京 100034)

0 引言

風(fēng)電作為重要的可再生能源，在過(guò)去的十多年間取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，截至2019年9月底，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)達(dá)19.8億MW。隨著裝機(jī)容量和機(jī)組數(shù)量屢創(chuàng)新高，設(shè)備運(yùn)維成本和部件損耗費(fèi)用也持續(xù)增長(zhǎng)。而潤(rùn)滑油作為風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中不可或缺的部件，擔(dān)負(fù)著潤(rùn)滑、冷卻、防腐等作用，潤(rùn)滑成本已成為風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維的一項(xiàng)必要支出，而近年來(lái)國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)平價(jià)上網(wǎng)政策持續(xù)推進(jìn)，同時(shí)環(huán)保政策日益趨嚴(yán)，給風(fēng)電場(chǎng)控制油品采購(gòu)成本、廢油無(wú)害化處置等工作帶來(lái)了挑戰(zhàn)，而尋求合理方式延長(zhǎng)潤(rùn)滑油生命周期、降低換油頻次便是緩解這一痛點(diǎn)的有力選項(xiàng)。

1 風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油延壽的必要性及可行性

1.1 風(fēng)電設(shè)備潤(rùn)滑成本較高

按照其用途，風(fēng)電機(jī)組常用油品主要分為齒輪箱(增速箱)潤(rùn)滑油、偏航變槳減速器潤(rùn)滑油、以及液壓油，其中齒輪箱潤(rùn)滑油一般占到總體用油成本的70%以上，且多為殼牌、美孚等單價(jià)較高的國(guó)外品牌潤(rùn)滑油。一般每臺(tái)1.5 MW風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油的直接更換費(fèi)用(含油品采購(gòu)費(fèi)用和更換過(guò)程費(fèi)用)在3萬(wàn)元左右，以典型的裝機(jī)容量50 MW風(fēng)電場(chǎng)為例，全場(chǎng)更換一次齒輪箱潤(rùn)滑油的費(fèi)用在100萬(wàn)元左右。

1.2 廢油環(huán)保處置成本不容忽視

廢潤(rùn)滑油直接排放會(huì)對(duì)地下水造成污染、對(duì)土壤造成破壞；其所含的添加劑及污染物在直接焚燒后產(chǎn)生的灰分和有害物質(zhì)會(huì)造成大氣污染，增加溫室效應(yīng)[1]。因此，作為《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》中明文規(guī)定的危險(xiǎn)廢物(編號(hào)HW-08)，廢潤(rùn)滑油的處置須交具備相應(yīng)資質(zhì)的企業(yè)完成，北京地區(qū)2019年廢油處置費(fèi)用約0.8萬(wàn)元/噸。以典型的裝機(jī)容量50 MW風(fēng)電場(chǎng)為例，處置一次全場(chǎng)齒輪箱廢潤(rùn)滑油的直接費(fèi)用在8萬(wàn)元以上。

1.3 潤(rùn)滑油延壽的施策方向

在國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)降本增效、國(guó)家提倡保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的大背景下，如何通過(guò)技術(shù)可靠、性?xún)r(jià)比高的手段延長(zhǎng)潤(rùn)滑油的使用周期、降低換油頻次，成為風(fēng)電場(chǎng)降低油品采購(gòu)和廢油處置成本的一條可行路徑。

不論是何種潤(rùn)滑油，其使用壽命的長(zhǎng)短與許多因素有關(guān)。而從潤(rùn)滑油的整個(gè)生命周期來(lái)看，主要分為前端新油、中端在用油、后端舊油三個(gè)階段，由此我們可以針對(duì)這三個(gè)階段制定相應(yīng)的措施，來(lái)延長(zhǎng)潤(rùn)滑油使用壽命。

2 前端提升新油品質(zhì)

2.1 改進(jìn)新油的基礎(chǔ)油組分和添加劑配方

新油的品質(zhì)是潤(rùn)滑油使用壽命的基礎(chǔ)性決定因素，目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)使用的齒輪箱潤(rùn)滑油多為殼牌、美孚等國(guó)外知名廠商生產(chǎn)的合成潤(rùn)滑油，其基礎(chǔ)油多為PAO，添加劑多為含磷極壓抗磨添加劑、含硅消泡劑等，其抗氧化性能、黏溫特性等較傳統(tǒng)的礦物潤(rùn)滑油有顯著提升，預(yù)期壽命也相應(yīng)延長(zhǎng)。

2010年，國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)第一代齒輪箱合成潤(rùn)滑油平均換油周期在4年左右。2014年殼牌采用其GTL(Gas to Liquid)Pure Plus天然氣制油工藝，首次用天然氣作為原料生產(chǎn)出清潔的基礎(chǔ)油，其飽和烴含量高、基本上不含氮和硫，氧化安定性、低溫性能優(yōu)異，揮發(fā)性低，黏度指數(shù)高，適合作為高標(biāo)準(zhǔn)的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。2015年?？松梨谠谠璏obil SHC XMP320產(chǎn)品的基礎(chǔ)上推出Mobil SHC 320 WT風(fēng)電專(zhuān)用齒輪油，2017年殼牌在原Shell Omala S4 GX320產(chǎn)品的基礎(chǔ)上推出Shell Omala S5 Wind320風(fēng)電專(zhuān)用齒輪油，以滿(mǎn)足風(fēng)電客戶(hù)對(duì)長(zhǎng)壽命油品的特殊需求。2019年殼牌、美孚先后提出對(duì)其上述產(chǎn)品實(shí)行“十年有限質(zhì)量保證”，較2010年的質(zhì)保時(shí)間延長(zhǎng)一倍以上，即在正常工況下，風(fēng)電機(jī)組在20年的壽命周期內(nèi)只要加注兩次齒輪油即可，而產(chǎn)品售價(jià)較其上一代產(chǎn)品無(wú)明顯變化，這直接節(jié)省了油品采購(gòu)成本和油品更換過(guò)程費(fèi)用，并減少了風(fēng)電場(chǎng)非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間。相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，新油壽命會(huì)繼續(xù)得到提升。

2.2 新油的正確選用

目前工業(yè)潤(rùn)滑油的品類(lèi)、牌號(hào)繁多，選用適合于設(shè)備運(yùn)行工況的潤(rùn)滑油，既能保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，又能充分發(fā)揮潤(rùn)滑油的性能，確保達(dá)到其預(yù)期使用壽命。

某風(fēng)電場(chǎng)在給全場(chǎng)33臺(tái)機(jī)組換油后，取樣送檢，結(jié)果顯示所有樣品的40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度均在220 mm2/s左右，而機(jī)組潤(rùn)滑所需的油品40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度應(yīng)為320 mm2/s，因油品選用和采購(gòu)環(huán)節(jié)的失誤，導(dǎo)致只能再次換油，給設(shè)備潤(rùn)滑帶來(lái)隱患的同時(shí)，人為地縮短了油品使用壽命，造成油品的浪費(fèi)。

因此，在給風(fēng)電機(jī)組齒輪箱加注新油時(shí)，既要選好油、又要用對(duì)油，應(yīng)遵照整機(jī)廠商和齒輪箱廠商的建議，使用推薦的油品牌號(hào)，不得隨意更改。

3 中端加強(qiáng)過(guò)程潤(rùn)滑管理

加強(qiáng)潤(rùn)滑油使用過(guò)程中的設(shè)備潤(rùn)滑管理、及時(shí)剔除對(duì)潤(rùn)滑油有害的工況因素是延長(zhǎng)其使用壽命的關(guān)鍵。

3.1 避免引入或及時(shí)清除外來(lái)污染物

水分、沙塵和磨損顆粒、油泥等污染物均會(huì)對(duì)潤(rùn)滑油壽命產(chǎn)生不利影響。

(1)水分超標(biāo)不但會(huì)破壞油膜的連續(xù)性、造成金屬部件表面銹蝕，還會(huì)造成潤(rùn)滑油添加劑的水解，若有磨損金屬顆粒存在的情況下，設(shè)備高溫運(yùn)行時(shí)還會(huì)加劇油品的氧化，引起酸值的明顯升高[2]。及時(shí)更換風(fēng)電機(jī)組齒輪箱呼吸器中的干燥劑有利于避免水分進(jìn)入潤(rùn)滑油中[3]。

(2)沙塵、磨損顆粒等不但會(huì)對(duì)設(shè)備摩擦副造成“三體磨損”的風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)剪切潤(rùn)滑油中的PAO等長(zhǎng)鏈聚烯烴，使其變?yōu)槎替溝N，從而在短期內(nèi)引起潤(rùn)滑油黏度的急劇下降[4]。

(3)油泥是極性物質(zhì)，會(huì)吸附潤(rùn)滑油中的極性添加劑；當(dāng)油泥吸附在冷卻系統(tǒng)的散熱片內(nèi)壁上時(shí)，會(huì)降低油路冷卻效率，使循環(huán)中的潤(rùn)滑油始終處于高溫狀態(tài)，加速油品氧化，降低其使用壽命。

要及時(shí)清除上述沙塵、磨損顆粒、油泥等污染物，按照風(fēng)機(jī)運(yùn)維手冊(cè)定期更換在線循環(huán)油路的濾芯是必要的；另外，也可加裝CJC等離線旁路精濾系統(tǒng)，其納污容量較大，去除顆粒物、油泥的同時(shí)，還可有效控制水污染。

3.2 通過(guò)油液監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)施“按質(zhì)換油”

通過(guò)持續(xù)的油液監(jiān)測(cè)，跟蹤潤(rùn)滑油指標(biāo)的變化，對(duì)每臺(tái)機(jī)組制定科學(xué)合理的換油周期，這種方法為延長(zhǎng)潤(rùn)滑油使用壽命提供了可靠依據(jù)，其核心判據(jù)是以下兩點(diǎn)：

(1)潤(rùn)滑油自身的黏度、酸值等理化指標(biāo)在連續(xù)兩次的監(jiān)測(cè)中確定有明顯的劣化趨勢(shì)，并超出正常范圍；

(2)以上理化指標(biāo)的超標(biāo)尚未對(duì)設(shè)備產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性損害，磨損指標(biāo)(如PQ指數(shù)和鐵、銅等磨損元素含量)尚在正常范圍內(nèi)。

龍?jiān)措娏瘓F(tuán)油液監(jiān)測(cè)中心根據(jù)歷年風(fēng)電機(jī)組油液監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，于2014年在業(yè)界首次將風(fēng)電機(jī)組合成齒輪油的推薦更換周期由4年調(diào)整為7年，并在近年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中收效顯著。

4 后端舊油再生和轉(zhuǎn)化

后端舊油的再生、轉(zhuǎn)化是收效最為直觀的一個(gè)選項(xiàng)，也是近年業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。

4.1 舊油再生

2017年，廢油再生利用被列入由國(guó)家發(fā)改委組織編制的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄(2016版)》中[5]。

4.1.1 廢油再生的常見(jiàn)方法

廢油再生是采用物理或化學(xué)方法除去廢油中的顆粒、水分等污染物以及酸性物質(zhì)等變質(zhì)成分，使其理化指標(biāo)達(dá)到合格油的標(biāo)準(zhǔn)。目前常見(jiàn)的廢油再生方法、原理及特點(diǎn)見(jiàn)表1[6-7]。

表1 目前常見(jiàn)的廢油再生方法、原理及特點(diǎn)

4.1.2 廢油再生的注意事項(xiàng)

潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用、并經(jīng)過(guò)初步的過(guò)濾、沉降等再生環(huán)節(jié)之后，其中的添加劑會(huì)有部分損失，其添加劑含量無(wú)法再滿(mǎn)足原用油設(shè)備的潤(rùn)滑要求，此時(shí)可通過(guò)以下兩種途徑來(lái)延長(zhǎng)油品壽命：

(1)通過(guò)油液檢測(cè)，確定添加劑降低的幅度，并補(bǔ)足添加劑。此時(shí)應(yīng)確保新加的添加劑應(yīng)與原有添加劑相容，相互之間不發(fā)生反應(yīng)，以免影響添加劑性能。

(2)對(duì)于添加劑種類(lèi)和含量無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定的再生油，可通過(guò)油液檢測(cè)和四球?qū)嶒?yàn)等手段，評(píng)估其理化指標(biāo)、抗磨減摩等綜合性能，將高端設(shè)備的再生油降級(jí)使用到低端設(shè)備上。

4.2 舊油用途轉(zhuǎn)化

除了通過(guò)再生技術(shù)將廢油重新轉(zhuǎn)化為合格油品，我們還可以利用油品自身化工品的屬性，將其轉(zhuǎn)化為其他化工品的原材料。

四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院將廢機(jī)油和廢食用油應(yīng)用于再生瀝青路面中，有效降低了材料老化導(dǎo)致的膠結(jié)料硬化作用[14]。杭州中策橡膠股份有限公司對(duì)廢潤(rùn)滑油進(jìn)行過(guò)濾沉降、脫水破乳、精濾得到再生油，將其與增塑劑混用于混煉膠[15]。此類(lèi)功能轉(zhuǎn)化的方式給潤(rùn)滑油延壽提供了另一種可供借鑒的思路。

4.3 廢油的熱值利用

直接作為燃料時(shí)，潤(rùn)滑油閃點(diǎn)高不易燃燒，且廢油中所含的添加劑及污染物在燃燒后產(chǎn)生很多的灰分和有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境和人體危害很大，因此不得隨意直接焚燒。但可以將其轉(zhuǎn)化為燃油：廢油經(jīng)過(guò)熱解或催化裂解制得燃油，不僅可以避免廢油中磷、重金屬直接焚燒造成環(huán)境污染的問(wèn)題，且熱值利用率較直接燃燒要高。

5 結(jié)論

通過(guò)合理方式延長(zhǎng)潤(rùn)滑油生命周期、降低換油頻次作為風(fēng)電場(chǎng)控制油品采購(gòu)成本、廢油無(wú)害化處置成本的一項(xiàng)有效措施，可以從以下幾方面著手：

(1)前端提升新油品質(zhì)：改進(jìn)新油的基礎(chǔ)油組分和添加劑配方，是延長(zhǎng)潤(rùn)滑油使用壽命的基礎(chǔ)性決定因素，同時(shí)要做好油品的正確選用。

(2)中端加強(qiáng)過(guò)程潤(rùn)滑管理：避免引入或及時(shí)清除外來(lái)污染物、通過(guò)油液監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)施“按質(zhì)換油”。

(3)后端舊油再生和轉(zhuǎn)化：是收效最為直觀的一個(gè)選項(xiàng)，目前可借鑒的三個(gè)主要方向是：再生油、轉(zhuǎn)化為其他化工品、熱值利用。