随着近些年相关行业的专业人员对油品的认知及管理水平不断提高，大家越来越多的注意到一种油品中的氧化产物：漆膜。网上关于油品漆膜的各类研究及相关文章非常多，大多数为各大火电厂或各类汽轮机、燃气轮机使用单位人员所写。主要从漆膜的形成、漆膜的危害、漆膜的监测与漆膜的防治处理这几个角度，结合现场的一些实际工况来进行阐述的。今天笔者尝试从其他不同角度对漆膜进行更深入的论述。由于内容较多，为了便于大家阅读和消化，笔者将分篇幅阐述。介于笔者知识的局限性，文中难免会出现认知不足所导致的错误，欢迎大家及时指出。什么是漆膜？
漆膜是一种薄的、不溶性的薄膜沉积物，形成于润滑系统（包括轴承和伺服阀）内的流体润湿表面上。该材料由多种油添加剂和高分子量热氧化流体分解化合物组成，这些化合物在基础流体中的溶解性有限，从本质上来说是极性的，根据系统和流体条件及其极性亲和力，随着时间的推移，它们开始从基础流体迁移到润湿表面。最初，这些胶质物（也可以叫“漆膜前体”）表面呈现金色/棕褐色，逐渐形成较暗的胶状层，最终发展成为坚硬的漆状物质：漆膜。这些不溶性物质的化学成分因设备运行条件、流体基础原料和添加剂类型而异。
典型的漆膜过程始于分子水平的反应，这通常包括氧分子。在油中，氧化分子通过添加剂控制，从而抑制其加速剩余油的降解。随着更多漆膜的形成，它变成了可以以纳米级颗粒测量的独特颗粒状物质。随着这些颗粒数量的增加，我们可以将这些油中的降解物质可以描述为纳米级物质的“漆膜云”。当云密度超过油饱和度时，一些漆膜物质会以沉积物的形式沉淀在润滑系统内（就像超过云中水的饱和度后，就会从天上落下雨水一样）。随着时间的推移，沉积物会硬化成固体物质，也就是我们通常称为漆膜。目前大家相对较多关注的漆膜是对汽轮机、燃气轮机、压缩机的影响，但其实由于所有的油品都会氧化，因此它们都会产生漆膜，并且会对这些设备的稳定运行造成不良影响。极端操作条件会加剧汽轮机及燃气轮机润滑油的劣化和污染，当润滑油压力过高后就会导致间隙较小的机械部件上出现粘性沉积物（漆膜），从而导致伺服阀卡涩问题和相关的汽轮机跳机。漆膜是油系统表面的涂层，是工业用油中最有害的杂质之一。漆膜是一种所谓的软污染物，对油的润滑能力有很强的负面影响，因此会像热量、颗粒和水分一样导致设备和机械的可靠性降低。漆膜的主要问题是微小颗粒比大多数过滤器的孔径小。通常，漆膜的粒径＜0.8μm，这就是为什么它们无法通过传统过滤去除的原因。漆膜是如何形成的？
润滑油漆膜是油品的氧化产物，也是一种极性高分子烃类聚合物。典型元素为：C 81~85%、H 7~9%、O 7~9%、N 2~3%。漆膜能减小间隙影响润滑效果，增加摩擦。导漆膜形成的主要原因有：
即使在正常运行条件下，所有汽轮机油、抗燃油等都会产生不溶性物质。在严酷或异常运行条件下，生成速度会加快。人们普遍认为，氧化、局部过热、化学污染、过滤器相关的静电火花放电、微爆燃和绝热压缩等因素是漆膜生成的主要原因。典型的碳氢化合物流体会发生氧化降解/聚合，产生不溶于油的油泥/漆膜。在热氧化过程中会产生许多含氧化合物，包括酸、醇、酯、酮等。然而，研究表明，漆膜前体中含有的物质中每个分子有两个氧原子，这表明羟基酸在漆膜形成过程中起着活性中间体的作用。造成漆膜形成的化学物质并不总是与基础油有关。添加剂组合及其与基础油的相互作用可能在漆膜形成过程中发挥重要作用。抗氧化剂被添加到流体中以控制氧化过程。一旦添加剂耗尽，氧化过程就会大大加速。如果没有有效的油品氧化产物去除系统，无论油品添加剂包的抗氧化和热稳定性有多强，油品中的漆膜污染水平都将不可避免地持续增长，直至超过抗氧化剂的能力。油品的选择也会影响漆膜的产生和积累速度，因为有些油品比其他油品更容易产生漆膜。虽然这些油品的外观非常相似，但它们的漆膜负载水平却截然不同，这与油添加剂、基础油和所选配方的影响有关。众所周知，不同制造商生产的油品含有不同的添加剂和基础油。根据实际使用情况，它们的差异可能会影响漆膜问题的严重程度。由于这些油品设计变化被油品厂家视为专有信息，因此油品消费者不太可能确定哪种油品配方最不可能导致漆膜问题。当系统污染物与使用中的油混合并进一步降低其性能时，水分离、起泡和油的氧化率等初始设计性能可能会受到极大损害。由于系统设计和操作条件也各不相同，因此应考虑它们的影响，因为它也与选择配方有关。添加剂化学的这一参数增加了现有漆膜对油性能和使用寿命的挑战。（经过我们对多种汽轮机油的测试，同样实验条件下产生的漆膜速率差异很大）较高的工作温度或增加的有害催化剂（如水和磨损金属）含量会加速油的氧化并对抗氧化添加剂包的有效性和耐用性提出挑战。根据阿伦尼乌斯速率规则，工作油温每升高 10°C，油氧化率就会翻倍。然而，即使当油温保持在 60°C以下时，油的氧化以及因此形成的漆膜不会像预期的那样减缓。这是因为除了汽轮机轴承内产生的热量之外，油路中还存在导致局部高热的其他原因。
2、热降解
除了氧化之外，汽轮机中流体降解的另一个主要途径是热降解。高温会引发流体的热降解，导致漆膜的形成。流体热降解和由此形成的漆膜的三个常见来源是油中夹带气泡的绝热压缩、系统中的局部过热和过滤器引起的静电火花放电。流体中夹带的气泡的来源可能是吸入管泄漏、泵密封泄漏以及由于抽吸流体返回储液器而引起的油箱搅动，当然，油品氧化也会增加气泡的产生。当受到快速压缩时，例如在高压泵的入口或轴承的高负荷区域，这些气泡会经历快速绝热压缩，引起“微爆燃”，从而导致流体温度快速升高。通常，在气泡绝热压缩期间，温度可能达到 1000 ℃，释放的热量足以导致油分子氧化。更差的泡沫特性会导致漆膜的不断产生（泡沫特性和空气释放性很重要哦）。即油通过液压回路中的高压泵时夹带的气泡内爆。造成局部过热的另一个原因是火花放电的产生。汽轮机润滑系统中会产生静电荷或摩擦电荷，这是流体与系统组件之间摩擦的结果。产生的电荷量取决于许多相互关联的因素，包括环境问题。这种影响表现在几个方面，最明显的是累积电荷放电时发出的咔嗒声，其原因是油系统内积聚了静电荷，这会导致系统内部产生火花。这些自发放电（持续数秒）可产生温度超过 10000°C的火花，比太阳表面的温度还要高。静电放电产生的强烈热量实际上会加热油，产生油分子碎片，从而消耗抗氧化添加剂。流体带电和静电放电是汽轮机系统中形成油泥和漆膜的主要因素。烃类液体流过过滤器时产生的电荷量与多种流体和过滤器特性有关。电荷的产生/积累通常随着流速（流过滤芯的速度）、流体电导率降低、某些添加剂包和温度降低（粘度增加）而增加。不太明显的影响包括电荷向过滤器下游迁移，从而损坏系统组件和过滤器。在过滤器外壳中，过滤元件的电荷与流体的电荷符号相反。流体上的电荷将向下游传输，如果积累了足够的电荷，则流体介电常数将超过其值。然后，过滤或流体系统中电荷量较低的导电部分将发生放电，从而导致系统该部分的潜在损坏。而损坏的程度取决于所涉及的材料和产生的电荷量。随着汽轮机及燃气轮机向着提高效率和降低资本成本的方向发展，汽轮机油和抗燃油的运行环境也变得越来越恶劣。这可能导致燃烧温度升高（因此运行油温也更高），并且在一些自备电厂的小型机组上需要使用共用油箱，通常将汽轮机轴承油与控制油混合使用，都使用汽轮机油。在某些情况下，单个油箱还可以为压缩气体（如氢气）提供密封剂，并在汽轮机处于旋转装置时提供静水提升油。这些恶劣的运行条件，特别是高周期性和高温，会导致漆膜。尽管蒸汽汽轮机和其他液压应用的运行条件可能不那么恶劣，但漆膜的形成仍然是一个问题。经过氧化和自由基演变成漆膜的组合形式后，这些漆膜沉积物会粘附在油回路的金属表面 - 管道、阀门、热交换器、过滤器、滤清器和其他敏感设备上。反过来，这种不断增长的薄膜会将其他细小颗粒附着在粘性表面上，并继续在颗粒周围堆积，形成一个具有磨蚀性和破坏性的表面。研究表明，聚合油氧化产物的沉积会导致垫圈和机械密封件的损坏。汽轮机系统中的漆膜引起的其他潜在问题包括：- 由于漆膜会吸引灰尘和固体颗粒污染物，导致部件磨损加剧
除了伺服阀沉积物外，漆膜前体还会在机械密封、巴氏合金套筒轴承、推力轴承垫和孔口上形成沉积物，从而造成限制。当这些沉积物在热交换器和储液器壁上形成时，可能会出现传热降低和温度升高的情况。漆膜超标后换油有用吗？
当注入新汽轮机油或抗燃油时，系统必须清洁且无漆膜（建议清洁度≤3级，无漆膜）。由于新油没有任何残留的漆膜产品，因此在加入系统时不会产生新的沉积物。但是，这种方法的好处受到系统内原漆膜沉积物的严重限制。当新油（或新清洗过的油）投入使用时，其油品的固有设计会清洁现有的系统漆膜，然后漆膜会进入油中。一个常见问题是许多现有系统在注入新油/替换油之前没有进行清洁。如前所述，汽轮机油具有天然的设计特性，使其能够容纳和积聚漆膜。此外，粘附在汽轮机油系统表面的现有系统污泥和漆膜不易通过系统冲洗去除。因此，当新的清洁油遇到系统内现有的漆膜时，它会开始与漆膜发生化学反应并从壁上去除这种物质，导致新油接近饱和点。发生这种情况后，油会再次变得饱和，并且一旦达到饱和水平，就会开始出现新的漆膜沉积。如果从危害较小的区域清除漆膜，然后又重新沉积在更不理想的位置，这种缓解策略可能会引发第二个问题：成本。频繁加油（包括完全更换油）的缺点是费用，因为大量的油可能很昂贵。虽然这种方法如果能够使石油保持在不饱和状态则会很有益处，但要做到这一点就需要频繁进行实验室测试以确保石油的状况。在相对较短的时间内，这种“化学清洗”现象会使换油带来的油性能和设计方面的好处变得毫无意义。换句话说，系统漆膜的去除可能会使新油在投入使用后不久就变成漆膜再次超标的“失效油”状态。同样的情形也发生在被漆膜浸透的油被清除掉漆膜沉积物之后，但清洗过程在系统本身变干净之前就停止了。刚被清洗过的油将再次从系统中积聚漆膜物质，再次接近饱和水平。请记住，漆膜可作为催化剂加速油和添加剂的降解。因此，在油中混入漆膜的情况下操作更换新油会导致新漆膜更快形成，从而缩短新油的使用寿命。关于漆膜需要记住的10件事
一般而言，漆膜由极性成分组成。但是，漆膜也可能含有非极性成分。漆膜并不容易定义，因为没有单一的类型。许多因素都会影响漆膜的形成，包括操作条件、油的类型和环境。我们并不试图对漆膜的特性设定具体的参数，而是在下面列出了有关漆膜在润滑应用中应该了解的10件事。漆膜已成为工业领域最致命的油污染物之一。与热、颗粒和水分污染一样，漆膜是一种所谓的软污染物，会严重影响润滑和机器可靠性。饱和度、平衡度和漆膜生命周期
漆膜在润滑油中的溶解度（饱和度）与温度有关，润滑油在任何给定温度下溶解可溶漆膜的能力都是有限的。油的饱和点随温度升高而升高，随温度降低而降低。油品饱和度和热对称性在漆膜生命周期中起着关键作用。漆膜的饱和度是一个非常重要的知识点，充分理解这点对研究漆膜意义重大。以下是笔者的一些总结。
- 在油品使用过程中，只要开封接触空气，油品就会以不可逆的方式发生化学降解，产生可溶性漆膜，并积聚在油液中（第一阶段）。氧化是油品基础油与周围空气中的氧气之间的化学反应。氧化是不可避免的，无论新油是否投入使用，氧化都会在新油首次暴露于空气中时开始发生。与所有其他化学反应一样，氧化速率受阿伦尼乌斯方程的约束，该方程指出，温度每升高 10 ℃，油品氧化的速率就会加倍。
- 一旦新油投入使用，就会暴露在更高的温度下，氧化速度也会随之加快。即使油品工作温度通常为34~55℃，轴承温度也可能超过 150℃；在这种情况下，轴承区域油品的氧化速度将比系统较冷区域的氧化速度高出 1000 倍以上。因此，氧化通常发生在热点所在的地方。
- 氧化产物会随着时间的推移在油品中积聚，但除非超过油品的饱和点，否则它们会在工作温度下保持溶解状态。随着可溶性漆膜的积累，最终达到油品饱和点。超过此点，产生的任何额外漆膜都将不溶。已饱和油液的持续降解会产生不溶性漆膜颗粒（第二阶段）。这些颗粒最终会聚集并产生漆膜沉积物（第三阶段），优先覆盖于金属表面。这些沉积物通常是导致机组跳机或无法启动的原因。与上述第二阶段中的沉淀一样，聚集和沉积是物理变化。
- 当油从系统内较热的区域流向较冷的区域时，流体温度会下降，任何存在的漆膜前体胶质物的溶解度都会降低。这些漆膜前体胶质物开始以颗粒的形式从溶液中沉淀出来。就像水结冰形成冰一样，漆膜的沉淀是一种物理变化，而不是化学反应。可溶性漆膜和不溶性漆膜之间的相变本质上是物理相变，因此是可逆的。由于漆膜的含量取决于温度，一旦漆膜沉积下来，就可以改变条件，积极地改变平衡，使这些沉积物恢复到溶解的可溶状态。这种操纵平衡的能力是彻底去除漆膜并减轻相关风险的关键。
- 这种漆膜形成步骤模型目前已被广泛接受，并且相当容易理解。不太为人所知的是，一旦漆膜沉积物形成，如果油品的溶解度增加，它们就会被重新吸收。虽然导致漆膜前体胶质物（可溶性漆膜）形成的化学变化（第一阶段）是不可逆的，但导致漆膜沉积物形成的物理变化（第二阶段和第三阶段）是可逆的。成功的漆膜缓解策略充分利用了这一事实，在下一篇幅中我会重点说到。
- 大多数油品异常事件都发生在系统最热的区域，即所谓的“热点”，在国内也叫“局部过热”。这些局部高温使油品温度变高，并增加了其溶解可溶性漆膜的能力。随着含漆膜油品在其他区域冷却，油品的饱和点会降低。尽管油品在变热时可以容纳当前的可溶性漆膜水平，但这些可溶性漆膜通常会超过油品在较冷区域的容量。
- 当油品中可溶性漆膜的浓度超过其饱和点时，油品就会过饱和；可溶性漆膜会转化为不溶性漆膜并沉积，直到其降至特定温度下可以容纳的水平。如果不采取措施解决油品工作温度下存在的可溶性漆膜水平，漆膜将继续沉淀并沉积在较冷的区域。
汽轮机油的设计目的是容纳和管理有限体积的漆膜和其他物质。当超过此容量时，油就被视为饱和。然后漆膜沉积物会在系统中形成和积累。饱和度与温度有关，高温下的油比低温下的油能够保留更多体积的纳米级漆膜物质。新油的理想系统条件是将油装入清洁的润滑系统中，这样油品的降解和随后的漆膜积聚将仅限于油品的自然降解。这种降解进程应仅限于系统内产生的新漆膜的影响，而不是现有系统漆膜的影响，因为已知后者会加速油的氧化。将油品安装到干净的系统中非常重要，这样维护灵敏度将更适当地响应油品的初始漆膜饱和度水平作为油品故障标准。这种敏感性应该保持在预期的最低系统油温下，而不是在较高的温度下，因为沉积物会在这种较低温度下的系统中形成和聚集，而沉积物的形成应该被视为油品的异常模型，并提示设备使用方应引起关注。在下一篇中，我将与大家分享如何来处理漆膜问题，敬请期待。
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