核電廠汽輪機油顆粒度異常情況分析

徐 燕，秦建華

（核電秦山聯(lián)營有限公司，浙江 海鹽 314300）

汽輪機油是電力系統(tǒng)中重要的潤滑介質(zhì)，在汽輪機的軸承中起潤滑、冷卻、沖洗、減振、密封作用。

秦山第二核電廠（簡稱“我廠”）一臺600 MW的機組，汽輪機潤滑和密封系統(tǒng)用油量共為45 t汽輪機潤滑油。加上必需的備用油量，用油量就會更大。因此，需要運行汽輪機油具有各項良好的性能，汽輪機油質(zhì)量的好壞，會直接影響汽輪機組的安全經(jīng)濟運行。這就要求我們能對汽輪機油的各項物理、化學性質(zhì)進行分析，從而發(fā)現(xiàn)油質(zhì)發(fā)生變化的原因，以便制定針對性的措施，確保汽輪機用油的品質(zhì)。

我廠1號機組已經(jīng)運行6年左右，2號機組運行了4年左右，汽輪機油油質(zhì)總體情況控制良好。但隨著機組運行年數(shù)的增加，機件設(shè)備磨損情況慢慢出現(xiàn)、油液本身也在不斷老化中，出現(xiàn)了一些油質(zhì)異常狀況。

1 異常情況介紹

從2008年4月開始，1號機組汽輪機潤滑油（簡稱“1G G R”）出現(xiàn)顆粒度上升較快的現(xiàn)象：基本上是不到一個月，油液的顆粒度從規(guī)范值NAS 8級以內(nèi)上升到10級以上。2008年4至7月，顆粒度分析結(jié)果見表1，2007—2008年的1GGR潤滑油顆粒度分析結(jié)果及其趨勢見圖1。

表1 2008年4月至7月1GGR顆粒度（級）分析結(jié)果Table1 Analysis for 1 GGR particulate contamination during April～July 2008

發(fā)現(xiàn)問題后，油質(zhì)監(jiān)督人員將監(jiān)督頻率由原先的3個月一次，改為2周一次。發(fā)現(xiàn)顆粒度超標，及時安排濾油。根據(jù)油質(zhì)變化情況，適當調(diào)整取樣頻度。

我廠在線濾油采用的是PALL公司HVP-2703濾油機，可以過濾水分、顆粒度，顆粒度濾芯是5 μm的，運行人員每月定期啟動一次，每次運行4 d，啟動和停運時的油質(zhì)一般不取樣監(jiān)測。離線濾油機是PALL公司PFC-8314濾油機，維修人員根據(jù)化學油質(zhì)分析結(jié)果，在需要濾油時安排其啟動，可以過濾水分、顆粒度，顆粒度濾芯為3 μm?；瘜W人員根據(jù)國標GB/T 7596—2000關(guān)于運行汽機潤滑油的要求，對GGR潤滑油顆粒度每3個月取樣分析一次。此次顆粒度上升迅速的情況，以前從來沒有出現(xiàn)過，因此化學人員提高了監(jiān)督頻率，以便能及時確認和查找油系統(tǒng)的污染情況和來源。

2 原因查找

顆粒度也就是顆粒污染濃度，監(jiān)測的是浸入油中，不溶于油的顆粒狀物質(zhì)，如焊渣、氧化皮、金屬屑、砂粒、灰塵等。對于正常運行的油系統(tǒng)來說，其中的污染物的來源主要有兩個方面：一是系統(tǒng)外污染物通過軸封和各種孔隙進入；二是內(nèi)部產(chǎn)生的污染物，包括水、金屬磨損顆粒及油液氧化產(chǎn)物等。這些污染物都會降低GGR潤滑油的潤滑、抗泡沫等性能，可引起調(diào)速系統(tǒng)卡澀，機組轉(zhuǎn)動部位（軸承、軸瓦）的磨損，嚴重時會引起機組飛車等事故，嚴重地威脅機組安全運行。所以，汽輪機油運行中消除污染是必須進行的工作。

2.1 金屬分析

顆粒度異常升高可能的原因之一是設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)磨蝕，為此需要對異常油樣進行金屬含量分析。

為了確定金屬含量是否異常，2008年7月7日同時取樣分析運行中的2GGR油（顆粒度＜8級且沒有出現(xiàn)顆粒度上升迅速的情況）、1/2GHE氫側(cè)密封油、GGR新油的金屬成分和含量與1GGR油作對比。具體分析結(jié)果見表2。

表2 汽輪機油金屬含量分析結(jié)果Table 2 Metal content analysis of turbine oil

從以上分析結(jié)果看，GGR新油的所有金屬含量都接近于零。而所有運行汽輪機油中Cu質(zhì)量分數(shù)都在30 ppm（1 ppm=10-6）左右，其他金屬含量都很低，由于2GGR潤滑油沒有出現(xiàn)顆粒度異常升高的情況。因此，可以基本排除金屬含量高，即磨損導致1GGR潤滑油顆粒度升高迅速這一猜測。

2.2 鐵譜分析

鐵譜分析可通過觀察油中的微粒的形態(tài)、分布情況、大小、數(shù)量和表面形貌等特征，來判斷設(shè)備運動零部件的磨損狀態(tài)和部位。圖2至圖4是2008年7月7日的1GGR回油管潤滑油的鐵譜分析結(jié)果。方法是取50 mL樣品，用0.8 μm孔徑濾膜過濾，將過濾后得到的濾渣制成譜片，在鐵譜顯微鏡下觀察。分析結(jié)果表明油中有個別小尺寸金屬磨粒，少量小于320 μm的黏著磨粒，少量數(shù)十至數(shù)百微米的黑色氧化物、個別紅色氧化物和個別纖維等。由此可見，設(shè)備存在磨損，但是顆粒數(shù)不多，進一步證明磨損應該不是引起顆粒度異常上升的主要原因。

2.3 紅外光譜分析

將1GGR回油管潤滑油和GGR新油及2GGR回油管潤滑油分別進行紅外光譜分析，然后組合到同一張圖上進行比較，發(fā)現(xiàn)3個樣品的特征光譜曲線幾乎完全重合。說明1GGR和2GGR運行潤滑油的基團幾乎沒有被改變，說明這二者的老化程度還不是很深，不應該是氧化產(chǎn)物引起顆粒度升高。具體情況見圖5。

2.4 油質(zhì)理化性能指標全分析

目前，1GGR潤滑油的使用年限還不到6年，而一般汽輪機油的壽命為15～20年。為了確定油液的老化程度。對1GGR潤滑油進行了油質(zhì)全分析，結(jié)果如表3。

從分析結(jié)果看，說明油液很健康，不存在油液老化產(chǎn)生氧化產(chǎn)物導致顆粒度升高迅速這一現(xiàn)象，即顆粒度升高不是油液本身老化所致。

3 總結(jié)

從以上分析結(jié)果看，1GGR系統(tǒng)的設(shè)備磨損和油質(zhì)老化都處于較正常的狀況，不是引起“顆粒度迅速升高”的主要原因，即排除了“迅速增加的顆?！眮碜杂谙到y(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的污染物這一可能因素。因此，大量外界污染物進入1GGR系統(tǒng)的可能性較大。我們需要從查找系統(tǒng)的密封性，調(diào)節(jié)設(shè)備運行工況等方面入手，來查找原因。未查找到原因之前對主油箱、軸承周圍環(huán)境進行清潔，防止粉塵、機械雜質(zhì)進入潤滑油系統(tǒng)。

4 分析展望

在查找顆粒來源的過程中，產(chǎn)生了一些延伸問題，為了使設(shè)備用油更優(yōu)化，油質(zhì)管理更完善，我們做了如下的工作和思考。

4.1 追蹤銅材磨損部位

從鐵譜分析看，雖然磨損顆粒并不多。但是，油中確實存在一些大顆粒的磨損情況，也許會對汽輪機振動高產(chǎn)生貢獻，需要查找磨損部位，消除機組磨損狀況。

表3 2008年7月7日1GGR潤滑油油質(zhì)全分析Table 3 Full analysis for the oiliness of 1GGR lubricant oil on 7 July, 2008

因此，對于此次GGR潤滑油Cu含量較高的現(xiàn)象，查閱了相關(guān)設(shè)備材料方面的資料，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)中主要是冷油器、GHE的交流和直流泵、汽輪機軸瓦、汽輪機軸瓦的外油擋、GGR001PO～010PO中有含銅材料。

（1）如果是冷油器中的材料磨蝕產(chǎn)生Cu，則在該處的所取樣品Cu質(zhì)量分數(shù)會明顯高于其他部位樣品的Cu質(zhì)量分數(shù)。但從表2的分析結(jié)果看，Cu質(zhì)量分數(shù)在整個GGR油系統(tǒng)中是均勻分布的。因此，冷油器材料磨蝕的可能性不大。

（2）GHE的交流和直流泵中的軸瓦套材料全部為ZL-109，其主要成分為Si，具體成分見表4。

表4 ZL-109成分及其質(zhì)量分數(shù)Table 4 ZL-109 composition and it mass fraction

與冷油器的情況相同,即G H E處的樣品的Cu質(zhì)量分數(shù)與系統(tǒng)其他部位差不多，而且Si含量也幾乎沒有。因此，GHE的泵磨蝕的可能性也不大。

軸瓦的材料是錫基巴氏合金，其主要成分是錫、銅和銻，具體含量見表5。

表5 汽輪機軸瓦巴氏合金材料含量分布Table 5 Steam turbine Vajpayee's alloy content distribution

從金屬分析結(jié)果看（見表2），作為巴氏合金的另兩個主要成分錫（Sn）和銻（Sb）的含量都小于1 p p m。因此，軸瓦磨損的可能性也不大。

汽輪機軸瓦的外油擋是用Cu制作的，如果汽輪機軸系與外油擋發(fā)生碰磨，可能會致使GGR油系統(tǒng)內(nèi)的Cu出現(xiàn)變化。另外，GGR系統(tǒng)內(nèi)的泵有部分材料含銅，泵轉(zhuǎn)動摩擦，可能導致Cu的質(zhì)量分數(shù)出現(xiàn)變化。這些都需要進一步觀察。

4.2 濾油記錄

建議對濾油的時間和相關(guān)操作（更換濾芯等）進行專項記錄，便于分析濾油效率和保存較為完整的油處理歷史記錄，對油質(zhì)管理和設(shè)備管理有益。

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