汽輪機(jī)油異常原因分析

蔡星華

摘 要：潤滑油系統(tǒng)的正常運(yùn)行對汽輪機(jī)-發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行至關(guān)重要。用于汽輪機(jī)組的汽輪機(jī)油主要有潤滑、調(diào)速和散熱冷卻等作用，若油質(zhì)劣化，不但起不到應(yīng)有的作用，反而造成極大危害。文章對某電廠汽輪機(jī)運(yùn)行油油質(zhì)顏色異常變深進(jìn)行了分析，并提出了解決措施。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)油；異常；分析

中圖分類號(hào)：TK267 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）10-0068-03

Abstract： The normal operation of lubricating oil system is very important to the safe operation of steam turbine generator set. The steam turbine oil used in steam turbine unit mainly has the functions of lubrication， speed regulation and cooling. If the oil quality deteriorates， it will not play its due role， but instead it will cause great harm. In this paper， the abnormal depth of oil color of steam turbine operation in a power plant is analyzed， and the solving measures are put forward.

Keywords： turbine oil； anomaly； analysis

1概述

某電廠#1汽輪機(jī)組，裝機(jī)容量300MW，到目前為止機(jī)組已大修2次，未換油，2006年11月大修時(shí)加新油1噸，周期理化分析無明顯變化。近年來，#1機(jī)組油質(zhì)雖然透明，但顏色明顯由淺黃色變成了深褐色，沒有水，正常理化分析無異常。針對汽輪機(jī)油顏色逐漸變深，其他正常理化分析指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的現(xiàn)象，開展分析研究，給出診斷方法，以此來及時(shí)查找原因，找出潛在隱患，降低換油費(fèi)用。

2 分析診斷方法

2.1 汽輪機(jī)油顏色變深原因分析

（1） 受熱或氧化變質(zhì)，同時(shí)生成劣化產(chǎn)物

一般溫度在60℃以上，溫度每增加10℃，氧化速率就會(huì)加倍。潤滑系統(tǒng)的局部“熱點(diǎn)”能加速油的氧化進(jìn)程，發(fā)生熱氧化變質(zhì)。在高溫下，碳?xì)浠衔锏臒崃呀鈺?huì)形成不穩(wěn)定的化合物，進(jìn)一步聚合成各種樹脂和油泥。溫度達(dá)到100℃以上時(shí)，油泥開始碳化，會(huì)形成焦炭樣沉積，可引起轉(zhuǎn)子顯著損壞。

（2）受雜質(zhì)的影響

油中不慎混入水分、金屬和顆粒物質(zhì)等雜質(zhì)會(huì)加劇油的氧化，并有助于泡沫、積垢和油泥的形成。

（3）油品化學(xué)組成及精制深度

潤滑油是由烴類的混合物組成的。芳烴對油品的氧化安定性的影響有一定的規(guī)律性，這與芳烴結(jié)構(gòu)和含量有關(guān)。油的精制深度不足，則油中非理性成分未除凈；精制過度，則油中一些理想成分也除去了，尤其是油中的天然抗氧化劑，會(huì)使油的安定性大大降低。而各種添加劑相互配合性對油品氧化安定性有一定的影響，所以如果添加劑選擇不當(dāng)，反而會(huì)導(dǎo)致油品的性能變壞。

另外油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)及潤滑系統(tǒng)檢修質(zhì)量好壞，對油品的物理化學(xué)性能都有著直接關(guān)系，輻射、光照、固體絕緣材料等都可能造成油質(zhì)劣化。

2.2 油質(zhì)檢測分析及原因

由于油的組成成分不同，外界氧化條件不同，故生成的氧化產(chǎn)物也不同。其中有酸性氧化產(chǎn)物，如羧酸、酚等，同時(shí)還會(huì)生成低分子酸，這些產(chǎn)物會(huì)使酸值增大，故氧化后油酸值的大小，可作為油氧化程度的指標(biāo)之一。但同時(shí)氧化還形成大部分中性氧化產(chǎn)物，如醇類、酮類、脂類、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)等，這些產(chǎn)物和它們之間的縮合物，能生成深色沉淀。表1為定期檢測的酸值數(shù)據(jù)，可以看出酸值有小幅升高趨勢，但依然在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

該電廠#1汽輪機(jī)運(yùn)行油溫為40℃，所取油樣外觀透明、無雜質(zhì)，且水分、顆粒度等周期理化分析無異常，因此可以排除溫度、水分、雜質(zhì)等的影響。汽輪機(jī)油長期處于強(qiáng)制循環(huán)狀態(tài)，并且運(yùn)行過程中逐漸受熱、氧氣、水汽、雜質(zhì)等影響會(huì)逐漸老化，產(chǎn)生少量降解產(chǎn)物，有的溶解于油中而引起油顏色變深，有的不溶解于油中，產(chǎn)生少量粘性沉淀物。

由此總結(jié)出，雖然歷年油質(zhì)監(jiān)督測定結(jié)果表明，油的理化性能尚可，但油的抗氧化性能和T501抗氧化劑含量卻一直沒有測過。因此決定檢測#1汽輪機(jī)油的氧化安定性和T501抗氧化劑含量。

本次氧化安定性和T501抗氧化劑含量檢測按照GB/T14541-2005“導(dǎo)則”作為監(jiān)督測試標(biāo)準(zhǔn)，兼以國外標(biāo)準(zhǔn)作為參考。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

300MW以上的汽輪機(jī)組必須使用符合《渦輪機(jī)油》（GB11120-2011）標(biāo)準(zhǔn)的汽輪機(jī)油，而GB/T7596-2008對氧化安定性沒有明確的監(jiān)控指標(biāo)。隨著設(shè)備制造技術(shù)的進(jìn)一步提高，單機(jī)發(fā)電能力的進(jìn)一步增強(qiáng)，操作溫度及油荷比（每升潤滑油承受的發(fā)電量）的進(jìn)一步提高，要求油品具有優(yōu)異的氧化安定性，因此，延長油品的換油期成為主要的發(fā)展目標(biāo)。

現(xiàn)以粘度級別為32的蒸汽輪機(jī)油為例，對這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，對各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的比較可見，各標(biāo)準(zhǔn)對蒸汽輪機(jī)油的主要性能，如氧化安定性等都有明確的規(guī)定，且要求基本相同，只是有些性能采用的評定試驗(yàn)方法不同。如氧化安定性，英國采用的是測定氧化產(chǎn)物的方法，而其他各標(biāo)準(zhǔn)均采用ASTM D943氧化試驗(yàn)的方法，以酸值達(dá)到2.0mgKOH/g的時(shí)間為準(zhǔn)，一般要求氧化壽命達(dá)到2000h。

3 解決措施

依據(jù)“電廠運(yùn)行中汽輪機(jī)油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7596-2008）”，由表2得出油中抗氧化劑含量不符合規(guī)定?？紤]如果更換系統(tǒng)的全部油品，需要大量費(fèi)用，即使必需更換，也需要計(jì)劃安排，可能等待較長時(shí)間。根據(jù)電力用油相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，未見有關(guān)于油質(zhì)老化指標(biāo)更換的定量數(shù)據(jù)和報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)調(diào)查，一般電廠的汽輪機(jī)油使用10～20年，發(fā)現(xiàn)顏色變深，即更換，隨意性較大。因此，可以在不影響機(jī)組安全運(yùn)行的條件下，先對#1汽輪機(jī)油進(jìn)行添加潤滑油的抗氧化劑試驗(yàn)，確定能否提高油質(zhì)的抗氧化性能，延長汽輪機(jī)油的使用時(shí)間。

3.1 T501抗氧化劑添加方案

首先進(jìn)行當(dāng)前#1機(jī)組透平油油質(zhì)全分析，尤其是氧化安定性試驗(yàn)和抗氧化劑含量的測定，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果補(bǔ)充添加劑。先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小試，并觀察效果，同時(shí)注意各種因素對效果的影響。小試通過后在現(xiàn)場對油系統(tǒng)中的油泥雜質(zhì)進(jìn)行徹底過濾清洗，將添加劑配成母液，通過平板式濾油機(jī)加到油系統(tǒng)中，從而達(dá)到延長#1機(jī)透平油使用時(shí)間的目的。油中T501抗氧化劑的添加注意以下兩點(diǎn)：

（1）感受性試驗(yàn)：通過油的氧化（老化）試驗(yàn)，其結(jié)果若有一項(xiàng)指標(biāo)較不加T501抗氧化劑的原油提高20%～30%，而其余指標(biāo)均無不良影響時(shí)，則認(rèn)為此油對該抗氧化劑有感受性。實(shí)踐證明，國產(chǎn)油對T501抗氧化劑的感受性較好，而且成品油均添加了T501抗氧化劑。使用單位若需補(bǔ)加抗氧化劑油時(shí)，一般只需測定T501的含量和油質(zhì)老化情況決定添加，而不必再做感受性試驗(yàn)。但是，對不明牌號(hào)的新油、進(jìn)口油，以及各種再生油和老化、污染情況不明的運(yùn)行油，則應(yīng)做感受性試驗(yàn)以確定是否適宜添加和添加時(shí)的有效劑量。

（2）抗氧化劑有效劑量的確定

對許多新油來說，T501抗氧化劑在油中的添加量與油的氧化安定性有密切關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，加有T501抗氧化劑的油在人工老化過程中油質(zhì)的變化與T501的含量降低有一定規(guī)律性：a.T501含量降低小于原始加入量的30%時(shí)，油質(zhì)的變化不大明顯（指酸值、介損）；b.T501含量降低到原始加入量的30%～50%時(shí)，油質(zhì)開始有變化；c.T501含量降低到大于原始加入量的50%時(shí)，則油質(zhì)變化迅速，酸值和介損急劇升高。

大量試驗(yàn)資料表明，T501抗氧化劑在油中添加的有效劑量為0.3%～0.6%左右，高于0.6%～1.0%，對有的油氧化壽命提高不多；而低于0.3%，許多油的氧化壽命卻不能達(dá)到要求。故我國規(guī)定：新油或再生油中，T501抗氧化劑的含量為0.3%～0.5%。

由上述可知：對運(yùn)行中油T501抗氧化劑的含量應(yīng)不低于0.15%，同時(shí)在這一含量下進(jìn)行T501的補(bǔ)加，效果較好。當(dāng)然在進(jìn)行補(bǔ)加時(shí)還應(yīng)控制運(yùn)行油的pH值不小于5.0為好。

3.2 機(jī)組現(xiàn)場添加措施及步驟

運(yùn)行中油添加T501抗氧化劑，一般宜在設(shè)備停運(yùn)或檢修期間進(jìn)行。添加前應(yīng)清除設(shè)備內(nèi)和油中的油泥、水分和雜質(zhì)，減少雜質(zhì)對降低T501抗氧化效果的影響。先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行溶解試驗(yàn)以確定添加劑量。具體加入方法為：

（1）熱溶解法：從設(shè)備中放出適量的油，加熱至50～60℃，將所需量的T501加入油中，邊加入邊攪拌，使T501完全溶解，配制成一定濃度的母液（一般為5%左右），待母液冷卻到室溫后，以壓濾機(jī)送入變壓器內(nèi)，并繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)過濾，使藥劑和油充分混合均勻。過程中注意油和系統(tǒng)要避免受到高于70℃的熱輻射和外界污染物侵入。

（2）從熱紅吸器中添加：將T501按所需要的量分散放在熱虹吸器上部的硅膠層內(nèi)，由設(shè)備內(nèi)通向熱虹吸器的熱油流將藥劑慢慢溶解，并隨油流帶入設(shè)備內(nèi)混勻。

3.3 后續(xù)跟蹤

添加完T501抗氧化劑后還應(yīng)注意后續(xù)跟蹤分析監(jiān)督，方法如下：

（1）取混合均勻油樣，油質(zhì)全分析。需要特別注意分析顆粒度、氧化安定性、T501含量等指標(biāo)。

（2）T501加入后的分析項(xiàng)目和周期：按72小時(shí)、一個(gè)月、三個(gè)月的周期取樣化驗(yàn)酸值、水分、粘度，閃點(diǎn)在24、48小時(shí)穩(wěn)定后，可按正常周期分析。T501含量、氧化安定性按照三個(gè)月、半年進(jìn)行分析，穩(wěn)定以后按正常周期分析。

（3）汽機(jī)專業(yè)和化學(xué)專業(yè)注意觀察油系統(tǒng)的運(yùn)行狀

況，如有異常情況及時(shí)進(jìn)行處理。

4 建議

（1）501抗氧化劑在運(yùn)行中是要逐漸消耗的，因此要定期測定油中T501抗氧化劑含量，保證T501抗氧化劑在油中的余量不低于0.15%，也就是說油中T501抗氧化劑含量下降到接近0.15%時(shí)，就要補(bǔ)加T501。這樣才能保持運(yùn)行中油質(zhì)良好。

（2）劣化油對油泥的溶解能力較新油大，當(dāng)劣化油中加入較多新油時(shí)，懸浮態(tài)的油泥直接影響汽輪機(jī)的運(yùn)行。因此禁止利用混油的辦法來改善劣化油品質(zhì)。

（3）隨著蒸汽輪機(jī)的發(fā)展，汽輪機(jī)油的氧化安定性要求越來越高，我國起步較晚但發(fā)展迅速，汽輪機(jī)油規(guī)格應(yīng)注重氧化安定性等，加強(qiáng)油品氧化安定性的檢測，保證油品使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]李桂清，汪望金.預(yù)防汽輪機(jī)油劣化的措施[J].設(shè)備管理與維修，1994（5）：27.

[2]張民，張杏梅.運(yùn)行中汽輪機(jī)油抗氧劑含量的統(tǒng)檢[J].山東電力技術(shù)，1999.

[3]夏延秋，張新敏，等.潤滑油的抗氧化性能和分析檢測技術(shù)[J].潤滑與密封，2004.

[4]李紹英，王冰，等.礦物油添加T501抗氧化劑的必要性[J].吉林電力，2007.

[5]李薇.汽輪機(jī)油氧化安定性能的影響因素及評定方法[J].石油與天然氣化工，2005.

[6]運(yùn)行中汽輪機(jī)油、變壓器油T501抗氧化劑含量測定法（分光光度法）[Z].GB/T7602.

[7]電廠運(yùn)行中汽輪機(jī)油質(zhì)量[Z].GB7596.

[8]電廠用運(yùn)行礦物汽輪機(jī)油維護(hù)管理導(dǎo)則[Z].GB/T14541.