有效降低運(yùn)行中汽輪機(jī)油破乳化時(shí)間的方案

劉 建，趙 印，齊 娟

(湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443501)

1 汽輪機(jī)油乳化現(xiàn)象及抗乳化性

汽輪機(jī)油(即水電站中常用的透平油)的乳化是指油中存在過量水的條件下，油在高速攪拌后形成乳濁液的現(xiàn)象，即運(yùn)行中的汽輪機(jī)油發(fā)生乳化必須具備以下條件[1]：

1)油中存在過量水；

2)油和水要在激烈攪拌下混合；

3)存在油質(zhì)老化后所產(chǎn)生的環(huán)烷酸皂類等表面活性劑，即乳化劑。

對(duì)于汽輪機(jī)油的抗乳化性能指標(biāo)，在國標(biāo)GB/T 7596-2017《電廠運(yùn)行中礦物渦輪機(jī)油質(zhì)量》中明確規(guī)定，運(yùn)行中汽輪機(jī)油破乳化時(shí)間應(yīng)小于等于30 min[2]。汽輪機(jī)油的抗乳化性能越好，其油水分離所需時(shí)間越短，油中過量水分就會(huì)較快沉積到油箱底部，此時(shí)若及時(shí)將水從油箱底部排出，即可減小水對(duì)機(jī)組軸承和調(diào)速器液壓部件運(yùn)行的影響；但如果汽輪機(jī)油乳化加劇，其破乳化時(shí)間所需較長，甚至超過國標(biāo)所要求的30 min，油和水形成的乳化液短時(shí)間內(nèi)就不能有效地分離開來，乳化油充斥在油箱內(nèi)，就可能破壞油膜、腐蝕金屬部件、加速油質(zhì)劣化等。而油膜一旦被破壞，機(jī)組軸承和調(diào)速器液壓元件各金屬部件之間的摩擦就會(huì)增大，引起軸承和液壓元件過熱，嚴(yán)重時(shí)造成軸承和液壓部件磨損、銹蝕導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)或者調(diào)速器液壓部件卡阻[3]。因此，要求汽輪機(jī)油應(yīng)具有良好的抗乳化性能。

2 研究過程與方法

2.1 研究對(duì)象

2020年4月，對(duì)某水電廠運(yùn)行中的汽輪機(jī)油進(jìn)行化學(xué)監(jiān)督時(shí)，發(fā)現(xiàn)該運(yùn)行油的各試驗(yàn)指標(biāo)中，抗乳化性指標(biāo)不合格，該試油的各化驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1。

表1 某廠運(yùn)行中汽輪機(jī)油化學(xué)監(jiān)督試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1可知，該廠運(yùn)行中的汽輪機(jī)油抗乳化性指標(biāo)已然超出標(biāo)準(zhǔn)要求，而其余各項(xiàng)檢測指標(biāo)均滿足國標(biāo)GB/T 7596-2017《電廠運(yùn)行中礦物渦輪機(jī)油質(zhì)量》規(guī)定要求，在綜合考慮之后，給出暫不處理的決定，但這對(duì)于機(jī)組的安全運(yùn)行而言，顯然是個(gè)隱患。為此，需考慮如何提高該廠運(yùn)行中汽輪機(jī)油的抗乳化性能，即降低其破乳化時(shí)間。

根據(jù)國標(biāo)GB/T 14541-2017《電廠用礦物渦輪機(jī)油維護(hù)管理導(dǎo)則》中要求，對(duì)于抗乳化性指標(biāo)不合格的汽輪機(jī)油，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行再生處理，必要時(shí)換油[4]。筆者所在公司，目前暫無對(duì)運(yùn)行油進(jìn)行再生處理的技術(shù)，只得考慮更換新油，但鑒于該廠一臺(tái)機(jī)組所需汽輪機(jī)油油量較大，約30 t，整體更換同牌號(hào)的新油成本較大，不可取。那么，便考慮部分更換新油以降低運(yùn)行油的破乳化時(shí)間。筆者選取向運(yùn)行油中添加不同體積的新油，以運(yùn)行油與新油的比例為研究對(duì)象，期望找到在使運(yùn)行油的破乳化時(shí)間降至目標(biāo)值時(shí)，運(yùn)行油與新油最合適的體積比例，借此降低處理成本。

2.2 試驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理

1)測定新油的抗乳化性指標(biāo)，平行試驗(yàn)為5次，所得數(shù)據(jù)見表2，該新油的驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3，該新油牌號(hào)為美孚特力索T46，等級(jí)為ISO VG 46，與運(yùn)行油為同一種油。

表2 新油的破乳化時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 新油驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)表2和表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該新油的破乳化時(shí)間為8 min左右，其余各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB 11120-2011《渦輪機(jī)油》中新油驗(yàn)收的規(guī)定要求[5]。

2)根據(jù)二分法，選取運(yùn)行油與新油體積比例為1∶1時(shí)，均勻混合后，取混合油進(jìn)行抗乳化性試驗(yàn)，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時(shí)間見表4。由表4可知，此比例下的混合油破乳化時(shí)間為14 min。

表4 運(yùn)行油與新油體積比為1∶1的破乳化時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3)選取運(yùn)行油與新油體積比例為2∶1時(shí)，均勻混合后，取混合油進(jìn)行抗乳化性試驗(yàn)，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時(shí)間見表5。由表5可知，此比例下的混合油破乳化時(shí)間為15 min。

表5 運(yùn)行油與新油體積比為2∶1的破乳化時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

(4)選取運(yùn)行油與新油體積比例為4∶1時(shí)，均勻混合后，取混合油進(jìn)行抗乳化性試驗(yàn)，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時(shí)間見表6。由表6可知，此比例下的混合油破乳化時(shí)間為16 min。

表6 運(yùn)行油與新油體積比為4∶1的破乳化時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5)選取運(yùn)行油與新油體積比例為8∶1時(shí)，均勻混合后，取混合油進(jìn)行抗乳化性試驗(yàn)，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時(shí)間見表7。由表7可知，此比例下的混合油破乳化時(shí)間為18 min。

表7 運(yùn)行油與新油體積比為8∶1的破乳化時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

6)選取運(yùn)行油與新油體積比例為16∶1時(shí)，均勻混合后，取混合油進(jìn)行抗乳化性試驗(yàn)，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時(shí)間見表8。由表8可知，此比例下的混合油破乳化時(shí)間為20 min。

表8 運(yùn)行油與新油體積比為16∶1的破乳化時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

7)選取運(yùn)行油與新油體積比例為32∶1時(shí)，均勻混合后，取混合油進(jìn)行抗乳化性試驗(yàn)，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時(shí)間見表9。由表9可知，此比例下的混合油破乳化時(shí)間為24 min。

表9 運(yùn)行油與新油體積比為32∶1的破乳化時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

8)選取運(yùn)行油與新油體積比例為64∶1時(shí)，均勻混合后，取混合油進(jìn)行抗乳化性試驗(yàn)，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時(shí)間見表10。由表10可知，此比例下的混合油破乳化時(shí)間為28 min。

表10 運(yùn)行油與新油體積比為64∶1的破乳化時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

參考國標(biāo)GB/T 7596-2017《電廠運(yùn)行中礦物渦輪機(jī)油質(zhì)量》中運(yùn)行中汽輪機(jī)油破乳化時(shí)間應(yīng)小于等于30 min的規(guī)定要求，運(yùn)行油與新油體積比為64∶1形成的混合油的破乳化時(shí)間為28 min，已然接近上限值，故不再進(jìn)行下一步運(yùn)行油與新油體積比為128∶1的試驗(yàn)。

綜上所述，運(yùn)行油與新油在不同體積比混合時(shí)的破乳化時(shí)間見表11。

表11 運(yùn)行油與新油在不同體積比混合時(shí)的破乳化時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

現(xiàn)以新油在運(yùn)行油中的體積占比為橫坐標(biāo)，混油后的破乳化時(shí)間為縱坐標(biāo)，見圖1。

從表11和圖1中可以看出，隨著運(yùn)行油中新油的體積占比的減小，其破乳化時(shí)間依次增加，但并非單純是線性關(guān)系，而是呈現(xiàn)一種復(fù)雜曲線函數(shù)關(guān)系。

2.3 目標(biāo)值選擇

綜合考慮該水電廠汽輪機(jī)油使用情況、存量情況及現(xiàn)場油處理難易程度，筆者最后選擇運(yùn)行油與新油的體積比例為20∶1時(shí)的混合比例來降低運(yùn)行油的破乳化時(shí)間。此時(shí)，選取運(yùn)行油與新油體積比例為20∶1時(shí)，均勻混合后，取混合油進(jìn)行抗乳化性試驗(yàn)，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時(shí)間見表12。由表12可知，此比例下混合油的破乳化時(shí)間為22 min，遠(yuǎn)小于國標(biāo)GB/T 7596-2017《電廠運(yùn)行中礦物渦輪機(jī)油質(zhì)量》中明確規(guī)定的運(yùn)行中汽輪機(jī)油破乳化時(shí)間應(yīng)小于等于30 min的要求，可保證機(jī)組日常的運(yùn)行安全。

圖1 運(yùn)行油中新油在不同體積占比下的破乳化時(shí)間變化趨勢圖

表12 運(yùn)行油與新油體積比為20∶1的破乳化時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.4 混油前后各項(xiàng)指標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

取適量運(yùn)行油與新油的體積比為20∶1時(shí)的混合油樣做簡化分析，所得各試驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)見表13。

表13 運(yùn)行油與新油體積比為20∶1的混合油樣各試驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)

從表13數(shù)據(jù)可看出，混合油的各項(xiàng)分析試驗(yàn)指標(biāo)均滿足國標(biāo)GB/T 7596-2017《電廠運(yùn)行中礦物渦輪機(jī)油質(zhì)量》規(guī)定要求，且對(duì)比表1、表3、表13內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)混合后的油樣其它指標(biāo)存在異常變化。具體數(shù)據(jù)對(duì)比見表14。

表14 運(yùn)行油、新油、混合油樣各試驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)對(duì)比

2.5 試驗(yàn)結(jié)論

針對(duì)某水電廠運(yùn)行中的汽輪機(jī)油破乳化時(shí)間不合格的情況，筆者將同牌號(hào)新油與運(yùn)行油按照不同體積比例混合的方式，有效降低了運(yùn)行油的破乳化時(shí)間，最終選取運(yùn)行油與新油的體積比為20∶1時(shí)來降低運(yùn)行油的破乳化時(shí)間，與全部更換新油相比，成本降低了95%。

3 結(jié) 語

利用混合新油的方式來降低運(yùn)行油的破乳化時(shí)間，這種方案是可行的，現(xiàn)場可操作性極高，且成本也遠(yuǎn)低于全部更換新油，但是，利用此方案處理后的運(yùn)行油的抗乳化性能的維持時(shí)間、后續(xù)使用情況以及各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)的變化趨勢，仍需后續(xù)進(jìn)一步跟蹤觀測。