核電站設備用油選型優(yōu)化研究與應用

大亞灣核電運營管理有限責任公司 馬 超 張文通 孫其良

大亞灣核電基地共有三個電廠，分別為大亞灣核電廠、嶺澳核電廠一期、嶺澳核電廠二期。由于每個電廠建設的時間不同，設備選型上存在一定差異，導致設備潤滑劑的選型千差萬別。據統(tǒng)計三個電廠整體潤滑劑種類超過120種，過多的用油種類對現(xiàn)場使用和管理帶來諸多問題。

1 油品種類過多帶來的問題

現(xiàn)場加錯油的風險。油品種類過多，特別是同品牌不同系列的油品多，會增加現(xiàn)場加錯油的風險，例如油品Shell Gadus S2 V100 3與Shell Gadus S3 V100 2兩個油品牌號高度接近，但實際上屬于不同系列的產品；又如Mobilgrease XHP 222與Mobilgrease XHP 222 Special，屬于同系列產品但屬于不同的牌號。這些油脂雖然牌號高度接近但性能上有差異，使用場合也不同，如不小心混用不利于機械設備的潤滑；小眾油品采購困難。現(xiàn)場用到的油脂中有一部分屬于較小眾的油品，這類油品通常是國外品牌，在國內市場應用并不廣泛，有的還是核電專用。此類油品的國內銷售商較少，部分油品只能從國外廠家購買，其采購流程較繁瑣，采購周期也比較長。例如2020年循環(huán)水過濾系統(tǒng)鋼絲繩用到的Brilube 70 rope dressing鋼絲繩油因疫情原因導致國外產品采購不便。

2 油品選型優(yōu)化原則[1]

非關鍵系統(tǒng)設備往關鍵系統(tǒng)設備用油靠攏。由于關鍵系統(tǒng)設備用油變更程序審核更繁瑣、嚴格，因而整體替代遵循非關鍵系統(tǒng)設備用油往關鍵系統(tǒng)設備用油靠攏的原則，目的一是降低替代的風險，二是減少替代工作量；盡可能減少使用功能位置少或小眾化的油品。不少油品在整個電站的使用位置只有一個，或是只有一種設備為數不多的幾個功能位置在使用，這類油品是首要替代對象，因為這類油品是導致電站整體用油種類多的主要原因，且這類油品的替代涉及到的設備最少，無論從設備換油風險還是減少現(xiàn)場換油工作量考慮，都是優(yōu)先替代這類油品。

油品替代不改變當前設備加換油周期。這項原則是為確保設備用油更換后換油周期不會出現(xiàn)變更，即設備用油變更后的換油周期較之前換油周期只增不減，解除了設備管理人員的顧慮；替代油品盡可能選用目前在用油品。這項原則是為盡可能減少引進新的油品，一般情況下只使用基地目前已有的油品牌號進行替代。一來引進新的油品替代程序上更麻煩，二來引進新的油品相當于增加了油品種類，當然，在特殊情況下仍會考慮引進新的油品牌號。

油品選型優(yōu)化的目標是實現(xiàn)油品種類最少和設備潤滑更優(yōu)。

3 油品選型優(yōu)化方法

選型優(yōu)化方法將主要圍繞油品的性能指標對比和設備選用油依據這兩條主線來進行，即先通過設備選用油的標準來計算出可選油品的條件，再通過現(xiàn)有或新引進油品的技術指標對比，從中選擇出最優(yōu)的替代油品。必要時還可參考其它核電站類似設備的用油情況，從而進一步驗證替代的可行性[2]。

圖1 選型優(yōu)化方法

3.1 同性能油品間的替代舉例

根據前期的檢索查詢，大亞灣基地有較多性能相同或接近的油品，只是品牌不同，例如潤滑脂Shell Gadus S3 V100 2僅在基地循環(huán)水過濾系統(tǒng)雜物耙齒輪箱軸承這一個功能位置使用，而基地又有與這款潤滑脂性能接近的產品，因而考慮將Shell Gadus S3 V100 2進行替代，大致過程如下：

替代可行性分析。原始物項Shell Gadus S3 V100 2與替代物項Mobilgrease XHP 222主要性能指標分別為：基礎油種類（NA）均為礦物油；稠化劑種類（NA）均為復合鋰基；NLGI稠度等級（NA）均為2；工作錐入度（mm/10）為276/280；基礎油黏度（cSt）100/220（替代物項基礎油黏度更高，在低轉速下可不考慮黏度增加帶來的摩擦熱影響，另一方面更高黏度可提供更好的油膜強度）；適用溫度（℃）均為-20～140；滴點（℃）250/280；四球燒結負荷試驗（kg）150/315（替代物項四球燒結負荷試驗值更高，代表替代物項的抗磨性能更好）。

換油評估。兩種油品的皂基與基礎油都一樣，因而兩者是兼容的，但考慮潤滑劑性能最大程度發(fā)揮，應盡可能減少兩者的混合量，后續(xù)設備在換油過程中應盡可能減少設備上原用潤滑劑的殘留。通過對兩者性能指標對比及設備換油影響評估，Mobilgrease XHP 222替代Shell Gadus S3 V100 2是可行的。

3.2 同類設備用油歸一化舉例

大亞灣基地由于三個電廠建設的時間不同，設備選型上存在差異，因而油品的選型上也存在差異。如果設備各項參數是接近的，用油是可以統(tǒng)一的。下面以生水系統(tǒng)沖洗水泵軸承為例說明。

大亞灣核電廠（簡稱一核）、嶺澳核電廠一期（簡稱二核）生水系統(tǒng)沖洗水泵的型號、流量（m3/h）、轉速（rpm）、油品牌號分別為CWG 40.200/132 SR 02/IH-65-50-160A、20/22.8、3000/2900，一核軸承驅動端3305、非驅動端NU2305，二核軸承型號為深溝球軸承305?？煽闯鲆缓?、二核生水系統(tǒng)沖洗水泵各參數接近，軸承型號也接近，但用油選擇上差別較大。一核生水系統(tǒng)沖洗水泵泵軸承用油型號為Mobilgear 600 XP 68，該油品為工業(yè)齒輪油，黏度等級為ISO VG68；二核生水系統(tǒng)沖洗水泵泵軸承用油型號為Mobil DTE Light，該油品為渦輪機油，黏度等級為ISO VG32。兩個設備參數接近，用油上不應當存在非常大的差別。

一核、二核生水系統(tǒng)沖洗水泵選油計算：生水系統(tǒng)泵泵驅動端和非驅動端軸承用的都是滾動軸承，滾動軸承潤滑油黏度選擇主要依據轉速和軸承型號。表1來源于《潤滑設計手冊》，軸承DN值=轉速×軸承內徑。依據表1計算生水系統(tǒng)泵泵軸承黏度選擇見表2。

表1 滾動軸承潤滑油黏度選擇

表2 生水系統(tǒng)泵軸承黏度選擇計算

根據理論計算，一核和二核生水系統(tǒng)沖洗水泵泵軸承黏度選擇范圍都為ISO VG22～50，可選擇ISO VG22、ISO VG32、ISO VG46三個黏度等級的油品。但實際使用中為避免泵運行過程中的一些異常情況，如溫升、負載加大等，通常選擇偏高1～2個黏度等級，以保證軸承異常工況下的油膜厚度[3]。因而綜合考慮選擇ISO VG46較合適，根據基地目前已有油品牌號情況，最終選擇Mobil DTE Medium作為一核和二核生水系統(tǒng)系統(tǒng)沖洗水泵泵軸承的替代油品，從而將該設備的用油進行了歸一化。

綜上，核電站油品歸一化是一項細致的技術工作，雖然前期需要大量的信息查詢統(tǒng)計，同時需綜合考慮油品使用情況、采購難度、成本高低等信息，后期還需進行繁瑣的替代審核流程，但仍是一項值得投入、開展的工作。油品的歸一化可大幅簡化設備的用油，電廠的相關部門從設備管理到倉儲、采購、化驗均可從這項工作中獲益。