核電站設(shè)備用油選型優(yōu)化研究與應(yīng)用

大亞灣核電運(yùn)營管理有限責(zé)任公司 馬 超 張文通 孫其良

大亞灣核電基地共有三個(gè)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(gè)電廠建設(shè)的時(shí)間不同，設(shè)備選型上存在一定差異，導(dǎo)致設(shè)備潤滑劑的選型千差萬別。據(jù)統(tǒng)計(jì)三個(gè)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(cuò)油的風(fēng)險(xiǎn)。油品種類過多，特別是同品牌不同系列的油品多，會(huì)增加現(xiàn)場加錯(cuò)油的風(fēng)險(xiǎn)，例如油品Shell Gadus S2 V100 3與Shell Gadus S3 V100 2兩個(gè)油品牌號(hào)高度接近，但實(shí)際上屬于不同系列的產(chǎn)品；又如Mobilgrease XHP 222與Mobilgrease XHP 222 Special，屬于同系列產(chǎn)品但屬于不同的牌號(hào)。這些油脂雖然牌號(hào)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(jī)械設(shè)備的潤滑；小眾油品采購困難?，F(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(nèi)市場應(yīng)用并不廣泛，有的還是核電專用。此類油品的國內(nèi)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?qū)е聡猱a(chǎn)品采購不便。

2 油品選型優(yōu)化原則[1]

非關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備往關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備用油靠攏。由于關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備用油變更程序?qū)徍烁爆?、?yán)格，因而整體替代遵循非關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備用油往關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備用油靠攏的原則，目的一是降低替代的風(fēng)險(xiǎn)，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(gè)電站的使用位置只有一個(gè)，或是只有一種設(shè)備為數(shù)不多的幾個(gè)功能位置在使用，這類油品是首要替代對象，因?yàn)檫@類油品是導(dǎo)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(shè)備最少，無論從設(shè)備換油風(fēng)險(xiǎn)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(dāng)前設(shè)備加換油周期。這項(xiàng)原則是為確保設(shè)備用油更換后換油周期不會(huì)出現(xiàn)變更，即設(shè)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(shè)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(xiàng)原則是為盡可能減少引進(jìn)新的油品，一般情況下只使用基地目前已有的油品牌號(hào)進(jìn)行替代。一來引進(jìn)新的油品替代程序上更麻煩，二來引進(jìn)新的油品相當(dāng)于增加了油品種類，當(dāng)然，在特殊情況下仍會(huì)考慮引進(jìn)新的油品牌號(hào)。

油品選型優(yōu)化的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)油品種類最少和設(shè)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(biāo)對比和設(shè)備選用油依據(jù)這兩條主線來進(jìn)行，即先通過設(shè)備選用油的標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算出可選油品的條件，再通過現(xiàn)有或新引進(jìn)油品的技術(shù)指標(biāo)對比，從中選擇出最優(yōu)的替代油品。必要時(shí)還可參考其它核電站類似設(shè)備的用油情況，從而進(jìn)一步驗(yàn)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(jù)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(gè)功能位置使用，而基地又有與這款潤滑脂性能接近的產(chǎn)品，因而考慮將Shell Gadus S3 V100 2進(jìn)行替代，大致過程如下：

替代可行性分析。原始物項(xiàng)Shell Gadus S3 V100 2與替代物項(xiàng)Mobilgrease XHP 222主要性能指標(biāo)分別為：基礎(chǔ)油種類（NA）均為礦物油；稠化劑種類（NA）均為復(fù)合鋰基；NLGI稠度等級(jí)（NA）均為2；工作錐入度（mm/10）為276/280；基礎(chǔ)油黏度（cSt）100/220（替代物項(xiàng)基礎(chǔ)油黏度更高，在低轉(zhuǎn)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(qiáng)度）；適用溫度（℃）均為-20～140；滴點(diǎn)（℃）250/280；四球燒結(jié)負(fù)荷試驗(yàn)（kg）150/315（替代物項(xiàng)四球燒結(jié)負(fù)荷試驗(yàn)值更高，代表替代物項(xiàng)的抗磨性能更好）。

換油評(píng)估。兩種油品的皂基與基礎(chǔ)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(yīng)盡可能減少兩者的混合量，后續(xù)設(shè)備在換油過程中應(yīng)盡可能減少設(shè)備上原用潤滑劑的殘留。通過對兩者性能指標(biāo)對比及設(shè)備換油影響評(píng)估，Mobilgrease XHP 222替代Shell Gadus S3 V100 2是可行的。

3.2 同類設(shè)備用油歸一化舉例

大亞灣基地由于三個(gè)電廠建設(shè)的時(shí)間不同，設(shè)備選型上存在差異，因而油品的選型上也存在差異。如果設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)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(hào)、流量（m3/h）、轉(zhuǎn)速（rpm）、油品牌號(hào)分別為CWG 40.200/132 SR 02/IH-65-50-160A、20/22.8、3000/2900，一核軸承驅(qū)動(dòng)端3305、非驅(qū)動(dòng)端NU2305，二核軸承型號(hào)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(shù)接近，軸承型號(hào)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(hào)為Mobilgear 600 XP 68，該油品為工業(yè)齒輪油，黏度等級(jí)為ISO VG68；二核生水系統(tǒng)沖洗水泵泵軸承用油型號(hào)為Mobil DTE Light，該油品為渦輪機(jī)油，黏度等級(jí)為ISO VG32。兩個(gè)設(shè)備參數(shù)接近，用油上不應(yīng)當(dāng)存在非常大的差別。

一核、二核生水系統(tǒng)沖洗水泵選油計(jì)算：生水系統(tǒng)泵泵驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端軸承用的都是滾動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承潤滑油黏度選擇主要依據(jù)轉(zhuǎn)速和軸承型號(hào)。表1來源于《潤滑設(shè)計(jì)手冊》，軸承DN值=轉(zhuǎn)速×軸承內(nèi)徑。依據(jù)表1計(jì)算生水系統(tǒng)泵泵軸承黏度選擇見表2。

表1 滾動(dòng)軸承潤滑油黏度選擇

表2 生水系統(tǒng)泵軸承黏度選擇計(jì)算

根據(jù)理論計(jì)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(gè)黏度等級(jí)的油品。但實(shí)際使用中為避免泵運(yùn)行過程中的一些異常情況，如溫升、負(fù)載加大等，通常選擇偏高1～2個(gè)黏度等級(jí)，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(jù)基地目前已有油品牌號(hào)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(shè)備的用油進(jìn)行了歸一化。

綜上，核電站油品歸一化是一項(xiàng)細(xì)致的技術(shù)工作，雖然前期需要大量的信息查詢統(tǒng)計(jì)，同時(shí)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(jìn)行繁瑣的替代審核流程，但仍是一項(xiàng)值得投入、開展的工作。油品的歸一化可大幅簡化設(shè)備的用油，電廠的相關(guān)部門從設(shè)備管理到倉儲(chǔ)、采購、化驗(yàn)均可從這項(xiàng)工作中獲益。