油液監(jiān)測(cè)在蓄能電站設(shè)備管理中的應(yīng)用

柳艷紅

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司檢修試驗(yàn)分公司，廣東廣州 511440）

0 引言

蓄能電站的設(shè)備種類不多，主要設(shè)備是水輪發(fā)電機(jī)、調(diào)速器系統(tǒng)、尾閘液壓系統(tǒng)和空壓機(jī)等，這些設(shè)備均需要潤(rùn)滑。潤(rùn)滑對(duì)于部分設(shè)備十分關(guān)鍵，例如，水輪發(fā)電機(jī)軸瓦的潤(rùn)滑、調(diào)速器系統(tǒng)使用的潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑狀況的好壞直接關(guān)系到主機(jī)和調(diào)速器系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和故障率。因此，設(shè)備的潤(rùn)滑管理是設(shè)備日常管理的重要內(nèi)容，油液監(jiān)測(cè)被喻為設(shè)備潤(rùn)滑管理的一雙“眼睛”[1]，利用好油液監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于設(shè)備的潤(rùn)滑效果至關(guān)重要。近年，公司建立油品化驗(yàn)分析室，主要負(fù)責(zé)日常主要設(shè)備運(yùn)行油的檢測(cè)化驗(yàn)。通過幾年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，油液監(jiān)測(cè)確實(shí)能從多方面幫助開展?jié)櫥芾?，從而降低設(shè)備因潤(rùn)滑原因?qū)е碌母黝惞收虾屯C(jī)。

1 新油質(zhì)量把關(guān)

電站使用的潤(rùn)滑油品主要是渦輪機(jī)油，水輪發(fā)電機(jī)軸瓦潤(rùn)滑、調(diào)速器系統(tǒng)基本都使用渦輪機(jī)油，采購量較大。以往采購回的油品入庫后直接使用到設(shè)備上，未進(jìn)行抽樣檢測(cè)。公司想確認(rèn)采購的新油是否存在質(zhì)量問題，為此進(jìn)行抽樣檢測(cè)。抽樣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)不合格油品占比比預(yù)想中的要大，部分還是關(guān)鍵性能指標(biāo)不合格，主要問題體現(xiàn)在以下3 個(gè)方面。

1.1 關(guān)鍵性能不達(dá)標(biāo)

抽檢的渦輪機(jī)油樣品中，其中1 個(gè)樣品出現(xiàn)抗氧化性不合格，表現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)氧彈值很低，Ruler 測(cè)試中未檢測(cè)出酚類和胺類抗氧劑，見表1。抗氧化性能是渦輪機(jī)油非常核心的一項(xiàng)性能指標(biāo)，直接關(guān)系到設(shè)備的潤(rùn)滑。例如，使用在水輪機(jī)軸瓦部位的渦輪機(jī)油如果抗氧化性能不足，就可能導(dǎo)致油品使用壽命縮短，甚至?xí)l(fā)燒瓦等嚴(yán)重故障。因此，渦輪機(jī)油的抗氧化性能不足是非常嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，不能在水輪發(fā)電機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備中使用。

表1 抗氧化性不足的渦輪機(jī)油樣品

1.2 污染超標(biāo)

抽檢中發(fā)現(xiàn)1 個(gè)批次的渦輪機(jī)油出現(xiàn)泡沫特性嚴(yán)重超標(biāo)，污染度等級(jí)也超標(biāo)，見表2，這很可能是油品在調(diào)制過程中污染控制不到位導(dǎo)致的。這樣的油品使用到設(shè)備中也容易帶來問題，因?yàn)槲廴臼菍?dǎo)致油品劣化和設(shè)備磨損的源頭，油中的顆粒污染物不僅對(duì)油品相關(guān)性能產(chǎn)生影響，更重要的是污染度不合格的新油加入到設(shè)備中，很可能帶來設(shè)備的潤(rùn)滑磨損問題。例如，摩擦副的異常磨損、液壓閥的卡澀等。

表2 污染超標(biāo)的渦輪機(jī)油樣品

1.3 添加劑元素含量異常

抽檢中還發(fā)現(xiàn)1 個(gè)批次的液壓油添加劑元素含量與該油品的典型值不符，見表3。液壓油中非常重要的一種添加劑是抗磨添加劑，最常用的是ZDDP。ZDDP 的含量可以從光譜元素中Ca、Zn、P 含量看出。抽檢樣品Ca、Zn、P 元素含量比該油品正常值低，而根據(jù)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的反饋，該油品為某大品牌公司的成熟產(chǎn)品，其添加劑配方一直很穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)值這樣大的偏差，因而推測(cè)很可能是油中ZDDP 添加劑添加量不足導(dǎo)致。這從油品酸值指標(biāo)和最大無卡咬負(fù)荷PB上也能反映，新油酸值是油中酸性添加劑的度量指標(biāo)，ZDDP 就是一種酸性添加劑，該樣品酸值較正常值低了一半以上，這也能說明新油中ZDDP 的添加量不足。ZDDP 添加量不足帶來油品使用性能上的問題就是油品的抗磨性能打折扣，該樣品PB 較正常值也低一個(gè)數(shù)量級(jí)[2]。

表3 添加劑元素含量異常的液壓油樣品

從上述檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的問題中也可以總結(jié)出，目前市場(chǎng)上質(zhì)量不合格油品的“造假”水平越來越高，通過幾項(xiàng)常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)未必能發(fā)現(xiàn)問題。往往是某項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)不合格或者打折扣，這對(duì)油品使用是較大的安全隱患，因而對(duì)于采購量較大且是主機(jī)使用的油品，有必要抽樣送檢第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量判定。

2 設(shè)備潤(rùn)滑磨損狀態(tài)監(jiān)測(cè)

油液監(jiān)測(cè)主要功能體現(xiàn)在對(duì)運(yùn)行設(shè)備的潤(rùn)滑磨損狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑和磨損異常，避免出現(xiàn)更嚴(yán)重故障。國外統(tǒng)計(jì)資料表明：摩擦消耗掉全世界1/3 的一次性能源，約有80%的機(jī)器零部件都是因磨損而失效，50%以上機(jī)械裝備的惡性事故都起因于潤(rùn)滑失效和過度磨損[3]。油液監(jiān)測(cè)相對(duì)于振動(dòng)、溫度和噪聲等監(jiān)測(cè)手段而言是一項(xiàng)更前端的監(jiān)測(cè)，油液監(jiān)測(cè)可以探測(cè)到故障起始階段的“蛛絲馬跡”。以滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑為例，如果軸承箱因密封不良導(dǎo)致外界顆粒污染物侵入，開始時(shí)通常不會(huì)影響軸承運(yùn)行，此時(shí)檢測(cè)軸承的振動(dòng)、溫度和噪聲通常也沒問題，但做油液分析可能會(huì)發(fā)現(xiàn)油液污染度等級(jí)超標(biāo)。這些顆粒污染物也會(huì)對(duì)軸承運(yùn)行逐漸產(chǎn)生影響，影響方式通常是三體磨料磨損，即較硬質(zhì)的顆粒在軸承滾子和滾道間充當(dāng)磨料，久而久之可能會(huì)在軸承滾子或滾道上留下磨損痕跡，造成軸承局部異常磨損，進(jìn)而可能帶來局部不平衡，進(jìn)一步發(fā)展可能會(huì)導(dǎo)致軸承振動(dòng)上升、噪聲、溫升等情況，發(fā)展過程見圖1，其中，A 是劣化起始點(diǎn)，P1是油液分析潛在故障點(diǎn)，P2是振動(dòng)分析潛在故障點(diǎn)，P3是噪聲分析潛在故障點(diǎn)，P4是溫度變化潛在故障點(diǎn)，F(xiàn) 是功能故障點(diǎn)。從圖1 可以清晰看出油液監(jiān)測(cè)是比振動(dòng)監(jiān)測(cè)、噪聲監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)等更前端的故障監(jiān)測(cè)手段。因此，利用好油液監(jiān)測(cè)可以真正從源頭上避免相關(guān)故障發(fā)生[4-5]。

圖1 不同監(jiān)測(cè)手段在設(shè)備故障發(fā)展過程中的作用點(diǎn)

在蓄能電站設(shè)備多年監(jiān)測(cè)工作中也發(fā)現(xiàn)了類似情況，以調(diào)速器運(yùn)行油監(jiān)測(cè)為例，以往監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)運(yùn)行油漆膜傾向指數(shù)偏高，但其他指標(biāo)都無異常，故開始沒有引起注意。在接下來的一次取樣檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)調(diào)速器運(yùn)行油漆膜傾向指數(shù)繼續(xù)升高，并且破乳化度指標(biāo)開始不合格。由于調(diào)速器系統(tǒng)運(yùn)行無異常，因此現(xiàn)場(chǎng)并沒有采取相關(guān)處理措施。在接下來的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)運(yùn)行油的漆膜傾向指數(shù)繼續(xù)升高、破乳化度不合格、泡沫特性開始超標(biāo)，明顯看出油品劣化朝著更嚴(yán)重的方向發(fā)展。下一步可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行油的酸值開始升高，進(jìn)而由于運(yùn)行油中漆膜等氧化產(chǎn)物的積累堵塞閥件，導(dǎo)致調(diào)速器系統(tǒng)運(yùn)行故障。現(xiàn)場(chǎng)果斷采取措施，采用精密過濾設(shè)備對(duì)調(diào)速器運(yùn)行油進(jìn)行過濾凈化處理，通過處理成功降低漆膜傾向指數(shù)等指標(biāo)?？梢耘袛嘁酝l(fā)生過的一些調(diào)速器閥件卡澀故障，肯定與前期油液監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)的異常沒及時(shí)處理有關(guān)。

3 主機(jī)運(yùn)行油壽命評(píng)估

蓄能電站主機(jī)設(shè)備（水輪發(fā)電機(jī)、調(diào)速器）運(yùn)行油采取結(jié)合大修的定周期換油或補(bǔ)油策略。后通過開展日常油液監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)部分主機(jī)設(shè)備運(yùn)行油到了換油周期，油質(zhì)仍然良好，無異常，完全可以繼續(xù)使用。而另一部分主機(jī)設(shè)備運(yùn)行油還未到換油周期就出現(xiàn)指標(biāo)異常的情況，往往是污染度等級(jí)、水分等指標(biāo)異常，這些指標(biāo)可以通過相關(guān)過濾恢復(fù)。已到換油周期而油質(zhì)依然良好的主機(jī)設(shè)備運(yùn)行油能否可以使用到下一個(gè)大修周期，以及那些還沒到大修周期就已經(jīng)出現(xiàn)指標(biāo)不合格的主機(jī)設(shè)備運(yùn)行油應(yīng)該通過何種方式恢復(fù)其性能指標(biāo)，就需要結(jié)合具體情況來分析。為此，對(duì)主機(jī)設(shè)備運(yùn)行油開展全面性能評(píng)估項(xiàng)目，旨在評(píng)估主機(jī)設(shè)備運(yùn)行油的剩余壽命大概值。該值不能通過運(yùn)行油黏度、酸值、水分、污染度等常規(guī)監(jiān)測(cè)指標(biāo)得出，而是要檢測(cè)抗氧化性、抗乳化性等渦輪機(jī)油的核心性能指標(biāo)。

主機(jī)運(yùn)行油壽命評(píng)估開展方式是在開展日常的運(yùn)行油監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)備大修對(duì)運(yùn)行油按照“GB/T 7596—2017 電廠運(yùn)行中礦物渦輪機(jī)油質(zhì)量[7]”標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的指標(biāo)進(jìn)行全面的性能檢測(cè)。主機(jī)運(yùn)行油日常監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估檢測(cè)項(xiàng)目見表4 和表5。相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)結(jié)合第三方檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室龐大的行業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出運(yùn)行油壽命理論計(jì)算值，開展流程見圖2。

表4 主機(jī)運(yùn)行油日常檢測(cè)項(xiàng)目

表5 主機(jī)運(yùn)行油壽命評(píng)估檢測(cè)項(xiàng)目

圖2 主機(jī)運(yùn)行油壽命評(píng)估開展流程

4 結(jié)束語

潤(rùn)滑對(duì)于蓄能電站設(shè)備十分重要，很多設(shè)備故障都與潤(rùn)滑密切相關(guān)。潤(rùn)滑管理是做好現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑的關(guān)鍵，油液監(jiān)測(cè)在提升現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑管理中具有獨(dú)特作用。充分利用好油液監(jiān)測(cè)技術(shù)，能將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理工作前移，即將更多的工作內(nèi)容投入在預(yù)防設(shè)備故障上，而不是設(shè)備故障后的維修上。這樣既能大大減少實(shí)際工作量，也能大幅降低設(shè)備維修成本。因此，油液監(jiān)測(cè)是蓄能電站設(shè)備管理中一項(xiàng)值得深入挖掘的技術(shù)。