靜電濾油機在汽輪機油系統(tǒng)中的應用

楊增超，何陽陽

(1.廣州海恩能源技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510000；2.德陽東汽電站機械制造有限公司，四川 德陽 618000)

0 引言

汽輪機潤滑系統(tǒng)使用的汽輪機潤滑油和液壓控制系統(tǒng)使用的抗燃液壓油，在機組運行中有嚴格的指標要求，如黏度、顆粒污染度、水分、酸值、抗氧化性、抗乳化性等[1-2]，其中顆粒污染度尤為重要，關(guān)系到汽輪機轉(zhuǎn)子軸頸和軸承的磨損、控制系統(tǒng)電磁閥及伺服閥的靈活性，直接影響汽輪機設(shè)備的運行安全。

隨著汽輪機設(shè)備向大容量、高參數(shù)方向發(fā)展，為了減小油動機結(jié)構(gòu)尺寸，抗燃液壓油向著高壓方向發(fā)展[3-4]。隨著對機組運行可靠性要求的提高，對汽輪機潤滑油和抗燃液壓油清潔度的要求也越來越高。為了保證機組運行中油質(zhì)指標始終控制在標準范圍內(nèi)，需要對潤滑油和抗燃液壓油進行在線濾油處理，因此濾油機的選擇及其處理效果將直接影響到汽輪機運行的安全可靠性。

1 濾油機的類型

根據(jù)過濾原理不同，濾油機可以分為機械過濾、離心過濾和靜電吸附過濾(如表1所示)，在實際工程中也經(jīng)常將幾種不同的處理方式進行綜合應用。

表1 不同原理濾油機的性能對比

1.1 機械濾油機

機械濾油機是通過機械濾網(wǎng)截留油中的顆粒狀雜質(zhì)，其過濾效果與機械濾網(wǎng)精度直接相關(guān)，過濾精度目前最高可達1 μm，此類型濾油機在電力系統(tǒng)中廣泛使用。一般在潤滑油系統(tǒng)中配置的雙聯(lián)濾油器、回油濾網(wǎng)、在線濾網(wǎng)，都屬于機械濾油機。潤滑油系統(tǒng)中的大顆粒雜質(zhì)可以通過機械過濾油機去除，小顆粒雜質(zhì)可以通過精密機械濾芯去除。

機械濾油機的缺點是：過濾精度越高，相應阻力也越大，供油壓力壓損較大；濾芯的使用壽命比較短，工作中需頻繁更換濾芯，操作不慎時還可能造成人為污染；不能有效地濾除油液中的水分、膠狀生成物和尺寸小于濾網(wǎng)孔徑的雜物。為克服以上缺點，在工程應用中，機械濾油機經(jīng)常與其他凈化方法(如真空脫水等)聯(lián)合使用，以達到最佳處理效果[5-7]。

1.2 離心過濾式濾油機

離心過濾技術(shù)就是采用離心機對油箱內(nèi)的油液進行凈化處理，通過將含有顆粒等污染物的油液高速旋轉(zhuǎn)，使密度大于油液的雜質(zhì)離心甩出，達到分離凈油的目的。其優(yōu)點是去除游離水及大顆粒雜質(zhì)效果較好、處理能力大，缺點是去除小顆粒效果較差，且不能除去非游離水。離心過濾式濾油機在燃機電廠的燃油處理中有廣泛的應用，在汽輪機潤滑油系統(tǒng)中也經(jīng)常與機械過濾處理方式聯(lián)合使用。由于離心機高速旋轉(zhuǎn)，設(shè)備噪音大，工作環(huán)境差，體積和重量也較大[8-9]。

1.3 靜電濾油機

靜電濾油機主要利用靜電發(fā)生器產(chǎn)生的高壓靜電場，使油中污染物顆粒帶上靜電離子，在電場的作用下附著在纖維上，原理如圖1所示。由于采用吸附原理，而非通過式過濾的方式，靜電濾油機可以捕捉精細度達到0.02 μm的各類雜質(zhì)，包括硬質(zhì)金屬材料、軟體顆粒物等都可以清除。

圖1 靜電濾油機的原理

靜電濾油機的特點：

(1)凈化精度高，過濾精度達到0.1 μm，可去除亞微米污染物；

(2)可以有效結(jié)合真空系統(tǒng)及聚結(jié)系統(tǒng)，能夠快速除水除氣；

(3)凈化速度快，可以快速處理顆粒、快速凈化；流量大，可以滿足沖洗、清洗需要；

(4)清洗系統(tǒng)作用，通過靜電聚合凈化技術(shù)不僅將油中的雜質(zhì)、顆粒去除，還能將酸性產(chǎn)物、帶電膠體、油泥、漆膜等有害物質(zhì)清除干凈，防止再生，提高油液的pH值，降價介質(zhì)損耗因素和酸值，改善油品指標；

(5)適用范圍廣，即使油液中的水分超標也能正常工作，最高可以在含水量超過20%的油液中工作。

2 漆膜

2.1 漆膜的危害

“漆膜”也稱之為積炭、結(jié)膠、漆狀物質(zhì)、彈性氧化物、漆皮等，是一種可能為橙色、棕色或黑色非溶解性的膜狀沉淀物[2]，是油品變質(zhì)的產(chǎn)物。

汽輪機潤滑油系統(tǒng)中出現(xiàn)漆膜后，滑動軸承內(nèi)形成的漆膜極易附著在金屬表面，特別是在軸承最小間隙處，導致最小油膜厚度減小，最大油膜壓力增大，承載能力減小，潤滑油溫升增大，對軸承安全運行將產(chǎn)生不利影響[4,10-11]。

漆膜現(xiàn)象及其危害在歐美、日本已被重視，美國制訂了漆膜檢測標準(ASTM D7843-18)，且將漆膜傾向指數(shù)列入了換油考核指標。我國也已在GB/T 34580-2017里將漆膜列為檢測項目，但目前只有少數(shù)電廠和研究機構(gòu)意識到了漆膜的危害。

漆膜的危害如下：

(1)由于軸承烏金表面工作溫度較高，漆膜很容易附著在軸瓦工作表面，久而久之會使烏金表面呈熔融狀態(tài)(見圖2)；

圖2 漆膜對烏金的危害

(2)堵塞間隙，增加摩擦；

(3)堵塞過濾器，造成設(shè)備損壞；

(4)冷卻器上沉積的漆膜導致散熱不良、油溫上升、油品氧化加速；

(5)漆膜有極性，容易附著金屬或固體顆粒，造成設(shè)備磨損。

2.2 漆膜的去除

潤滑油中生成漆膜和油泥的“軟顆粒”約占污染物總數(shù)的80%以上[12-13]，由于這類“軟顆?！背叽巛^小，如果采用超微機械過濾方法很容易造成濾芯濾網(wǎng)的堵塞且過濾效果不理想，而靜電濾油機是利用靜電場力使顆粒污染物吸附在收集器上，因此能有效去除油液中的微小顆粒污染物，且納垢容量大，所以被國外廣泛用于去除油液中的漆膜和油泥。

靜電濾油機不僅能有效去除潤滑油中的漆膜不溶物，而且可沖洗已沉積在金屬表面上的漆膜，確保設(shè)備的安全運行，延長油品的使用壽命。

3 靜電濾油機在潤滑油系統(tǒng)中的應用

防城港某電廠2019年6月對3#機進行大修時，軸瓦上面發(fā)現(xiàn)了非常明顯的漆膜現(xiàn)象(如圖3所示)，還有明顯劃傷的痕跡。油品取樣檢測后發(fā)現(xiàn)漆膜傾向指數(shù)超標，達到了18.2。該機組潤滑油系統(tǒng)中配置了雙聯(lián)濾油器、回油濾網(wǎng)、在線濾網(wǎng)，但都屬于機械過濾器，很難去除漆膜。此外，該電廠購買了某進口品牌離心式濾油機過濾后，也無法將漆膜去除。

圖3 防城港某電廠3#汽輪機6#軸瓦漆膜現(xiàn)象

該3#機潤滑油箱油量為43 m3，使用的是長城TSA 46汽輪機油(A級)。為了能將這一潤滑油系統(tǒng)中的漆膜徹底清除，并防止漆膜再次產(chǎn)生，設(shè)計生產(chǎn)了流量為3000 L/h的VOC-E-5000型靜電濾油機(如圖4所示)，并應用于防城港電廠潤滑油的凈化再生。凈化后的油品定期取樣1000 mL，分別在第三方檢測機構(gòu)上海潤凱和廣研所進行化驗分析。

圖4 VOC-E-5000型靜電濾油機

從表2中油品檢驗結(jié)果可以看出，在安裝靜電濾油機前漆膜傾向指數(shù)呈上升趨勢，采用靜電濾油機后，漆膜傾向指數(shù)明顯降低(如圖5所示)，最低值達到了3.9。另外，油品的水分、酸值、抗氧化性能也達到了指標要求。

表2 油品檢測結(jié)果

圖5 防城港3#汽輪機漆膜曲線圖

4 靜電濾油機在抗燃液壓油系統(tǒng)中的應用

河北某電廠在2019年3月發(fā)現(xiàn)1#機抗燃液壓油顏色漆黑(如圖6所示)，取樣后經(jīng)上海潤凱檢測化驗，其結(jié)果為漆膜傾向指數(shù)70.2，嚴重超標，酸值為0.23。

圖6 凈化前后油品取樣照片

2019年5月采用我公司JD-KR4型靜電濾油機對抗燃液壓油進行凈化，經(jīng)過1個月的使用，油品漆膜指數(shù)下降至55.2。在第2個月的凈化過程中，發(fā)現(xiàn)漆膜指數(shù)沒有下降反而有一點點升高，在更換濾芯時發(fā)現(xiàn)凈化設(shè)備的濾芯上都糊滿了油泥/漆膜等雜質(zhì)(如圖7所示)，整個電極上全被油泥/漆膜所覆蓋，導致凈化再生裝置的靜電濾芯喪失吸附功能。更換濾芯后，又經(jīng)過一個月的過濾后抗燃液壓油漆膜指數(shù)下降至8.9(如圖8所示)。

圖7 濾芯上的油泥/漆膜

圖8 1#機抗燃液壓油漆膜傾向指數(shù)

5 結(jié)束語

電廠潤滑油、抗燃液壓油系統(tǒng)所需的濾油機，可根據(jù)實際需求進行配置，如果油品狀況較好，配置普通的機械式濾油機或離心式濾油機即可[14]。如果油品狀況較差，顆粒物較多，漆膜現(xiàn)象嚴重，應配置過濾精度高的靜電濾油機。相比而言，靜電濾油機過濾效果最好，對小顆粒、氧化物、油泥等雜質(zhì)的去除率高[15]，并可以徹底有效的去除漆膜，能有效提高油質(zhì)顆粒度指標的合格率，相應地提高汽輪機運行的安全可靠性。