核電站RRI冷卻水泵液位視窗白色絮狀物分析

何 亮，馬紅軍，黎秋瑩

(1.廣研檢測(廣州)有限公司,廣東 廣州 510700；

2.廣州機械科學(xué)研究院有限公司 工業(yè)摩擦潤滑技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,廣東 廣州 510700)

設(shè)備日常巡檢過程中，可以通過油位視窗發(fā)現(xiàn)異常。此次分析的設(shè)備為核電站RRI冷卻水泵，屬于設(shè)備冷卻水系統(tǒng)中的重要部分，該系統(tǒng)不僅在電廠正常運行的各種工況用來從核島系統(tǒng)除熱，而且在事故工況下，作為專設(shè)安全設(shè)施的支持系統(tǒng)，將熱量經(jīng)重要廠用水系統(tǒng)排入環(huán)境[1]。此泵多次因異物在視油窗內(nèi)表面浮現(xiàn)給設(shè)備維護帶來困擾，為了解決問題，以下進行異物現(xiàn)象分析，尋求根本原因，可掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，有效預(yù)防潤滑故障，保證設(shè)備可靠性。

1 故障問題

某核電站RRI冷卻水泵使用的潤滑油為中級循環(huán)渦輪機油(ISO VG 46)，在使用過程中，發(fā)現(xiàn)視油窗一直有白色絮狀物漂浮在視窗口表面，初步懷疑可能是油位玻璃內(nèi)的油流通不暢，易蒙上一層氧化膜[2]，或者溫度異常使油品變質(zhì)及外界物攜帶入內(nèi)、密封故障[3]等，見圖1(a)。油品更換周期為6個月，但基本不會拆除視油窗，故未更換過該窗口。為找出分析異物成分及其來源，對新油、運行油及異物進行檢測與分析。

圖1 試驗樣品Fig.1 Test sample

2 故障分析

2.1 樣品及分析方案

試驗樣品為新油、運行油、白色絮狀物及接觸介質(zhì)、問題液位鏡等，見圖1(b)、(c)試驗樣品。

根據(jù)潤滑油反映設(shè)備狀態(tài)的故障分析經(jīng)驗[4]，對樣品進行檢測，以此根據(jù)檢測數(shù)據(jù)查找或推斷視油窗口異常原因，找到異物來源，具體分析計劃如表1所示。

表1 檢測計劃Table 1 Test plan

2.2 檢測數(shù)據(jù)

檢測數(shù)據(jù)如表2、圖2至圖4所示。

表2 新油與運行油檢測Table 2 Detection of new oil and running oil

圖2 異物IR圖Fig.2 The IR image of foreign body

圖3 異物IR匹配圖Fig.3 The IR matching map of foreign body

圖4 異物PGC熱裂解的三重峰Fig.4 Triple peaks of PGC pyrolysis

2.3 檢測結(jié)果分析

(1)新油分析

該油品是以礦物油為基礎(chǔ)油的適用于連續(xù)工作的滑動、滾動軸承的循環(huán)系統(tǒng)渦輪機油，按GB 11120—2011《渦輪機油》中L-TSA 46 汽輪機油(A)級國家質(zhì)量標(biāo)準的試驗方法對新油進行檢測，標(biāo)準要求及檢測結(jié)果如表2所示。從表中分析可知，新油的外觀透明、無雜質(zhì)顆粒，且各理性化指標(biāo)均符合相關(guān)的國家標(biāo)準[5]；從元素Ca、Zn、P含量可知，含量在渦輪機油的典型數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，表明油品不存在混油情況。

(2)運行油分析

為了分析運行油是否存在異常變質(zhì)、設(shè)備是否存在異常磨損，對運行油進行了相關(guān)的理性化指標(biāo)檢測，根據(jù)磨損情況[6]，找出故障原因，具體見表2。通過檢測結(jié)果得知，運行油的檢測理化指標(biāo)均在范圍內(nèi)，表明潤滑油并無受到外界水分或顆粒污染；磨損元素鐵(Fe)、銅(Cu)等未超標(biāo)，說明系統(tǒng)有關(guān)部件也未存在異常磨損；污染元素鈉(Na)、硅(Si)、硼(B)含量等也未超標(biāo)，說明無受到外界粉塵或海水污染。尤其水分和抗乳化值可以看出，該渦輪機油仍具有良好的抗乳化性，并無受到外界水分的污染，或因其他原因?qū)е掠推返娜榛冑|(zhì)情況。

另外通過Ruler(抗氧化劑含量)分析，從檢測數(shù)據(jù)得知，運行油的胺類與酚類均在60左右，而新油為100。說明油品的抗氧劑在消耗過程中，但是處于平穩(wěn)消耗狀態(tài)，仍能繼續(xù)使用。

(3)FTIR測試分析

FTIR測試分析主要由邁克爾遜干涉儀和計算機組成，對干涉光進行分析，得出紅外光譜圖，以判斷出該物質(zhì)成分[7]。

(4)Py-GCMS測試分析

熱裂解儀與氣相色譜質(zhì)譜儀(PY-GC-MS)聯(lián)用，其主要的工作原理為：有機化合物在嚴格控制的環(huán)境中加熱，使之裂解成為可揮發(fā)的小分子，采用聯(lián)用的氣相色譜質(zhì)譜儀分離和檢測這些裂解的小分子，然后根據(jù)其裂解產(chǎn)物的定性定量數(shù)據(jù)，推斷有機化合物的組成和結(jié)構(gòu)。檢測的圖峰如圖4異物PGC所示。根據(jù)圖4所示，得到表3中的內(nèi)容。從1.47～16.47 min中熱裂解單體質(zhì)譜圖可知有機物的分子組成，從而推斷其為尼龍。

表3 不同時間波峰物質(zhì)Table 3 The peak matter at different times

(5)設(shè)備結(jié)構(gòu)分析

設(shè)備冷卻水泵是設(shè)備冷卻水系統(tǒng)中的動力設(shè)備，是一種100%容量的單級離心泵。該離心泵主要由葉輪、泵體、泵蓋、擋水圈、泵軸承箱(未含視油窗)、密封環(huán)、填料函以及軸向力平衡裝置等八大部分組成。因此，泵的大部分零件材料為鋼質(zhì)，而無纖維或尼龍。其潤滑油是通過放氣螺塞加入到軸承箱內(nèi)來潤滑軸承，與油接觸的物質(zhì)均金屬件。

(6)拆解液位鏡

現(xiàn)場拆解液位鏡，發(fā)現(xiàn)液位鏡四周纏著麻繩，然后經(jīng)與客戶交流得知，視油窗的密封方式是麻繩密封，查閱《機械密封使用技術(shù)》叢書可知，油麻盤根是由優(yōu)質(zhì)亞麻纖維編織而成的，如圖5，特別適用于海水、油等介質(zhì)中的機械密封[6]。其使用壓力范圍為2～10 MPa，溫度范圍為-50～140 ℃，pH范圍為2～12。但其長期使用會產(chǎn)生抽絲現(xiàn)象，并沒有斷開。

圖5 油麻盤根Fig.5 Oil flax packing

3 結(jié)論

1)通過新油檢測未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)指標(biāo)，符合GB 1120—2011 L-TSA 46汽輪機油A級國家質(zhì)量標(biāo)準。表征異物不是因為新油質(zhì)量問題造成的。

2)通過運行油檢測未發(fā)現(xiàn)其存在異常磨損顆粒和污染元素含量未超標(biāo)，抗氧化劑含量對比圖表征設(shè)備仍有抗氧化劑，不會因高溫而導(dǎo)致氧化帶來異物。

3)通過對異物進行定性和定量分析可知，異物主要為尼龍(聚酰胺纖維)。

4)通過設(shè)備結(jié)構(gòu)分析表明，與油接觸的物質(zhì)大部分為金屬件，并無纖維或尼龍，除了視油窗以外。

5)拆解舊油位鏡后分析得知，油位鏡與泵連接處有大量的麻繩盤根。

綜上所述得知，引起RRI設(shè)備油位窗口白色絮狀物的原因就是視油窗口密封處的麻繩散發(fā)造成假現(xiàn)象。而麻繩長期浸泡油中慢慢產(chǎn)生抽絲現(xiàn)象，甚至散落油中，通過系統(tǒng)循環(huán)進入潤滑部位，可能會導(dǎo)致機械摩擦副磨損。

因此，我們進一步得知設(shè)備的安全運行不僅僅要關(guān)注潤滑，同時也要關(guān)注密封，當(dāng)分析潤滑故障問題時，也要考慮密封情況，是否存在密封問題性。