汽輪機油漆膜傾向指數(shù)、色度超標分析及處理

劉億鑫，胡彥云，倪平

(1.華電內(nèi)蒙古能源有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；2.華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000)

0 引言

在機組運行過程中，汽輪機油起到潤滑軸承、帶走熱量的作用，同時還作為調(diào)速系統(tǒng)的低壓保安油[1]。當(dāng)油質(zhì)不合格時，容易引起機組振動升高、燒瓦[2]、大軸彎曲等事故發(fā)生，嚴重威脅到機組的安全穩(wěn)定運行，所以汽輪機油質(zhì)指標是否合格，是技術(shù)監(jiān)督的重要任務(wù)之一。

汽輪機油常見的問題為油質(zhì)乳化和漆膜問題。文獻[3-5]詳細介紹了油質(zhì)乳化的原因、處理方法和防范措施，對添加劑的用量、作用時間和作用效果都深入研究。漆膜傾向指數(shù)反映的是汽輪機油在設(shè)備上生成漆膜的風(fēng)險，其值越大，生成漆膜的風(fēng)險越高。文獻[6]將這種附著在設(shè)備表面，薄、硬、有光澤，同時不溶于油的有機沉淀物稱為漆膜。文獻[7-8]通過熱重法和凝膠色譜法檢測油泥漆膜中的成分，發(fā)現(xiàn)油泥中氮、硼、硫等元素含量較高，油泥中不含無機鹽和大分子膠質(zhì)物。漆膜是一種高分子烴類聚合物，是油品的氧化產(chǎn)物，顏色從淺棕色、棕色至棕褐色。然而文獻[9]指出油品漆膜生成情況與油品顏色沒有明顯相關(guān)性。目前，對于如何降低漆膜傾向指數(shù)，預(yù)防漆膜產(chǎn)生的研究相對較少。因此本文通過大量實驗來探索新型濾材，通過物理方法在不改變油質(zhì)化學(xué)性能的同時，降低漆膜傾向指數(shù)，從而解決設(shè)備漆膜問題。

1 某火電廠汽輪機油油質(zhì)現(xiàn)狀

定期更換濾油機濾芯時，發(fā)現(xiàn)濾芯嚴重堵塞，上面附著有黃色黏狀物；同時在小修設(shè)備解體后發(fā)現(xiàn)，部分軸承、閥門、管道有油泥漆膜生成。從主油箱中取樣化驗，油品呈紅褐色，將油樣送與華電電科院檢驗，報告編號CHDER/HX-JC-202103115，結(jié)果如表1。根據(jù)相關(guān)標準，32號汽輪機油色度不得大于5.5，漆膜傾向指數(shù)應(yīng)小于15，如表2，該汽輪機油兩項指標屬于嚴重超標，而產(chǎn)生的油泥漆膜會導(dǎo)致過濾器堵塞、供油不足、軸承磨損、閥粘結(jié)、調(diào)速失靈等嚴重后果，最終造成非正常停機[10]的損失，嚴重威脅機組安全穩(wěn)定運行。電科院做了相關(guān)研究后仍未找出合適的解決辦法，建議更換新油。

表1 電科院部分檢測結(jié)果

表2 美國Fluitec 公司出的漆膜傾向指數(shù)ΔE與運行油液漆膜問題評價標準

2 油質(zhì)劣化原因

隨著火電機組容量和參數(shù)的不斷提高，汽輪機油的工作環(huán)境更加惡劣，加速了油品質(zhì)下降的進程。在發(fā)電機組中漆膜的產(chǎn)生有以下幾種原因：(1)加氫基礎(chǔ)油的廣泛使用，此類基礎(chǔ)油的飽和烴含量高，對極性添加劑和極性油泥的溶解度變差，所以導(dǎo)致漆膜生成[11];(2)為了提高油品的抗氧化性能，汽輪機油中的抗氧化劑加量越來越多，某些抗氧劑的產(chǎn)物容易生成漆膜;(3)汽輪機油在高溫[12]和金屬的催化下發(fā)生氧化，生成溶解性差的有機物;(4)油品接觸過熱的金屬表面導(dǎo)致基礎(chǔ)油發(fā)生熱裂解，進而生成漆膜;(5)汽輪機內(nèi)的靜電流導(dǎo)致局部高溫，引發(fā)油品的降解[13]，進而生成漆膜。此外還有設(shè)備本身的設(shè)計缺陷等原因。

3 處理措施

漆膜是油品氧化形成的極性不溶物[14]，其在潤滑油中有一定的溶解度；當(dāng)油中的這些不溶物達到飽和狀態(tài)時，就會析出沉積到油箱底部及摩擦副表面，而這個過程又是可逆的，隨著潤滑油中不溶物濃度的下降，沉積在油箱底部及摩擦副表面(尚未高溫結(jié)焦成積炭的)的不溶物又會重新溶解在油中[15]。根據(jù)這一特性，利用濾材對潤滑油中溶解的氧化物進行物理吸附，使其達到不飽和狀態(tài)，進一步溶解附著在設(shè)備表面的漆膜，最終實現(xiàn)清潔油泥漆膜，降低漆膜傾向指數(shù)的目的。

3.1 實驗室濾油實驗

通過實驗，找到合適的濾材，將油品指標降低。如圖1所示，首先對濾材進行靜壓實驗。將漏斗置于量筒上部，漏斗底部加入濾材，向漏斗內(nèi)加入適量汽輪機油，靜止半小時。汽輪機油在重力的作用下通過濾材達到過濾吸附的目的。

圖1 實驗室靜壓實驗

在靜壓實驗初見成效后，進一步對濾材做動壓實驗，如圖2所示。接通電源，齒輪泵將原油打入過濾罐內(nèi)，原油經(jīng)過濾材過濾雜質(zhì)后進入試劑瓶內(nèi)。整個過濾過程壓力維持在2 MPa，由于濾材的選型不同，過濾所用的時間和效果各不相同。從大量實驗中發(fā)現(xiàn)，山東青島邦凱公司生產(chǎn)的新型無機硅膠對吸附油中的氧化物具有顯著的效果。硅膠濾材應(yīng)用極性吸附原理將帶有正負電荷的雜質(zhì)進行吸附，將油品中溶解的極性有機物過濾去除，從而達到去除油泥漆膜的效果。如圖3，該型濾材顆粒直徑越小，吸附效果越明顯，過濾出的油樣越清亮。

1.齒輪泵2.壓力表3.過濾罐4.原油5.過濾后油樣

圖3 油樣過濾前后對比

通過濾油后，將油樣寄予西安熱工院與華電電科院進行結(jié)果化驗，如表3、表4所示，報告中指出，濾油后的色度為2.0左右、漆膜傾向指數(shù)為1.6，兩項指標參數(shù)合格。并且高精度物理過濾后，對油品的其他關(guān)鍵性指標影響較小。

表3 西安熱工院實驗結(jié)果(TPRI/TK.2-RC-0625-202與TPRI/TK.2-RC-0676-2021)

表4 華電電科院濾油后實驗結(jié)果(CHDER/HX-JC-202105122)

3.2 現(xiàn)場處理

設(shè)計專用濾油機解決漆膜傾向指數(shù)超標的問題，如圖4所示，為濾油機設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。設(shè)備包括齒輪泵、空壓機、過濾罐、儲油箱、控制柜以及連接管道及閥門。三個過濾罐中，依次裝有新型硅膠濾材、樹脂濾材、顆粒度濾芯，油品依次通過三種濾材，可將漆膜傾向指數(shù)、色度值和顆粒度降低。

圖4 濾油機結(jié)構(gòu)示意

如圖5所示，濾油時，關(guān)閉閥門v-18、v-19、v-21、v-20、v-24、v-25，打開閥門v-14、v-16、v-17、v-23、v-22，閥門v-13為單向閥，防止油倒灌入空壓機；油品經(jīng)過齒輪泵從油箱中打入三個過濾罐中，然后進入主油箱。過濾罐前后裝有壓力表，監(jiān)視運行過程中壓力的波動，以此來判斷濾芯的臟污情況。更換濾材時，關(guān)閉閥門v-14、v-16、v-17、v-23、v-22，打開閥門v-18、v-19、v-21、v-20、v-24、v-25，利用壓縮空氣將過濾罐內(nèi)的殘余油量打回油箱中，減少更換濾芯時油品的浪費和污染周圍環(huán)境事件的發(fā)生。

圖5 濾油機流程

目前，該項目技術(shù)規(guī)范書已編寫交與物資部招標采購。

4 結(jié)論

(1)通過實驗找出合適濾材，使用物理吸附的方法將油中雜質(zhì)去除，在不改變油質(zhì)化學(xué)性能的基礎(chǔ)上，降低漆膜傾向指數(shù)和色度值。使汽輪機油質(zhì)滿足技術(shù)監(jiān)督要求，同時降低了潛在損壞設(shè)備的風(fēng)險。

(2)節(jié)約更換汽輪機油費用42萬元，同時減少危廢處置費7萬元，直接經(jīng)濟效益顯著。

(3)企業(yè)鼓勵員工自主創(chuàng)新、攻堅克難，將成果轉(zhuǎn)化，達到提質(zhì)增效的目的。