火電廠汽輪機(jī)潤(rùn)滑油油質(zhì)提升研究

李寒冰

（華能?chē)?guó)際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

華能?chē)?guó)際電力股份有限公司上安電廠（以下簡(jiǎn)稱華能上安電廠）總裝機(jī)容量2 560 MW，總共分三期進(jìn)行建設(shè)，并于1987、1997、2008 年相繼投產(chǎn)。其中一期機(jī)組為GE 進(jìn)口機(jī)組2 臺(tái)，單臺(tái)裝機(jī)容量為350 MW，在華能上安電廠排列序號(hào)為1#機(jī)和2#機(jī)，其汽輪機(jī)分別進(jìn)行過(guò)一次通流改造：1#汽輪機(jī)于2012 年由哈爾濱汽輪機(jī)廠進(jìn)行通流改造；2#汽輪機(jī)于次年也同樣由哈爾濱汽輪機(jī)廠進(jìn)行通流改造。二期機(jī)組為國(guó)產(chǎn)機(jī)組2臺(tái)，由東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，單臺(tái)裝機(jī)容量330 MW，在華能上安電廠排列序號(hào)為3#機(jī)和4#機(jī)，2 臺(tái)汽輪機(jī)分別在2013 年和2014 年進(jìn)行過(guò)一次通流改造：3#汽輪機(jī)于2013 年由東方汽輪機(jī)廠進(jìn)行通流改造；4#汽輪機(jī)也于2014 年同樣由東方汽輪機(jī)廠進(jìn)行通流改造，通流改造后，3#機(jī)和4#機(jī)也有原來(lái)的容量300 MW 擴(kuò)容至330 MW。三期機(jī)組與二期機(jī)組相同，同樣為國(guó)產(chǎn)機(jī)組2 臺(tái)，同樣由東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，其單臺(tái)裝機(jī)容量600MW，在華能上安電廠排列序號(hào)為5#機(jī)和6#機(jī)，5#汽輪機(jī)與6#汽輪機(jī)投產(chǎn)年限較短，均未進(jìn)行通流改造。

華能上安電廠6 臺(tái)發(fā)電機(jī)組基本上全年運(yùn)行，這也就造成主機(jī)設(shè)備及其輔助設(shè)備必然眾多，那么，如何保證發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定高效地運(yùn)行，就成了日常工作的內(nèi)容。隨著近幾年火電廠社會(huì)地位的降低，也為了促進(jìn)電廠轉(zhuǎn)型，以前龐大的維護(hù)成本就受到了限制，那么如何利用有限的成本來(lái)達(dá)到設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的效果呢？于是，對(duì)日常工作投入精力較大，維護(hù)成本占比較大的問(wèn)題進(jìn)行整改。其中，汽輪機(jī)潤(rùn)滑油油質(zhì)提升作為電廠提質(zhì)增效就提到了臺(tái)前，火電廠日常運(yùn)行維護(hù)成本主要包括以下幾大部分：轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的維護(hù)、油品惡化的維護(hù)和跑冒滴漏的處理等[1]。據(jù)不完全核算，因?yàn)橛推窅夯a(chǎn)生的維護(hù)費(fèi)用約占全年維護(hù)成本的40%，約占汽機(jī)專業(yè)維護(hù)成本的65%，如若能有效地降低該項(xiàng)維護(hù)成本，那么，火電廠的利潤(rùn)空間就會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)部分虧損電廠而言，不僅能減少虧損比例，還能有效改善工作生產(chǎn)環(huán)境。

在華能上安電廠二期機(jī)組運(yùn)營(yíng)初期，各主機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。然而，在最近幾年，汽輪機(jī)潤(rùn)滑油油質(zhì)呈現(xiàn)了惡化的趨勢(shì)，油質(zhì)顆粒度居高不下，長(zhǎng)期保持在NAS-11 級(jí)及以上。為此，特對(duì)油質(zhì)提升方案的選取進(jìn)行以下綜合分析。

1 油質(zhì)惡化原因分析

1.1 外部滲入

在檢修過(guò)程中，尤其是在進(jìn)行汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)大修過(guò)程中，伴隨著汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱人孔打開(kāi)，各個(gè)潤(rùn)滑油泵全部解體檢修，主機(jī)潤(rùn)滑油箱內(nèi)各個(gè)油口打開(kāi)[2]，一些保溫的飛絮、環(huán)境中的塵土不可避免地會(huì)飄進(jìn)管道內(nèi)部。由于油箱內(nèi)部空間狹窄，管道布置錯(cuò)綜復(fù)雜，方向繁多，在清理過(guò)程中，總有部分不易清理的位置，而這些位置的雜質(zhì)會(huì)隨著檢修的完成，而留在系統(tǒng)管道內(nèi)部，在設(shè)備投運(yùn)后，雜質(zhì)混入油中，引起油質(zhì)污染，造成惡化，此種原因造成的油質(zhì)惡化現(xiàn)象只是物理性污染，是一種可逆的，隨著機(jī)組投運(yùn)后濾油機(jī)的加持，就可消除此種油質(zhì)惡化的現(xiàn)象。

1.2 設(shè)備內(nèi)部銹蝕

汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要設(shè)備就是汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱、油泵及管道，汽輪機(jī)潤(rùn)滑油正常的工作溫度在50~55 ℃之間。在汽輪機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，軸承室內(nèi)為微負(fù)壓的狀態(tài)，因?yàn)槠渚嚯x軸端汽封較近，其受到軸端汽封漏汽的影響，軸端汽封漏出的微量蒸汽會(huì)沿著軸通過(guò)油擋而進(jìn)入潤(rùn)滑油中，這就造成油中含水量的增高（日常運(yùn)行中的標(biāo)準(zhǔn)為100 mg/L）。由于汽輪機(jī)與汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱之間的落差，在整個(gè)油循環(huán)過(guò)程中，隨著潤(rùn)滑油的下落，部分不溶解氣體會(huì)從潤(rùn)滑油中釋放出來(lái)，在回油管上和汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱上部的空間形成不溶解氣體空間，這其中含有的水蒸氣就會(huì)腐蝕油箱內(nèi)部。隨著時(shí)間的推移，碳鋼材質(zhì)的油箱內(nèi)壁就會(huì)產(chǎn)生銹蝕的痕跡，這種現(xiàn)象會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，使銹蝕逐年增加。這種腐蝕對(duì)潤(rùn)滑油顆粒度的影響占比是最大的。

1.3 設(shè)備磨損

汽輪機(jī)潤(rùn)滑油的主要作用是對(duì)汽輪機(jī)各軸承進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，隨著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，在軸承位置形成一層很薄的油膜，油膜厚度雖然很薄，但是其具有很強(qiáng)的剛度，這樣才能完全將轉(zhuǎn)子托起，這就可以理解成軸瓦與軸之間有一層剛度很高的物質(zhì)，在隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與軸瓦進(jìn)行摩擦，摩擦必有損傷，隨著運(yùn)行周期的延長(zhǎng)，汽輪機(jī)各軸承鎢金都不可避免地存在一定程度的磨損，而因磨損產(chǎn)生的一些鎢金顆粒會(huì)進(jìn)入油中[3]，對(duì)油質(zhì)造成污染。這種污染因素是一直存在的。汽輪機(jī)的整個(gè)壽命周期內(nèi)，軸承的磨損會(huì)一直伴隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而一直存在，此種影響因素是無(wú)法徹底消除的，但是可以通過(guò)油樣鐵譜分析[4]來(lái)確認(rèn)顆粒成分。

1.4 油氧化變質(zhì)

汽輪機(jī)潤(rùn)滑油用油型號(hào)為美孚牌VG-32 汽輪機(jī)油，該油為礦物質(zhì)油，與汽油類(lèi)似，為石油提煉的一種產(chǎn)物。礦物質(zhì)油有其自身的特性，會(huì)隨著使用時(shí)間的推移，出現(xiàn)氧化的現(xiàn)象，而潤(rùn)滑油氧化后會(huì)產(chǎn)生膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和碳雜質(zhì)[2]，這也是造成油品污染的原因之一。這種形式的污染是不可逆的，會(huì)隨著時(shí)間的推移，惡化程度不斷加強(qiáng)，而這種惡化只能進(jìn)行換油，以增強(qiáng)油質(zhì)潤(rùn)滑的能力。

2 油質(zhì)凈化措施

2.1 改善檢修環(huán)境

在設(shè)備檢修過(guò)程中，打開(kāi)的進(jìn)油管道法蘭，應(yīng)加蓋密封，一是防止灰塵進(jìn)入管道或油箱，影響油質(zhì)，二是防止檢修過(guò)程中，因操作失誤，造成擦油布、海綿等物的掉入，在投運(yùn)后容易引起油管堵塞，造成不可估量的損失。油管道在進(jìn)行回裝前，應(yīng)用潔凈的壓縮空氣進(jìn)行吹掃，各部件回裝前，應(yīng)用清洗液清洗干凈黏附的油污、雜質(zhì)。汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱封閉入孔前應(yīng)將油箱內(nèi)壁擦拭干凈，最有效的方式是用白面進(jìn)行清理。

2.2 控制惡化速度

在日常運(yùn)行過(guò)程中，潤(rùn)滑油的過(guò)濾是控制、延緩油質(zhì)惡化速度的最有效的手段。先進(jìn)的油凈化裝置，能隨時(shí)將油中已有的和不斷產(chǎn)生的雜質(zhì)和水分過(guò)濾掉，從而延緩潤(rùn)滑油惡化、乳化的速度，延長(zhǎng)潤(rùn)滑油的使用周期。

2.3 設(shè)備升級(jí)

為了改善油質(zhì)惡化的現(xiàn)象，最行之有效的措施是對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行更換或升級(jí)改造，例如：將進(jìn)油、回油管道與汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱全部更換為耐腐蝕的材質(zhì)——不銹鋼，這種方案能極大地降低雜質(zhì)產(chǎn)生數(shù)量及速度，徹底改善油品惡化的現(xiàn)象。

再有就是采用目前市場(chǎng)上最先進(jìn)的油凈化設(shè)備，油過(guò)濾是控制油污染的重要手段[2]，先進(jìn)的油凈化設(shè)備可大大提高潤(rùn)滑油的過(guò)濾效率，從而使?jié)櫥瓦_(dá)到并維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，設(shè)備越先進(jìn)，設(shè)備成本就會(huì)越高，在日常維護(hù)成本中，因?yàn)闈?rùn)滑油過(guò)濾而消耗的大量濾芯的成本占比是相當(dāng)大的。

3 改造方案

通過(guò)以上的各種分析，從降低設(shè)備銹蝕的角度出發(fā)，提出下列改造方案。

3.1 更換設(shè)備材質(zhì)

原回油管道材質(zhì)為碳鋼，碳鋼具有易腐蝕的缺點(diǎn)，那我們就從改變回油管道的材質(zhì)著手，將碳鋼回油管道更換為不銹鋼的回油管道。

汽輪機(jī)潤(rùn)滑油管道采取的是套裝油管的形式，即回油管道內(nèi)部安裝各軸承進(jìn)油管道，進(jìn)油管道的支吊架安裝在回油管道內(nèi)部，回油管道外部每隔2 m 安裝有一個(gè)吊架，這些支吊架的存在，對(duì)更換新管道方案的實(shí)施有一定的難度。并且在經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，管道內(nèi)部的應(yīng)力已經(jīng)完全釋放，各管道所處的狀態(tài)已不利于整體更換。

在正常的運(yùn)行狀態(tài)下，回油管道內(nèi)部油位為管道直徑的1/2，內(nèi)部進(jìn)油管道全部在油位以下。因此，依據(jù)該系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)，特制定更換管道的方案為只更換回油管道上半，將切割線定在回油管道液位線以下10 mm，將上半切除，將不銹鋼管道與原管道下半重新焊接，焊接的形式采取氬弧焊，目的就是盡可能地降低焊渣產(chǎn)生的概率。

同時(shí)，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱內(nèi)部也不是滿油的狀態(tài)，在油箱頂部向下600 mm 為油、氣分界線，如果整體更換汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱，受到實(shí)際條件所限（一是檢修時(shí)間不允許，二是浪費(fèi)經(jīng)費(fèi)），也是不被允許的。并且汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱上部安裝有油泵及各壓力表計(jì)，采取與回油管道相同的方案也是不符合實(shí)際的。

針對(duì)上述原因，特提出，自油箱頂部向下1 000 mm，在油箱內(nèi)壁貼不銹鋼板，不銹鋼板厚度為1 mm，將不銹鋼板根據(jù)汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱內(nèi)部構(gòu)造的特點(diǎn)，切割成型，再進(jìn)行焊接，焊接采用1.5 mm 不銹鋼焊絲，脈沖焊，嚴(yán)格按照密封焊的要求進(jìn)行焊接，并在焊接完成后進(jìn)行著色探傷，用以檢查焊口是否存在裂紋或者未焊接的狀況發(fā)生。

3.2 改進(jìn)油凈化裝置

原油凈化裝置已使用10 a 以上，其結(jié)構(gòu)、流程較簡(jiǎn)單，如圖1 所示，更換濾芯至少需要1 d 的時(shí)間，由于油凈化裝置需要24 h 不間斷運(yùn)行，就會(huì)造成油凈化裝置停運(yùn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增加濾油時(shí)間。更換濾芯作為一項(xiàng)長(zhǎng)期性、定期性的工作，由于原系統(tǒng)易漏油的原因，不可避免地延長(zhǎng)了油凈化裝置的停運(yùn)時(shí)間，且更換一次需要將所有的存油打光，才可更換濾芯，更換一個(gè)的時(shí)間與整套時(shí)間相差不大。

圖1 原油凈化裝置流程圖

為了縮短濾芯更換時(shí)間，降低更換濾芯頻次及濾芯使用量，將原有凈化裝置進(jìn)行改造，改進(jìn)方案主要考慮兩點(diǎn)：（1）縮短更換濾芯時(shí)間；（2）降低維護(hù)費(fèi)用。

在原油凈化裝置循環(huán)泵的入口處加裝一級(jí)保護(hù)性濾芯——粗過(guò)濾，一是保護(hù)循環(huán)泵不被大顆粒物損壞，二是延長(zhǎng)泵后各級(jí)濾芯使用周期，從而降低維護(hù)費(fèi)用。

并在原除水過(guò)濾器底部加裝放水管及閥門(mén)3，目的是在更換除水濾芯時(shí)，利用循環(huán)泵將潤(rùn)滑油輸送回汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱，縮短了更換濾芯的時(shí)間。改造后油凈化裝置流程圖如圖2 所示。

圖2 改造后油凈化裝置流程圖

更換整套濾芯的流程為關(guān)閉閥門(mén)1，打開(kāi)閥門(mén)3、閥門(mén)4，關(guān)閉閥門(mén)5、閥門(mén)6，將所有濾室內(nèi)存油輸送至汽輪機(jī)潤(rùn)滑油箱，沒(méi)有存油后，關(guān)閉閥門(mén)7，開(kāi)始更換所有濾芯，油凈化裝置停運(yùn)時(shí)間控制在2~3 h，即可在此投運(yùn)，大大縮短了油凈化裝置的停運(yùn)時(shí)間。

在實(shí)際操作中，因?yàn)樵诒萌肟诩友b了一級(jí)粗過(guò)濾，更換預(yù)濾芯的頻次由原來(lái)的15 d 一次，延長(zhǎng)至1 個(gè)月一次，大大降低了濾芯采購(gòu)頻率及費(fèi)用。

3.3 濾芯選型的計(jì)算模型

泵入口增加一級(jí)粗濾網(wǎng)的選用標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)流量、有效流通面積等有關(guān)。濾網(wǎng)前后壓差計(jì)算模型[5]如下。

有效流通面積s 的計(jì)算模型為

式中：Q 為流量，m3/s；μ 為動(dòng)力黏度，Pa·s；K 為通流能力系數(shù)，網(wǎng)濾芯取0.34；ΔP 為濾網(wǎng)前后差壓。

通常有效流通面積s 按照過(guò)濾器公稱通徑的20 倍設(shè)計(jì)，就可以滿足實(shí)際運(yùn)行要求。

經(jīng)計(jì)算得：濾芯采用100 目濾網(wǎng)，濾網(wǎng)孔徑為0.15 mm，濾網(wǎng)骨架高400 mm，外徑120 mm，濾網(wǎng)有效通流面積約為0.8 m2。

更換濾芯參數(shù)的參考為泵入口壓力超過(guò)-0.08 MPa時(shí)，就需更換新濾芯。

4 結(jié)論

從實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看，上述2 種方案，對(duì)汽輪機(jī)潤(rùn)滑油油質(zhì)的改善，起到了很好的作用，油質(zhì)惡化速度的減慢，延長(zhǎng)了汽輪機(jī)潤(rùn)滑油的使用周期，對(duì)汽輪機(jī)軸瓦的工作環(huán)境有一定程度的提升，降低了汽輪機(jī)組大修期間軸瓦的檢修工作量，使得軸瓦的檢修周期由原來(lái)的1 個(gè)大修周期，可以順延至2 個(gè)大修周期。所以，在保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，既節(jié)省了日常維護(hù)費(fèi)用，也節(jié)省了機(jī)組大修費(fèi)用。