汽輪機潤滑油污染與凈化的分析

(黑龍江辰能新能源開發(fā)股份有限責任公司，哈爾濱 150090)

0 引 言

近年來國內(nèi)外大型汽輪發(fā)電機組各種事故中軸承故障占較大比例，美國電力工業(yè)每年因這類故障產(chǎn)生的損失多達2億美元。美國電力研究院在分析這類事故的根本原因時指出：油液污染是軸承產(chǎn)生故障的最主要原因，由此而導(dǎo)致的故障停機約占總停機時間的54%。我國八五期間新機投產(chǎn)約90%以上的機組都發(fā)生因油質(zhì)污染而導(dǎo)致軸頸損傷，軸承損壞事故。一些老機組大修后也發(fā)生同類事故。一些損傷較嚴重的機組，不得不返廠車削軸頸，更換軸瓦。由此造成的設(shè)備損傷，拖延工期，增加費用損失巨大。因此要提高對汽輪機潤滑油污染與凈化工作的認識，加強領(lǐng)導(dǎo)，使每一個參加潤滑油系統(tǒng)檢修、運行和管理的同志，充分認識這一工作的重要性，做好潤滑油系統(tǒng)污染的預(yù)防和凈化工作，提高設(shè)備健康水平。美國電力研究院和汽輪機制造廠家指出：有效的油液污染控制可減少軸承故障停機90%！

1 潤滑油污染和發(fā)展過程

1.1 污染源及其分類

(1)按照污染源介質(zhì)主要有：機械雜質(zhì)、水、有機物、空氣等，危害最大的主要是機械雜質(zhì)和水。

(2)按照污染途徑可分下三個方面：

①系統(tǒng)內(nèi)存在的潛伏污染物

設(shè)備在制造、裝配、運輸過程中一些大型液壓件，如油箱、管件、閥門、油泵、減速箱、冷卻器、蓄能器、軸承和液壓調(diào)節(jié)部套等，仍含有大量的潛伏污染物。另外，在液壓系統(tǒng)組裝過程中也將產(chǎn)生大量的污染物，如焊渣、磨屑、氧化皮、鐵繡、砂石、水等。因此，在液壓系統(tǒng)運行初期，系統(tǒng)內(nèi)潛伏污染物含量較多，危害極大。所以在液壓系統(tǒng)運行前必須進行嚴格沖洗，不達到指定的油液清潔度標準，不允許運行。

②系統(tǒng)外部引入的污染物

a.液壓系統(tǒng)在進行維修、更換元件時，污染物會被帶進系統(tǒng)。

b.設(shè)備運行中動靜部件密封處進入的污染物，如：軸承、活塞桿等處。

c.系統(tǒng)密封不良而進入的污染物，如：油箱蓋、油位計、呼吸器等。

d.補充新油時帶入的污染物。

③系統(tǒng)內(nèi)部生成的污染物

這類污染物分為二類，一類是系統(tǒng)運行中因高溫、氧化導(dǎo)致油液變質(zhì)而產(chǎn)生的化學污染物，。另一類是系統(tǒng)運行中因磨損而產(chǎn)生的機械污染物，如：汽輪機潤滑油泵吸入口的擴散管受氣(沖)蝕后產(chǎn)生大量金屬顆粒。

1.2 油質(zhì)標準和清潔度測定方法

油質(zhì)清潔度測定方法有：光學顯微鏡顆粒計數(shù)法、自動顆粒計數(shù)法、顯微鏡油污染比較法、鐵譜分析法、光譜分析法、重量分析法。目前大多采用前三種方法，而自動顆粒計數(shù)法快速、準確、重復(fù)性較好，但設(shè)備價格較高。

1.3 污染與磨損的鏈式反應(yīng)

1.3.1 磨損機理

從磨損形式上可分磨料磨損、沖蝕磨損、粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。

(1)磨料磨損

磨料磨損是最主要的一種磨料形式。

設(shè)備運行中相對運行的一對運動付存在一定動態(tài)間隙，油液中的機械顆粒作為一種磨料進入運動付中，嵌入相對運行的表面后，猶如切削刀具一樣將相對運行的另一零件表面的材料切削下來，導(dǎo)致設(shè)備磨損。

某廠#1機在歷次檢查中發(fā)現(xiàn)軸瓦、軸頸均有不同程度損傷，軸瓦烏金表面嵌入機械顆粒，軸頸拉毛、磨損和周向溝槽就是屬于典型的磨料磨損。

(2)沖蝕磨損

沖蝕磨損是系統(tǒng)內(nèi)流體或其夾帶的顆粒高速流動，因沖擊動量造成表面材料磨損。如：如某廠#1、#2機注油器的擴散管的表面受到損傷，原因是：在注油器噴出的高速射流作用下，在擴散管入口形成高真空區(qū)域，使油液氣化，導(dǎo)致其入口處嚴重氣蝕，同時油液的高速流動，在氣蝕的表面，受到較大的動量損失，油壓降低，金屬材料表面也受到?jīng)_蝕磨損。另外，高溫高壓蒸汽泄漏時吹損法蘭面、管道、爐膛受熱面而磨損；制粉管道磨損等都屬于典型的沖蝕磨損。

(3)粘著磨損

粘著磨損是因負荷超載，低速運轉(zhuǎn)或流體粘度降低而使油膜厚度降低，導(dǎo)致金屬與金屬直接接觸，即“干磨擦”。大型轉(zhuǎn)子頂軸油異?；驍嘤投斐傻妮S瓦損壞屬于典型的粘著磨損。

(4)疲勞磨損

疲勞磨損是物體表面受交變載荷的循環(huán)應(yīng)力反復(fù)作用而產(chǎn)生裂紋并逐步擴大，剝落。如：滾子軸承的滾珠及內(nèi)外圈長期循環(huán)碾壓而起皮、剝落，使工作面變得粗糙，游隙增大是屬于典型的疲勞磨損。

(5)腐蝕磨損

腐蝕磨損是因化學品或水導(dǎo)致金屬表面銹蝕，某些金屬元素從母體析出和置換。

控制磨料磨損、沖蝕磨損和腐蝕磨損是潤滑油系統(tǒng)及設(shè)備運行和檢修管理的主要問題。若處理不當將會導(dǎo)致粘著磨損，造成設(shè)備損壞事故。疲勞磨損可通過壽命管理加以控制，雖不是主要矛盾,但也應(yīng)予以重視。

1.3.2 磨損與污染的惡性循環(huán)

因潤滑油污染而導(dǎo)致各類磨損，產(chǎn)生新的顆粒，并作為一種新的磨料，進行更為劇烈的磨料磨損，形成“鏈式反應(yīng)”使油液的污染等級急劇上升，設(shè)備磨損加劇 。同時這些磨損產(chǎn)物作為一種催化劑，加據(jù)油質(zhì)變質(zhì)，形成惡性循環(huán)。

1.4 水是液壓潤滑系統(tǒng)重要的污染物

(1)水污染的途徑主要是有熱交換器泄漏、密封失效、潮空氣侵入和添加新油帶入。

(2)水污染的危害

水在潤滑油中有二種狀態(tài)存在，一種是游離狀態(tài)，一種是溶解狀態(tài)。當油呈乳狀時，表明在該溫度下，水的含量已超過了溶解飽和度游離水和溶解水都會導(dǎo)致元件失效和油質(zhì)變質(zhì)。

正常情況下潤滑油進入軸承油楔后，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子通過油膜的液體滑動，將其動能轉(zhuǎn)變?yōu)橛偷膬?nèi)能，壓力和溫度升高。同時通過熱傳導(dǎo)也帶走一部分熱量。如果潤滑油中含有水分時，降低了油膜剛度。當潤滑油通過軸承后，隨著壓力，溫度升高，油中的水分將發(fā)生汽化。在油膜中產(chǎn)生氣泡，在軸承間油膜中形成點狀氣塞區(qū)，并逐步擴大。氣塞區(qū)擊穿油膜后，該點斷油形成干磨擦，導(dǎo)致溫度上升。

油液中的水分將引起油液中的添加劑分解和沉淀，形成粘性化合物，使油液呈酸性，加速油液變質(zhì)。粘性化合物也將進一步加劇磨損。水分和微小金屬顆粒并存在油液中時，油液的氧化速度將明顯加快，大大縮短油液的使用壽命。

油液中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)在水分的作用下與金屬表面形成電化學反應(yīng)，腐蝕系統(tǒng)和設(shè)備。表現(xiàn)形式為生銹。生成氧化鐵顆粒，成為系統(tǒng)中的磨料。同時酸性物質(zhì)軟化金屬表面，降低抗磨能力加速磨損，導(dǎo)致金屬表面脫落，形成腐蝕斑點。

1.5 水和金屬顆粒雙重作用加劇設(shè)備損壞

金屬顆粒作為磨料直接作用加劇設(shè)備損壞并增加污染，水作為媒介間接作用促進了磨損加劇，并直接導(dǎo)致油質(zhì)惡化。因此應(yīng)積極主動地預(yù)防水和金屬顆粒對潤滑油的污染，延長設(shè)備使用壽命。

2 控制和預(yù)防潤滑油污染。

(1)加強制造，安裝過程的質(zhì)量監(jiān)督，做好基建全過程管理，控制和最大限度地減少設(shè)備內(nèi)部的固有污染物。加強對設(shè)備質(zhì)量的監(jiān)造和現(xiàn)場設(shè)備的解體、檢修和清掃，這是搞好油系統(tǒng)清潔度的物質(zhì)基礎(chǔ)。其次，要嚴格按照要求進行選材與配制油管道加工工藝嚴格按規(guī)定執(zhí)行搞好焊接質(zhì)量。管道配制后要做好清潔和防腐工作。在系統(tǒng)安裝結(jié)束，投運之前認真制訂切實可行的油沖洗和循環(huán)方案、扎實地做好油沖洗和循環(huán)工作。在取樣、傳送、化驗各環(huán)節(jié)嚴格執(zhí)行檢驗標準，不得有隨意性。最后關(guān)鍵一環(huán)應(yīng)嚴把檢驗標準關(guān)，不得以任何借口降低標準。

(2)加強運行管理，防止運行中外界侵入的污染物，最大限度的減少內(nèi)部生成的污染物。

在設(shè)備運行中外界侵入的污染物主要是水蒸汽、空氣及其夾帶入的塵埃。它們主要是通過軸承的軸封和沒封閉的油箱而侵入系統(tǒng)的。

①眾所周知，汽輪機軸承的軸封都是與汽輪機端部汽封臨近，若設(shè)計、安裝或調(diào)整不當，汽輪機端部汽封送汽過大或外檔汽封軸吸能力過小，多余的蒸汽將從軸端冒出。而一般軸承都保持微負壓運行，這部分軸端漏汽將被抽吸到軸承箱內(nèi)，并凝結(jié)成水。在運行調(diào)整中防止油進水和防止掉真空往往會成為一對較尖銳的矛盾，而在運行調(diào)整中往往會片面地為保凝器真空而將軸封供汽調(diào)得過高，導(dǎo)致軸承進水量過大。

對于真空而言，即是經(jīng)濟性問題，又與安全有關(guān)。當真空值偏低而相對穩(wěn)定時，經(jīng)濟性又是主要問題。而當其相對變化較大時，經(jīng)濟性就成了次要問題，安全問題成了主要問題，并且是一種急性病。而油中進水問題，僅僅是安全問題，與經(jīng)濟性無直接關(guān)系，也只是一種慢性病，但它造成的危害卻是一種重病，不可低估。所以若是同樣安全性問題，首先應(yīng)防治急性病，寧可提高軸封送汽壓力，也要確保主機真空，防止因此而跳機造成事故。同時也應(yīng)兼顧油中盡量少進水，并采取相應(yīng)的排水除水措施。除此之外，長期的正常運行中，經(jīng)濟性和安全性成主要矛盾時，應(yīng)確保安全性，防治慢性病，寧可降低些油封壓力，也要防止油中進水，并采取辦法提高真空。

當然，若是能在技術(shù)上能采取措施，即保證以少量的送汽來滿足軸封需要，不掉真空。又保證軸端不冒汽，軸承不吸氣來杜絕油中進水，則是上上策。

②加強在運行中添加新油的油質(zhì)管理。確保加入合格的新油，防止新油帶入水份及機械顆粒。一是要做好備用油的過濾工作，直至合格。二是要防止合格的備用油在儲存過程中的二次污染。三是在加入新油時重新取樣化驗合格。通過過濾器加入新油，并防止加油設(shè)施、管道、油箱、加油口等的二次污染。

③做好油箱與油系統(tǒng)封閉工作，防止空氣及其帶入的塵埃與水蒸汽。

檢修或加油結(jié)束后應(yīng)對油箱進行封閉，減少污染途徑。

④盡量減少軸承和油箱的負壓，盡量減少吸入量。

油箱的排煙風機，一方面起到及時排除運行中產(chǎn)生的油煙的作用，防止其對油液產(chǎn)生污染，防止酸值增加。另一方面又因在系統(tǒng)中建立一定負壓，將水蒸汽、空氣、塵埃從軸封等處吸入油系統(tǒng)，造成二次污染。同時也增加了設(shè)備費、運行費和維修費。當系統(tǒng)配有具有再生功能的濾油機時，應(yīng)統(tǒng)籌考慮：是停開或取消油箱排煙系統(tǒng)，增加定期濾油再生；還是維持該系統(tǒng)，減少定期濾油和再生次數(shù)。

⑤對于定期開啟的油泵，軸承的軸徑或調(diào)節(jié)系統(tǒng)的活塞桿、滑閥等調(diào)節(jié)部套的動靜密封處應(yīng)定期做好清潔工作，防止由此進入的污染。

(3)加強設(shè)備檢修管理

加強設(shè)備檢修管理，主要是要提高認識，一方面要嚴格檢修工藝，二是要嚴把質(zhì)量驗收關(guān)，才能徹底防止檢修過程中的二次污染。

(4)重視油凈化工作，防止污染與磨損的惡性循環(huán)，防治二次污染

加強潤滑油濾網(wǎng)的定期清洗工作，保證濾網(wǎng)處于良好的工作狀態(tài)，確保其最佳過濾效果。同時要防止濾網(wǎng)清洗時，在拆裝過中的二次污染。

3 潤滑油的凈化

針對潤滑油不同的污染情況分別采取下列辦法：

3.1 除水

目前除水的方法有分離式、離心式、吸附式、真空式等幾種。某廠原配套的油凈化裝置采用分離式除水，靠油水重度差進行分離，只能部分除去游離水，不能除去溶解水，除水效果較差。某廠也曾試用過吸附式除水。在油凈化裝置內(nèi)加入一定的細孔硅膠，希望靠硅膠較強的吸附性除水。但試用中因硅較不僅對水有吸附作用而且對油也有相同的吸附作用，結(jié)果是勞民傷財無功而返。從去年十月起，采用分子凈油機進行處理。因當時潤滑油質(zhì)已明顯惡化，潤滑油中有大量的乳化劑存在，油的破乳化程度嚴重超標(超過一小時)并嚴重乳化，真空加熱除水后很快就除盡了油中的水份，但停止處理后又很快重新乳化。投入該機再生系統(tǒng)后，除去了油中的乳化劑。油的破乳化程度迅速降低，再進行真空加熱脫水，就控制住了油的乳化。

3.2 再生

被水和機械雜質(zhì)污染后潤滑油的酸值將上升，破乳化度也相應(yīng)上升。分子凈油機采用新型分子篩對油進行再生處理，并有效防止了再生劑的逃逸，起到了較好的效果。

3.3 過濾

一般過濾機械雜質(zhì)的方法有離心法和過濾法二種。通常都采用過濾法對潤滑油進行過濾。但過濾器的種類千差萬別，過濾效果合有千秋。衡量過濾器品質(zhì)的標準一般用過濾比(值)來衡量，其定義為過濾器上游單位體積中某一給定尺寸的顆粒數(shù)與下游單位體積中同一給定尺寸的顆粒數(shù)的比值。它與過濾器材料結(jié)構(gòu)、孔徑有直接關(guān)系，濾材的孔徑結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定越均勻，在指定范圍內(nèi)的過濾比越好；反之較差。

另外過濾器性能還有使用壽命和納垢量等因素。壓力式濾油機采用的過濾紙，雖然相對價格較低，但使用壽命和納垢量都較低，維護量較大，從長遠考慮，并不經(jīng)濟。過濾器專業(yè)制造廠生產(chǎn)的專用過濾器，經(jīng)過長期實踐，有較豐富的經(jīng)驗，是比較理想的選擇。

文中通過對潤滑油系統(tǒng)油質(zhì)污染、預(yù)防與凈化的分析希望廣大從事潤滑油系統(tǒng)運行、檢修和油質(zhì)監(jiān)督、管理的同志提高對這一問題的認識，認真搞好潤滑油系統(tǒng)的油質(zhì)管理與監(jiān)督，提高設(shè)備健康水平。