電荷顆粒聚結技術在汽輪機潤滑系統油泥清除上的應用

周立仁 ，谷新房 ，楊 利 ，劉金玲

（1.上海頤正源電站設備有限公司，上海 201600；2.華能沾化熱電有限公司，山東 沾化 256800）

0 引言

沾化熱電4號為東汽產150 MW機組，其汽輪機潤滑系統用油采用國產TSA32汽輪機油，4號機組在2010年8月大修期間，發現前軸承箱內壁上沉積了大量棕褐色的油泥（圖1、圖2），電廠采用了人工刮鏟清除方法，但是由于油泥具有高度的電極性，吸附力極強，能牢固吸附在油箱、油路管道內壁、軸承、軸瓦及聯軸器上并且附著表面積大，人工處理費時費力，而且管路、軸承箱內壁死角等處又不能徹底清理，造成油泥殘存。

為了徹底清除汽輪機潤滑系統中軸承、軸瓦、潤滑油箱、聯軸器及油管路中的油泥，消除機組安全運行的隱患，提高汽輪機油性能，延長汽輪機油使用壽命，電廠采用的CPA電荷顆粒聚結技術對汽輪機潤滑系統進行在線清洗。

1 汽輪機油油泥形成的原因分析

油泥是一種高分子烴類聚合物，典型的元素分析為 C（81%～85%）、H（7%～9%）、O（7%～9%）、N（2%～3%），顏色從淺棕色、棕色至棕褐色。油泥在使用一段時間的機械設備油液中普遍存在，尤其在汽輪機油和壓力較高的液壓系統油液中更為常見。形成機理大致可分為兩類：油品氧化、油液“微燃燒”［1-2］。

1.1 油品氧化

烴類油品氧化遵循自由基鏈反應機制，一般分為誘導期、發展期、遲滯期。

誘導期（即鏈的引發期），通常新油在溫度不高時發生。

發展期（即鏈的發展階段），油品氧化的誘導期過后，便是油氧化的發展期，油內漸漸開始生成穩定的氧化產物，如分子量較低的有機酸、水和某些過氧化物，其后氧化過程不斷的在進行，并越來越加劇，所有的氧化產物起初都可溶于油，并具有強烈的腐蝕作用。如果繼續氧化，便會生成固體聚合和縮合物，它們在油中達到飽和狀態后，便從油中析出，即通常所說的油泥。

遲滯期（即鏈的終止階段），在這個時期氧化速度減慢，氧化產物也比以前減少。

1.2 油液“微燃燒”

一般情況下，液壓油會溶解一定量的空氣（＜8%），當超過溶解極限后，進入油液的空氣以懸浮形式存在油液中。一旦液壓油從低壓區被泵入高壓區，這些懸浮在油中的小氣泡被急劇壓縮破裂，導致氣泡破裂周圍油液溫度迅速升高，有時甚至高達1 100℃，造成油液微區絕熱“微燃燒”，生成極小尺寸的不溶物。這些不溶物有極性、極不穩定，易粘附到溫度低的金屬表面從而形成油泥。相對而言，油品氧化是一個緩慢的過程，而油品絕熱“微燃燒”生成油泥的速度要快得多。

圖1 汽輪機軸承上的油泥

圖2 前軸承箱聚集的油泥

2 汽輪機油泥的危害

汽輪機的軸承是全油膜潤滑滑動軸承，軸頸和軸承的軸瓦表面被一層薄的油膜分開，通過油膜支撐軸頸給予的負荷，潤滑油供給系統則向軸瓦和轉動的軸頸之間的間隙不斷地供應潤滑油。油泥存在會使潤滑方式從全油膜潤滑過渡成邊界潤滑，使得軸頸和軸瓦發生金屬接觸，造成燒瓦這樣的事故。油泥在溫度達到100℃以上時開始碳化，會形成焦炭式沉積，可引起轉子嚴重損壞。若碳堆積在烏金軸瓦最薄油膜處的附近，這種積碳還會改變軸承的穩定性并改變大軸中心線，影響機組的安全運行［3］。

3 CPA電荷顆粒聚結技術介紹

CPA電荷顆粒聚結技術原理如圖3所示。

圖3 CPA電荷顆粒聚結技術原理

攜帶小顆粒物的流體被分成兩支路，支路上裝有高壓電極，分別給小顆粒物加載上正電荷和負電荷。

被帶上相反電荷顆粒物的兩路流體重新混合聚集，正負電荷相互吸引集聚成在一起形成大尺寸的顆粒物。

尺寸增大的顆粒物很容易地被傳統的機械式或離心式過濾器捕捉，從而使過濾器更好、更有效地發揮作用。

4 油泥清除的效果

2011年10月8日投運采用CPA電荷顆粒聚結技術制造的潤滑油在線清洗設備，設備運行42天，截止2011年11月21日數據結果如表1、圖4、圖5所示。

表1 通標標準技術服務有限公司（SGS公司）檢測分析數據

圖4 油泥傾向指數變化趨勢圖

圖5 汽輪機潤滑系統清洗前、后潤滑油油泥傾向指數照片

根據通標標準技術服務有限公司提供的檢測標準：油泥傾向指數＜15時，油品油泥傾向正常；15～30時，需要監測油泥傾向；30～40時，油品油泥傾向不正常，需要引起注意；＞40時，油品油泥傾向嚴重。

CPA電荷顆粒聚結技術在清除沾化熱電4號汽輪機潤滑系統中的油泥效果明顯，油泥傾向指數從系統清洗前的49下降到12，下降74%，達到SGS公司檢測標準中油品油泥傾向指數正常標準，符合國際通行要求。

5 結語

通過沾化熱電4號汽輪機潤滑系統的應用情況及權威機構的監測結果可以說明，CPA電荷顆粒聚結技術能夠提高機組的安全性，主要體現在4個方面：在線清除油箱及油管路上的油泥、軸承軸瓦上的積碳；清除油中的亞微米的軟質污染物，從根本上消除了油泥產生的條件；清除軟質污染物的同時，去除了油中的乳化劑，從而減少了汽輪機油的破乳化時間，提高了汽輪機油的破乳化度；延長汽輪機油的使用壽命，節省換油成本。

隨著電力企業設備管理水平的逐漸提高，油泥所引發的問題必將會越來越受到重視，CPA電荷顆粒聚結技術作為解決汽輪機潤滑系統油泥問題的先進技術必將廣泛采用。