汽輪機油異常原因分析

蔡星華

摘 要：潤滑油系統的正常運行對汽輪機-發電機組的安全運行至關重要。用于汽輪機組的汽輪機油主要有潤滑、調速和散熱冷卻等作用，若油質劣化，不但起不到應有的作用，反而造成極大危害。文章對某電廠汽輪機運行油油質顏色異常變深進行了分析，并提出了解決措施。

關鍵詞：汽輪機油；異常；分析

中圖分類號：TK267 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）10-0068-03

Abstract： The normal operation of lubricating oil system is very important to the safe operation of steam turbine generator set. The steam turbine oil used in steam turbine unit mainly has the functions of lubrication， speed regulation and cooling. If the oil quality deteriorates， it will not play its due role， but instead it will cause great harm. In this paper， the abnormal depth of oil color of steam turbine operation in a power plant is analyzed， and the solving measures are put forward.

Keywords： turbine oil； anomaly； analysis

1概述

某電廠#1汽輪機組，裝機容量300MW，到目前為止機組已大修2次，未換油，2006年11月大修時加新油1噸，周期理化分析無明顯變化。近年來，#1機組油質雖然透明，但顏色明顯由淺黃色變成了深褐色，沒有水，正常理化分析無異常。針對汽輪機油顏色逐漸變深，其他正常理化分析指標均在標準范圍內的現象，開展分析研究，給出診斷方法，以此來及時查找原因，找出潛在隱患，降低換油費用。

2 分析診斷方法

2.1 汽輪機油顏色變深原因分析

（1） 受熱或氧化變質，同時生成劣化產物

一般溫度在60℃以上，溫度每增加10℃，氧化速率就會加倍。潤滑系統的局部“熱點”能加速油的氧化進程，發生熱氧化變質。在高溫下，碳氫化合物的熱裂解會形成不穩定的化合物，進一步聚合成各種樹脂和油泥。溫度達到100℃以上時，油泥開始碳化，會形成焦炭樣沉積，可引起轉子顯著損壞。

（2）受雜質的影響

油中不慎混入水分、金屬和顆粒物質等雜質會加劇油的氧化，并有助于泡沫、積垢和油泥的形成。

（3）油品化學組成及精制深度

潤滑油是由烴類的混合物組成的。芳烴對油品的氧化安定性的影響有一定的規律性，這與芳烴結構和含量有關。油的精制深度不足，則油中非理性成分未除凈；精制過度，則油中一些理想成分也除去了，尤其是油中的天然抗氧化劑，會使油的安定性大大降低。而各種添加劑相互配合性對油品氧化安定性有一定的影響，所以如果添加劑選擇不當，反而會導致油品的性能變壞。

另外油系統結構和設計及潤滑系統檢修質量好壞，對油品的物理化學性能都有著直接關系，輻射、光照、固體絕緣材料等都可能造成油質劣化。

2.2 油質檢測分析及原因

由于油的組成成分不同，外界氧化條件不同，故生成的氧化產物也不同。其中有酸性氧化產物，如羧酸、酚等，同時還會生成低分子酸，這些產物會使酸值增大，故氧化后油酸值的大小，可作為油氧化程度的指標之一。但同時氧化還形成大部分中性氧化產物，如醇類、酮類、脂類、膠質及瀝青質等，這些產物和它們之間的縮合物，能生成深色沉淀。表1為定期檢測的酸值數據，可以看出酸值有小幅升高趨勢，但依然在標準范圍內。

該電廠#1汽輪機運行油溫為40℃，所取油樣外觀透明、無雜質，且水分、顆粒度等周期理化分析無異常，因此可以排除溫度、水分、雜質等的影響。汽輪機油長期處于強制循環狀態，并且運行過程中逐漸受熱、氧氣、水汽、雜質等影響會逐漸老化，產生少量降解產物，有的溶解于油中而引起油顏色變深，有的不溶解于油中，產生少量粘性沉淀物。

由此總結出，雖然歷年油質監督測定結果表明，油的理化性能尚可，但油的抗氧化性能和T501抗氧化劑含量卻一直沒有測過。因此決定檢測#1汽輪機油的氧化安定性和T501抗氧化劑含量。

本次氧化安定性和T501抗氧化劑含量檢測按照GB/T14541-2005“導則”作為監督測試標準，兼以國外標準作為參考。實驗結果見表2。

300MW以上的汽輪機組必須使用符合《渦輪機油》（GB11120-2011）標準的汽輪機油，而GB/T7596-2008對氧化安定性沒有明確的監控指標。隨著設備制造技術的進一步提高，單機發電能力的進一步增強，操作溫度及油荷比（每升潤滑油承受的發電量）的進一步提高，要求油品具有優異的氧化安定性，因此，延長油品的換油期成為主要的發展目標。

現以粘度級別為32的蒸汽輪機油為例，對這些標準進行比較，對各個標準的比較可見，各標準對蒸汽輪機油的主要性能，如氧化安定性等都有明確的規定，且要求基本相同，只是有些性能采用的評定試驗方法不同。如氧化安定性，英國采用的是測定氧化產物的方法，而其他各標準均采用ASTM D943氧化試驗的方法，以酸值達到2.0mgKOH/g的時間為準，一般要求氧化壽命達到2000h。

3 解決措施

依據“電廠運行中汽輪機油質量標準（GB/T7596-2008）”，由表2得出油中抗氧化劑含量不符合規定。考慮如果更換系統的全部油品，需要大量費用，即使必需更換，也需要計劃安排，可能等待較長時間。根據電力用油相關標準，未見有關于油質老化指標更換的定量數據和報廢標準。經調查，一般電廠的汽輪機油使用10～20年，發現顏色變深，即更換，隨意性較大。因此，可以在不影響機組安全運行的條件下，先對#1汽輪機油進行添加潤滑油的抗氧化劑試驗，確定能否提高油質的抗氧化性能，延長汽輪機油的使用時間。

3.1 T501抗氧化劑添加方案

首先進行當前#1機組透平油油質全分析，尤其是氧化安定性試驗和抗氧化劑含量的測定，根據試驗結果補充添加劑。先在實驗室進行小試，并觀察效果，同時注意各種因素對效果的影響。小試通過后在現場對油系統中的油泥雜質進行徹底過濾清洗，將添加劑配成母液，通過平板式濾油機加到油系統中，從而達到延長#1機透平油使用時間的目的。油中T501抗氧化劑的添加注意以下兩點：

（1）感受性試驗：通過油的氧化（老化）試驗，其結果若有一項指標較不加T501抗氧化劑的原油提高20%～30%，而其余指標均無不良影響時，則認為此油對該抗氧化劑有感受性。實踐證明，國產油對T501抗氧化劑的感受性較好，而且成品油均添加了T501抗氧化劑。使用單位若需補加抗氧化劑油時，一般只需測定T501的含量和油質老化情況決定添加，而不必再做感受性試驗。但是，對不明牌號的新油、進口油，以及各種再生油和老化、污染情況不明的運行油，則應做感受性試驗以確定是否適宜添加和添加時的有效劑量。

（2）抗氧化劑有效劑量的確定

對許多新油來說，T501抗氧化劑在油中的添加量與油的氧化安定性有密切關系。研究發現，加有T501抗氧化劑的油在人工老化過程中油質的變化與T501的含量降低有一定規律性：a.T501含量降低小于原始加入量的30%時，油質的變化不大明顯（指酸值、介損）；b.T501含量降低到原始加入量的30%～50%時，油質開始有變化；c.T501含量降低到大于原始加入量的50%時，則油質變化迅速，酸值和介損急劇升高。

大量試驗資料表明，T501抗氧化劑在油中添加的有效劑量為0.3%～0.6%左右，高于0.6%～1.0%，對有的油氧化壽命提高不多；而低于0.3%，許多油的氧化壽命卻不能達到要求。故我國規定：新油或再生油中，T501抗氧化劑的含量為0.3%～0.5%。

由上述可知：對運行中油T501抗氧化劑的含量應不低于0.15%，同時在這一含量下進行T501的補加，效果較好。當然在進行補加時還應控制運行油的pH值不小于5.0為好。

3.2 機組現場添加措施及步驟

運行中油添加T501抗氧化劑，一般宜在設備停運或檢修期間進行。添加前應清除設備內和油中的油泥、水分和雜質，減少雜質對降低T501抗氧化效果的影響。先在實驗室進行溶解試驗以確定添加劑量。具體加入方法為：

（1）熱溶解法：從設備中放出適量的油，加熱至50～60℃，將所需量的T501加入油中，邊加入邊攪拌，使T501完全溶解，配制成一定濃度的母液（一般為5%左右），待母液冷卻到室溫后，以壓濾機送入變壓器內，并繼續進行循環過濾，使藥劑和油充分混合均勻。過程中注意油和系統要避免受到高于70℃的熱輻射和外界污染物侵入。

（2）從熱紅吸器中添加：將T501按所需要的量分散放在熱虹吸器上部的硅膠層內，由設備內通向熱虹吸器的熱油流將藥劑慢慢溶解，并隨油流帶入設備內混勻。

3.3 后續跟蹤

添加完T501抗氧化劑后還應注意后續跟蹤分析監督，方法如下：

（1）取混合均勻油樣，油質全分析。需要特別注意分析顆粒度、氧化安定性、T501含量等指標。

（2）T501加入后的分析項目和周期：按72小時、一個月、三個月的周期取樣化驗酸值、水分、粘度，閃點在24、48小時穩定后，可按正常周期分析。T501含量、氧化安定性按照三個月、半年進行分析，穩定以后按正常周期分析。

（3）汽機專業和化學專業注意觀察油系統的運行狀

況，如有異常情況及時進行處理。

4 建議

（1）501抗氧化劑在運行中是要逐漸消耗的，因此要定期測定油中T501抗氧化劑含量，保證T501抗氧化劑在油中的余量不低于0.15%，也就是說油中T501抗氧化劑含量下降到接近0.15%時，就要補加T501。這樣才能保持運行中油質良好。

（2）劣化油對油泥的溶解能力較新油大，當劣化油中加入較多新油時，懸浮態的油泥直接影響汽輪機的運行。因此禁止利用混油的辦法來改善劣化油品質。

（3）隨著蒸汽輪機的發展，汽輪機油的氧化安定性要求越來越高，我國起步較晚但發展迅速，汽輪機油規格應注重氧化安定性等，加強油品氧化安定性的檢測，保證油品使用壽命。

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