汽輪機潤滑油污染與凈化的分析

(黑龍江辰能新能源開發股份有限責任公司，哈爾濱 150090)

0 引 言

近年來國內外大型汽輪發電機組各種事故中軸承故障占較大比例，美國電力工業每年因這類故障產生的損失多達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：油液污染是軸承產生故障的最主要原因，由此而導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約90%以上的機組都發生因油質污染而導致軸頸損傷，軸承損壞事故。一些老機組大修后也發生同類事故。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，加強領導，使每一個參加潤滑油系統檢修、運行和管理的同志，充分認識這一工作的重要性，做好潤滑油系統污染的預防和凈化工作，提高設備健康水平。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 潤滑油污染和發展過程

1.1 污染源及其分類

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

(2)按照污染途徑可分下三個方面：

①系統內存在的潛伏污染物

設備在制造、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、軸承和液壓調節部套等，仍含有大量的潛伏污染物。另外，在液壓系統組裝過程中也將產生大量的污染物，如焊渣、磨屑、氧化皮、鐵繡、砂石、水等。因此，在液壓系統運行初期，系統內潛伏污染物含量較多，危害極大。所以在液壓系統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系統外部引入的污染物

a.液壓系統在進行維修、更換元件時，污染物會被帶進系統。

b.設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系統內部生成的污染物

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

1.2 油質標準和清潔度測定方法

油質清潔度測定方法有：光學顯微鏡顆粒計數法、自動顆粒計數法、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，而自動顆粒計數法快速、準確、重復性較好，但設備價格較高。

1.3 污染與磨損的鏈式反應

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。

設備運行中相對運行的一對運動付存在一定動態間隙，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，導致設備磨損。

某廠#1機在歷次檢查中發現軸瓦、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

沖蝕磨損是系統內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域，使油液氣化，導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沖蝕磨損。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，低速運轉或流體粘度降低而使油膜厚度降低，導致金屬與金屬直接接觸，即“干磨擦”。大型轉子頂軸油異常或斷油而造成的軸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應力反復作用而產生裂紋并逐步擴大，剝落。如：滾子軸承的滾珠及內外圈長期循環碾壓而起皮、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及設備運行和檢修管理的主要問題。若處理不當將會導致粘著磨損，造成設備損壞事故。疲勞磨損可通過壽命管理加以控制，雖不是主要矛盾,但也應予以重視。

1.3.2 磨損與污染的惡性循環

因潤滑油污染而導致各類磨損，產生新的顆粒，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”使油液的污染等級急劇上升，設備磨損加劇 。同時這些磨損產物作為一種催化劑，加據油質變質，形成惡性循環。

1.4 水是液壓潤滑系統重要的污染物

(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存在，一種是游離狀態，一種是溶解狀態。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致元件失效和油質變質。

正常情況下潤滑油進入軸承油楔后，高速旋轉的轉子通過油膜的液體滑動，將其動能轉變為油的內能，壓力和溫度升高。同時通過熱傳導也帶走一部分熱量。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，油中的水分將發生汽化。在油膜中產生氣泡，在軸承間油膜中形成點狀氣塞區，并逐步擴大。氣塞區擊穿油膜后，該點斷油形成干磨擦，導致溫度上升。

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。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。

油液中產生的酸性物質在水分的作用下與金屬表面形成電化學反應，腐蝕系統和設備。表現形式為生銹。生成氧化鐵顆粒，成為系統中的磨料。同時酸性物質軟化金屬表面，降低抗磨能力加速磨損，導致金屬表面脫落，形成腐蝕斑點。

1.5 水和金屬顆粒雙重作用加劇設備損壞

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

2 控制和預防潤滑油污染。

(1)加強制造，安裝過程的質量監督，做好基建全過程管理，控制和最大限度地減少設備內部的固有污染物。加強對設備質量的監造和現場設備的解體、檢修和清掃，這是搞好油系統清潔度的物質基礎。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定執行搞好焊接質量。管道配制后要做好清潔和防腐工作。在系統安裝結束，投運之前認真制訂切實可行的油沖洗和循環方案、扎實地做好油沖洗和循環工作。在取樣、傳送、化驗各環節嚴格執行檢驗標準，不得有隨意性。最后關鍵一環應嚴把檢驗標準關，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，最大限度的減少內部生成的污染物。

在設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，若設計、安裝或調整不當，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，并凝結成水。在運行調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，而在運行調整中往往會片面地為保凝器真空而將軸封供汽調得過高，導致軸承進水量過大。

對于真空而言，即是經濟性問題，又與安全有關。當真空值偏低而相對穩定時，經濟性又是主要問題。而當其相對變化較大時，經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，與經濟性無直接關系，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。同時也應兼顧油中盡量少進水，并采取相應的排水除水措施。除此之外，長期的正常運行中，經濟性和安全性成主要矛盾時，應確保安全性，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，并防止加油設施、管道、油箱、加油口等的二次污染。

③做好油箱與油系統封閉工作，防止空氣及其帶入的塵埃與水蒸汽。

檢修或加油結束后應對油箱進行封閉，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生的油煙的作用，防止其對油液產生污染，防止酸值增加。另一方面又因在系統中建立一定負壓，將水蒸汽、空氣、塵埃從軸封等處吸入油系統，造成二次污染。同時也增加了設備費、運行費和維修費。當系統配有具有再生功能的濾油機時，應統籌考慮：是停開或取消油箱排煙系統，增加定期濾油再生；還是維持該系統，減少定期濾油和再生次數。

⑤對于定期開啟的油泵，軸承的軸徑或調節系統的活塞桿、滑閥等調節部套的動靜密封處應定期做好清潔工作，防止由此進入的污染。

(3)加強設備檢修管理

加強設備檢修管理，主要是要提高認識，一方面要嚴格檢修工藝，二是要嚴把質量驗收關，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，防治二次污染

加強潤滑油濾網的定期清洗工作，保證濾網處于良好的工作狀態，確保其最佳過濾效果。同時要防止濾網清洗時，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

被水和機械雜質污染后潤滑油的酸值將上升，破乳化度也相應上升。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與下游單位體積中同一給定尺寸的顆粒數的比值。它與過濾器材料結構、孔徑有直接關系，濾材的孔徑結構越穩定越均勻，在指定范圍內的過濾比越好；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，并不經濟。過濾器專業制造廠生產的專用過濾器，經過長期實踐，有較豐富的經驗，是比較理想的選擇。

文中通過對潤滑油系統油質污染、預防與凈化的分析希望廣大從事潤滑油系統運行、檢修和油質監督、管理的同志提高對這一問題的認識，認真搞好潤滑油系統的油質管理與監督，提高設備健康水平。