有效降低運行中汽輪機油破乳化時間的方案

2021-05-07 13:52:30劉建，趙印，齊娟

水電與新能源 2021年4期

劉建，趙印，齊娟

(湖北清江水電開發有限責任公司，湖北宜昌 443501)

1 汽輪機油乳化現象及抗乳化性

汽輪機油(即水電站中常用的透平油)的乳化是指油中存在過量水的條件下，油在高速攪拌后形成乳濁液的現象，即運行中的汽輪機油發生乳化必須具備以下條件[1]：

1)油中存在過量水；

2)油和水要在激烈攪拌下混合；

3)存在油質老化后所產生的環烷酸皂類等表面活性劑，即乳化劑。

對于汽輪機油的抗乳化性能指標，在國標GB/T 7596-2017《電廠運行中礦物渦輪機油質量》中明確規定，運行中汽輪機油破乳化時間應小于等于30 min[2]。汽輪機油的抗乳化性能越好，其油水分離所需時間越短，油中過量水分就會較快沉積到油箱底部，此時若及時將水從油箱底部排出，即可減小水對機組軸承和調速器液壓部件運行的影響；但如果汽輪機油乳化加劇，其破乳化時間所需較長，甚至超過國標所要求的30 min，油和水形成的乳化液短時間內就不能有效地分離開來，乳化油充斥在油箱內，就可能破壞油膜、腐蝕金屬部件、加速油質劣化等。而油膜一旦被破壞，機組軸承和調速器液壓元件各金屬部件之間的摩擦就會增大，引起軸承和液壓元件過熱，嚴重時造成軸承和液壓部件磨損、銹蝕導致機組振動或者調速器液壓部件卡阻[3]。因此，要求汽輪機油應具有良好的抗乳化性能。

2 研究過程與方法

2.1 研究對象

2020年4月，對某水電廠運行中的汽輪機油進行化學監督時，發現該運行油的各試驗指標中，抗乳化性指標不合格，該試油的各化驗指標數據見表1。

表1 某廠運行中汽輪機油化學監督試驗數據

由表1可知，該廠運行中的汽輪機油抗乳化性指標已然超出標準要求，而其余各項檢測指標均滿足國標GB/T 7596-2017《電廠運行中礦物渦輪機油質量》規定要求，在綜合考慮之后，給出暫不處理的決定，但這對于機組的安全運行而言，顯然是個隱患。為此，需考慮如何提高該廠運行中汽輪機油的抗乳化性能，即降低其破乳化時間。

根據國標GB/T 14541-2017《電廠用礦物渦輪機油維護管理導則》中要求，對于抗乳化性指標不合格的汽輪機油，應對其進行再生處理，必要時換油[4]。筆者所在公司，目前暫無對運行油進行再生處理的技術，只得考慮更換新油，但鑒于該廠一臺機組所需汽輪機油油量較大，約30 t，整體更換同牌號的新油成本較大，不可取。那么，便考慮部分更換新油以降低運行油的破乳化時間。筆者選取向運行油中添加不同體積的新油，以運行油與新油的比例為研究對象，期望找到在使運行油的破乳化時間降至目標值時，運行油與新油最合適的體積比例，借此降低處理成本。

2.2 試驗步驟及數據處理

1)測定新油的抗乳化性指標，平行試驗為5次，所得數據見表2，該新油的驗收試驗數據見表3，該新油牌號為美孚特力索T46，等級為ISO VG 46，與運行油為同一種油。

表2 新油的破乳化時間試驗數據

表3 新油驗收試驗數據

根據表2和表3的試驗數據可知，該新油的破乳化時間為8 min左右，其余各項指標均滿足GB 11120-2011《渦輪機油》中新油驗收的規定要求[5]。

2)根據二分法，選取運行油與新油體積比例為1∶1時，均勻混合后，取混合油進行抗乳化性試驗，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時間見表4。由表4可知，此比例下的混合油破乳化時間為14 min。

表4 運行油與新油體積比為1∶1的破乳化時間試驗數據

3)選取運行油與新油體積比例為2∶1時，均勻混合后，取混合油進行抗乳化性試驗，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時間見表5。由表5可知，此比例下的混合油破乳化時間為15 min。

表5 運行油與新油體積比為2∶1的破乳化時間試驗數據

(4)選取運行油與新油體積比例為4∶1時，均勻混合后，取混合油進行抗乳化性試驗，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時間見表6。由表6可知，此比例下的混合油破乳化時間為16 min。

表6 運行油與新油體積比為4∶1的破乳化時間試驗數據

5)選取運行油與新油體積比例為8∶1時，均勻混合后，取混合油進行抗乳化性試驗，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時間見表7。由表7可知，此比例下的混合油破乳化時間為18 min。

表7 運行油與新油體積比為8∶1的破乳化時間試驗數據

6)選取運行油與新油體積比例為16∶1時，均勻混合后，取混合油進行抗乳化性試驗，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時間見表8。由表8可知，此比例下的混合油破乳化時間為20 min。

表8 運行油與新油體積比為16∶1的破乳化時間試驗數據

7)選取運行油與新油體積比例為32∶1時，均勻混合后，取混合油進行抗乳化性試驗，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時間見表9。由表9可知，此比例下的混合油破乳化時間為24 min。

表9 運行油與新油體積比為32∶1的破乳化時間試驗數據

8)選取運行油與新油體積比例為64∶1時，均勻混合后，取混合油進行抗乳化性試驗，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時間見表10。由表10可知，此比例下的混合油破乳化時間為28 min。

表10 運行油與新油體積比為64∶1的破乳化時間試驗數據

參考國標GB/T 7596-2017《電廠運行中礦物渦輪機油質量》中運行中汽輪機油破乳化時間應小于等于30 min的規定要求，運行油與新油體積比為64∶1形成的混合油的破乳化時間為28 min，已然接近上限值，故不再進行下一步運行油與新油體積比為128∶1的試驗。

綜上所述，運行油與新油在不同體積比混合時的破乳化時間見表11。

表11 運行油與新油在不同體積比混合時的破乳化時間試驗數據

現以新油在運行油中的體積占比為橫坐標，混油后的破乳化時間為縱坐標，見圖1。

從表11和圖1中可以看出，隨著運行油中新油的體積占比的減小，其破乳化時間依次增加，但并非單純是線性關系，而是呈現一種復雜曲線函數關系。

2.3 目標值選擇

綜合考慮該水電廠汽輪機油使用情況、存量情況及現場油處理難易程度，筆者最后選擇運行油與新油的體積比例為20∶1時的混合比例來降低運行油的破乳化時間。此時，選取運行油與新油體積比例為20∶1時，均勻混合后，取混合油進行抗乳化性試驗，平行測定5次，所得該混合油的破乳化時間見表12。由表12可知，此比例下混合油的破乳化時間為22 min，遠小于國標GB/T 7596-2017《電廠運行中礦物渦輪機油質量》中明確規定的運行中汽輪機油破乳化時間應小于等于30 min的要求，可保證機組日常的運行安全。