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          發電廠汽輪機油的性質及作用淺析與探討

          摘要:本文主要介紹了發電廠汽輪機用油的物理和化學性質,以及汽輪機油在發電廠汽輪機組運行中的作用及質量要求,供各電廠進行汽輪機油質分析時參考。

          1. 前言

              汽輪機油俗稱透平油,是電力系統中重要的潤滑介質,主要用于汽輪發電機組的潤滑系統和調速系統。在汽輪機的軸承中起潤滑和冷卻作用;在調速系統中起傳壓調速作用。汽輪機油用量大,一臺200MW的機組通常需用30——50噸汽輪機油,一個大電廠若加上必需的備用油量,用油量就會更大。隨著電力工業的快速發展,汽輪機油質量的好壞,直接影響汽輪機組的安全經濟運行。這就要求我們能對汽輪機油的作用及性質進行分析,從而發現油質發生變化的原因,以便我們在以后的工作中制定針對性的措施,確保汽輪機用油的品質。
          2. 汽輪機油的作用淺析:

            汽輪機油在汽輪發電機組的潤滑油系統和調速系統中是一個封閉的循環系統。其作用主要有:

          2.1 調速作用

            汽輪機的調速系統主要由調速汽門、伺服閥、錯油門、調速器及其控制系統等部件組成,調速汽門的開大或關小由伺服閥來控制,使汽輪機在負荷變動時,調節蒸汽的進汽量來保持汽輪機額定的轉速;而伺服閥由錯油門、調速器及其控制系統來控制。

          2.2 潤滑作用

            汽輪發電機組的軸承和軸頸其表面的光潔度雖然非常高,但當大軸移動時,若無潤滑劑則處于固體磨擦狀態,汽輪機啟動時軸頸和軸承之間會磨損和發熱,瞬間便會被毀壞。若在汽輪機的軸頸和軸承間加入汽輪機油,在固體磨擦的表面上形成連續不斷的油膜層,從而以液體磨擦代替了固體磨擦,大大減少了磨擦阻力,防止了軸的磨損和毀壞。

            當油分子與金屬表面接觸時,就牢固地與金屬的結晶格子相結合,而且油分子還沿一定方向排列,并擴展到更多層的分子,當軸頸在通入汽輪機油的軸承中轉動時,由于汽輪機油具有一定潤滑性和粘度,它就牢固地粘在軸表面形成一層油分子,而且還吸引鄰近層的油分子一起轉動。軸與軸承之間的間隙呈楔形,而運行著的油分子自間隙較寬的部分被擠到較窄部分,從而形成壓力,在軸與軸承下部之間形成特殊的楔形油層,在此油楔壓力作用下,軸在軸承內被托起,致使軸頸與軸之間形成一層具有一定厚度的油膜,即以液體磨擦代替子固體磨擦,油在其中起到良好的潤滑作用。

          2.3 散熱作用

            運行中的汽輪機油,不斷在系統內循環流動,油溫將不斷升高,其主要原因是軸承內油品的內磨擦產生熱量,其次,由于油與軸頸相接觸,被汽輪機轉子傳來的熱量所加熱,故此,油在系統內循環時,將不斷地帶走設備所產生的熱量,并經冷油器把熱量排出。由此可知,油作為傳熱介質,對系統內的有關設備起到冷卻、散熱的作用。

          2.4 沖洗作用

            由于磨擦產主的金屬碎屑被汽輪機油所帶走,從而起到了沖洗的作用。

          2.5 減振作用

            汽輪機油在磨擦面上形成油膜,使磨擦部件在油膜上運動,即兩磨擦面間墊了一層油墊,因而對設備的振動起到了一定的緩沖作用。
          3. 對發電廠汽輪機油質的要求:

            汽輪機油質量的好壞,直接影響汽輪機組的安全經濟運行,故對汽輪機油的質量具有嚴格的規定和較高的要求:

          3.1 良好的抗氧化安定性:

            汽輪機油在機組中循環速度快,次數多,使用年限較長,并在一定溫度下和空氣、金屬直接接觸;因此要求其在運行中熱穩定性好,氧化沉淀物要少,酸值不應顯著增長。

          3.2 良好的潤滑性能和適當的粘度:

            選擇適當粘度的汽輪機油,其粘度隨溫度變化小,能保證汽輪機組在不同溫度下得到可靠的潤滑。一般在保證潤滑的前提下,盡可能選用粘度較小的油、因其散熱性及抗乳化性能均好一些。

          3.3 良好的抗乳化性能:

            因機組在運行中蒸汽經常從軸封不嚴密處漏入油系統,使油水混合而成乳化液,影響油的潤滑性能和機組的安全運行,故要求汽輪機油具有良好的抗乳化性能,容易與水分離。使漏入潤滑系統內的水分在油箱內能迅速分離排出,以保持油質的正常潤滑和冷卻作用。

          3.4 要具有良好的防銹性能:

            對機件能起到良好的防銹作用。

          3.5 良好的抗泡沫性能:

            油在運行中產生泡沫要少。以利于油的正常循環、潤滑。

          3.6 良好的析氣性能:

            油在運行中于空氣接觸,形成霧沫,油應能快速消除泡沫。

          3.7 具有良好的清潔度:

            油品應有很好的清潔度,以免在磨擦面上破壞油膜,形成干磨擦,造成設備損壞。
          4. 汽輪機油的物理和化學性質:

          4.1 水分、透明度

            透明度是對油品外觀的直觀鑒定,優良油的外觀狀應是清澈透明的,影響油品透明度有內外兩種因素:一是油品在低溫下如呈渾濁現象,主要是油品中可能存在固體烴類;二是如油中混入雜、水分等污染物,可使油的外觀渾濁不清。

            運行中的汽輪機油,在正常運行的情況下,油的外觀應是透明的,但如機組有缺陷,外帶不嚴密或軸封調節不當,容易將汽、水漏入油系統中,油遇水后,特別是已開始老化的油,長期與水混合循環,會使油發生渾濁和乳化。油系統中漏入水、汽后,從外觀看油質渾濁不清和乳化,將破壞油膜,影響油的潤滑性能,嚴重者會引起機組的磨損;同時漏入機組的水分,如長期與金屬部件接觸,金屬表面將產生不同程度的銹蝕,銹蝕產物可引起調速系統的卡澀,甚至造成停機事故,也可引起油的老化。

            當發現運行汽輪機油中有水分或外狀不透明時,要及早查明原因,采取措施,如加強濾油,定期從油箱底部放水等,并要求調整軸封間隙、軸封汽壓,保證機組的油質。

          4.2 粘度

            油品的粘度是評價其流動性的指標,對潤滑作用有決定性的意義。油品的粘度與其化學組成密切相關,使用時受外界條件(溫度、壓力)的影響較大,隨油溫的升高而降低,隨油溫的降低而升高。因汽輪機油需要在不同溫度條件下或在同一機械的不同溫度下工作,這就要求其粘度隨溫度變化越小越好,即在高溫下應保持某種最低粘度,在低溫時也不應有過高的粘度。一般在發電廠3000r/min的機組采用32號汽輪機油。

            汽輪機油由于長期在較高的溫度下運行,油中低分子的組分不斷地揮發掉,同時油在運行的條件下,受空氣、壓力、流速等的影響要逐漸老化,因此在正常情況下,運行中油的粘度要有所增加,粘度增大會影響機組的負荷效率,對機組運行不利,如發現運行中汽輪機油的粘度增大或接近于標準的上限,要及時進行處理,一般處理方法是先用濾油機濾油,除掉油泥、機械雜質等,再投入再生裝置,除掉油中老化產物,直至達到合格標準。

          4.3 密度

            油品密度與油品化學組成關系密切,若油中含有膠質和環烷酸越多則密度越大,運行中油若已逐步被氧化,則密度也有所增大,若油中混入水分、機械雜質都能使油品的密度增加。測定油品的密度對油品生產、貯運和使用有較大的意義,根據油品的密度可初步判斷油品被污染的程度。

          4.4 傾點

            油品在使用過程中隨外界溫度不斷降低,油品的粘度變得越大,流動也越來越困難,當溫度降低至某一范圍時,油品有可能完全失去正常的流動性能,傾點就是表示油品的低溫流動性能。油品的傾點決定于其中石蠟的含量,含量越多油品的傾點越高,為了便于運輸、貯存、保管,在國家標準中,規定汽輪機油的傾點是不低于-7℃。 

          4.5 閃點

            閃點是汽輪機油的一項物理性能指標,它與密度、粘度有密切關系,一般密度、粘度大的油品其閃點也相應的高。從運行意義上來說,閃點是一項安全指標,要求汽輪機油在長期高溫下運行,應安全可靠,一般說來閃點越低,揮發性越大,安全性能越小。

            油在運行中如遇高溫時會引起油的熱裂解反應,油中高分子烴經裂解而產生低分子烴,低分子烴容易蒸發而使油的閃點下降,因此,運行中規定汽輪機油的閃點不比前次測定值低8℃。

          4.6 機械雜質(顆粒度)

            機械雜質是指油中浸入不溶于油的顆粒狀物質,如焊渣、氧化皮、金屬銷、砂粒、灰塵等。油中含有機械雜質,特別是堅硬的固體顆粒,可引起調速系統卡澀,機組轉動部位(軸承、軸瓦)的磨損,嚴重時可引起機組飛車等事故,嚴重地威脅機組安全運行。

          4.7 酸值

            酸值是新汽輪機油和運行中汽輪機油的重要指標,它是反映油老化程度的指標之一,也是新油精制的控制指標之一。運行中的油受溫度、空氣、壓力以及各種雜質的影響,油要逐漸被氧化,油在運行中氧化后很快地形成各種有機酸,如甲酸、乙酸等低分子酸均比較活潑,特別有水存在時,其腐蝕性更強。

          4.8 抗乳化性能和破乳化度

            抗乳化性能是指油品本身在含水的情況下抵抗油的水乳化液形成的能力,其能力的大小用破乳化度來表示。

            破乳化度是評定油品抗乳化性能的質量指標,汽輪機油形成乳化液必須具備三個必要條件,一是必須有互不相溶或不完全相溶的兩種液體;二是兩種混和液應有乳化劑(能降低界面張力的表面活性劑)存在;三是要有形成乳狀液的能量,如強烈的攪拌、循環、流動等。運行中的汽輪機油因受溫度、空氣、水分等到的影響,油要逐漸老化,老化后產生的環烷酸皂類、膠質等物質均是乳化劑。油在運行中往往由于設備或運行調節不當,使汽、水漏入油系統中,引起油質乳化。油乳化后進入軸承潤滑系統,有可能析出水分,破壞了正常的油膜,增大了部件的磨擦,引起局部過熱、軸承磨損、機組振動及銹蝕。嚴重乳化的油有可能沉積于調速循環系統中,致使運行油不能暢通流動,不能引起良好潤滑和調速作用,不及時處理會造成重大事故。為了防止油的乳化,要求汽輪機油必須有良好的破乳化度。

          4.9 析氣性

            汽輪機油在正常條件下,可溶解10%體積的空氣,隨外界壓力的升高而提高,壓力下降時,被溶解的空氣形成小泡釋放出來,評定油品析氣能力通常是用空氣釋放值來表示。

            汽輪機油析氣性能不好,可能會增加油的可壓縮性,導致控制系統失靈,產生噪音和振動,嚴重時會損壞設備;可能降低油泵的有效容積,降低泵的出口壓力,特別是對于離心泵;可能會加速油的劣化變質。

          4.10 泡沫特性

            由于汽輪機油在油系統中是強迫循環方式,空氣激烈地攪動,油面上會產生泡沫和氣泡,泡沫的生成可使油泵油壓上不去影響油的循環潤滑,發生磨損,同時油壓不穩,影響調整,有時可造成油系統出現假油位,因此要求油品要有良好的泡沫特性。

          4.11 抗氧化安定性

            運行中汽輪機油與大量空氣接觸,油的氧化主要是空氣中氧的作用,此外,溫度、壓力、流速、催化劑和其它雜質如水分、塵土等都可促使油的氧化,油的氧化不僅受外界的影響,其內在因素主要是油的化學組成。油的組成不同,不同烴類有不同的氧化傾向,其氧化產物也不同,總之,烴類氧化的最初產物大都是烴基過氧化物,而后分解為酸、醇、酮等,再進一步縮合成樹脂質、膠質、瀝青質等,這些物質會導致油品其它性能的劣化,對運行油帶來一系列不利因素,影響冷油器和潤滑效果,故油品應有良好的氧化安定性。
          5. 汽輪機油的技術管理和安全要求:

          5.1 庫存油管理應嚴格做好油的入庫、儲存和發放三個環節,建立明確的標志和臺帳,防止油的錯用、錯混和油質劣化。

          5.2 根據實際明細建立有關的技術檔案與技術資料。

          5.3 儲油區應嚴格執行防火防爆制度,杜絕油的滲漏與潑灑,地面油污應及時清理,嚴禁煙火。


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