汽輪機油污染的危害及油污染監(jiān)測的現狀

1、汽輪機油污染的危害及油污染監(jiān)測的現狀             【摘要】 論述了汽輪機油污染的危害及油污染監(jiān)測的現狀，對當前汽輪機油污染監(jiān)測中存在的一些問題進行了初步的探討并提出了汽輪機油污染在線監(jiān)測的實施方法?！娟P鍵詞】 油污染監(jiān)測；清潔度；評判方法0 前言 汽輪機油質的好壞直接影響著汽輪機潤滑油系統(tǒng)、氫氣密封油系統(tǒng)和調節(jié)保安系統(tǒng)能否正常工作。西安熱工研究院對國內200 MW及以上機組的顆粒度污染情況進行調查的結果表明：汽輪機油系統(tǒng)顆粒度污染超標在電廠是一個普遍存在的問題1。

2、油中的污染物包括灰塵、土粒、砂粒、鐵屑、金屬微粒、漆皮、纖維物、空氣及水分等，這些污染物對油系統(tǒng)危害極大。對汽輪機潤滑油系統(tǒng)來說，潤滑油中的固體顆粒在滑動軸承承載表面上會加快軸頸與瓦面磨損，使電廠汽輪機組軸頸拉毛磨損、車削成槽的現象頻繁發(fā)生2。根某網局調查及有關資料介紹，19921994年投產的機組中就有5根轉子返廠修理，1989-1994年已有12臺次機組軸頸進行了電刷鍍工作35。特別是近年來，我國新投產的國產300 MW機組，普遍存在或多或少的磨軸現象。對調速系統(tǒng)來說，顆粒狀的固體污染物因各種原因侵入系統(tǒng)，隨油流竄流在各原件和管道中，加大閥芯和閥套摩擦，調節(jié)系統(tǒng)動作遲緩，同時加快噴嘴和節(jié)流

3、口的沖蝕磨損改變形狀尺寸，最終影響調節(jié)系統(tǒng)的性能。尤其是目前大容量機組都采用以高壓抗燃油作為工作介質的DEH系統(tǒng)，其核心部件電液伺服閥是非常精密的電液轉換原件，由油中污染顆粒引起的伺服閥失效的故障更容易發(fā)生。調查資料表明，在所有伺服閥的故障中因油污染(主要是固體顆粒污染)引起的堵塞、卡死、沖蝕等失效故障約占90%。此外，污染的密封油可使壓差閥發(fā)生卡澀，動作不靈，跟蹤性能差，平衡閥靈敏度降低，使得密封瓦氫側油量增加，向發(fā)電機內大量進油。據調查，在國內運行的130多臺200 MW汽輪發(fā)電機組中，都不同程度地存在著上述問題。氫密封系統(tǒng)向發(fā)電機內漏油是電廠普遍存在的一種現象。汽輪機油的污染使得油系統(tǒng)故

4、障頻繁發(fā)生，不僅嚴重影響了生產，也給電廠帶來了很大的經濟損失。長期以來，電廠對運行中的汽輪機油只能做常規(guī)化驗，清潔度用目測法和放大鏡觀察法。油質的檢驗受檢測人員水平的影響，電廠每隔一定時間取油樣到專業(yè)部門進行顆粒度檢測。這些檢驗方式不能滿足對汽輪機油質檢測的要求。1 汽輪機油污染監(jiān)測中存在的問題隨機組容量的增大及控制精度的提高，由油污染引起的機組故障逐漸增多，直接影響了機組的安全運行，對油污染的控制也越來越引起電廠的重視。目前，電廠在裝機或大修后通過對油系統(tǒng)進行沖洗的辦法，減少殘留在汽輪機油中的殘渣、焊渣等初始污染物，且大多數電廠都安裝了油凈化和過濾裝置，在機組運行中當污染度超標時對汽輪機油進

5、行過濾。但對汽輪機油污染的監(jiān)測在電廠還是一項相對薄弱的工作，以致近年來由油污染引起的故障仍不斷發(fā)生。筆者認為，目前我國汽輪機油污染的監(jiān)測中仍存在許多問題。1.1 監(jiān)測管理水平不高相對于以前的小容量機組，大容量機組(200MW及以上機組)軸頸尺寸增大，軸頸表面的線速度增大，象車削一樣，很高的線速度使顆粒與軸頸更容易拉毛磨損；同時轉子質量大，油膜薄，小容量機組運行中油膜厚度一般約為0.20 mm，而大機組的油膜厚度通過實測只有0.05 mm左右，當機組啟動或惰走時油膜會更薄，使得汽輪機組軸頸更易受潤滑油中更多的微小顆粒的損傷。目前，某些電廠對油質的認識仍停留在小機組的水平上，對油污染的危害認識不足

6、，大多數電力安裝部門，僅把油質檢測停留在安裝過程和油循環(huán)上，沒有在油系統(tǒng)的選材、運輸、保管、下料和安裝上實行一套嚴格的、切實可行的監(jiān)測管理制度。由于汽輪機油的清潔度涉及到汽輪機油系統(tǒng)設備的制造、運輸、儲存、安裝及運行監(jiān)督等各個環(huán)節(jié)，因此要想提高汽輪機油的質量必須有一個全系統(tǒng)、全方位的監(jiān)測過程。1.2 缺乏必要的檢測設備由于國內尚沒有合適的油質清潔度檢測儀，而國外的檢測儀價格昂貴且無法應用于汽輪機油質的在線監(jiān)測，電廠大都沒有自己的顆粒計數儀。目前的檢驗方式不能及時發(fā)現汽輪機油清潔度超標現象，通常只有在油污染對系統(tǒng)產生危害后才采取措施。沙嶺子機組由于基建階段汽輪機油質量檢驗工作是靠人工外觀目測或放

7、大鏡觀察來進行的，未能及時發(fā)現汽輪機油中含大量的固體顆粒污染物，曾發(fā)生過機組軸頸、軸瓦嚴重損傷。因此，使用符合要求的檢測設備對使用的汽輪機油質清潔度進行檢測并對長期運行的機組實行清潔度在線檢測是當前對污染度進行及時控制，減少油污染危害的一個重要途徑。1.3 目前的油質評判方法不能客觀地描述油污染危害程度開展對油污染監(jiān)測與控制必須確定一個統(tǒng)一合理的清潔度分級標準。目前電廠大都沿用美國汽車工程協會的SA749D標準及美國航天協會的NASl638標準。它們有一個共同特點，即建立在一個固定的尺寸分布(一般為5個顆粒尺寸范圍)的基礎上。以電廠使用較多的NASl638標準為例，該標準按100 mL油液中5

8、15 m、1525m、2550m、50100m和大于100m 5個尺寸范圍內最大允許顆粒數劃分為12個污染等級，詳見表1。電廠目前清潔度等級的評判方法是，根據檢測結果，確定污染顆粒在各尺寸范圍內的清潔度等級并取其中的最大值作為最終的清潔度等級評判結果。用該評判方法確定的評判結果存在如下問題：實際汽輪機油中顆粒尺寸分布難以同時滿足5個尺寸范圍的規(guī)定，使得NASl638標準在應用過程中往往出現大小尺寸范圍內汽輪機油的清潔度等級相差很大。表2為某電廠汽輪機油的兩次污染度檢測結果，按上述評判方法，其污染度等級皆為12級。從表2中檢測結果可看出，兩次檢測結果中，尺寸分布處于2550 1m的顆粒數相差將近

9、3倍，50100m的顆粒數則相差近9倍。顯然，雖然清潔度等級評定結果皆為12級，但汽輪機油對機組的危害程度顯然不同。因此，按當前油質評定方法確定的評判結果不能很好地反映汽輪機油質對油系統(tǒng)的危害程度。表1 NAS1638清潔度等級標準污染等級 顆粒尺寸范圍（m） 515 1525 2550 50100 100 00 125 22 4 1 0 0 250 44 8 2 0 1 500 89 16 3 1 2 1000 178 32 6 1 3 2000 356 63 11 2 4 4000 712 126 22 4 5 8000 1425 253 45 8 6 16000 2850 506 90

10、16 7 32000 5700 1012 180 32 8 64000 11400 2025 360 64 9 128000 22800 4050 720 128 10 256000 45600 8100 1440 256 11 512000 91200 16200 2880 512 12 1024000 182400 32400 5760 1024 表2 某電廠汽輪機油清潔度檢測結果尺寸范圍（m） 515 1525 2550 50100 100 清潔度等級 顆粒數（100 mL） 962570 14858 1315 47 1 12 顆粒數（100 mL） 976431 15536 3581

11、352 3 12 為彌補這些不足，一個最簡單的方法就是采用單斜率的尺寸分布(即以單位體積內大于某一尺寸的顆粒數目來確定清潔度等級)?；谝陨纤枷?，國際標準化組織(ISO通過了清潔度標準IS04406，以兩個顆粒濃度的等級之比來描述流體的清潔度。兩個濃度的顆粒尺寸規(guī)定為5m和15m，大于5m的顆粒代表由于微小的污染物引起的堵塞、淤積等情況，大于15m的顆粒代表磨損等情況。此標準重點是將515m顆粒數分成若干級，較好地解決了NASl638標準中當實際液壓系統(tǒng)中顆粒尺寸分布難以同時滿足5個尺寸段的規(guī)定，無法用一個等級代號來描述實際流體清潔度的的問題。但目前這種方法的使用也不夠精確，如級與級之間分級過

12、大、無法象NASl638標準那樣清楚地了解對系統(tǒng)危害最大的尺寸段污染顆粒的分布情況等問題。         2汽輪機油污染監(jiān)測問題的探討 汽輪機油污染是國內電廠普遍存在問題，不僅給電廠造成很大的經濟損失，也影響了機組的安全運行。影響機組油系統(tǒng)(包括潤滑油系統(tǒng)、調節(jié)油系統(tǒng)和密封油系統(tǒng))部件性能下降的主要因素是汽輪機油質清潔度、油系統(tǒng)部件的污染敏感度以及工作條件。因此，對汽輪機油污染進行有效的監(jiān)測，將污染度控制在油系統(tǒng)部件要求的范圍內，須進行如下工作。2.1 安裝油質在線監(jiān)測設備目前電廠在機組安裝沖洗以及運行中常用的外

13、觀目測法、放大鏡觀察法及稱重法來判斷油質清潔度的方式已不能滿足大容量機組對汽輪機油質的要求。電廠應安裝油質在線監(jiān)測設備，在機組安裝、維修后進行油系統(tǒng)沖洗及在補充新油過程中對汽輪機油質進行檢測，以保證汽輪機油質符合要求。同時，對運行中的汽輪機油的清潔度進行在線監(jiān)測，在清潔度超標時及時濾油，不僅可以將汽輪機油質控制在系統(tǒng)所要求的目標清潔度范圍內，還可根據汽輪機油清潔度的變化情況及時發(fā)現機組運行中出現的異常情況，在故障早期階段采取措施，避免油污染危害的發(fā)生，保證機組安全可靠的運行。2.2 消除在線監(jiān)測中氣泡、水對檢測結果的影響基于光測法檢測原理，哈爾濱工業(yè)大學已研制出用于汽輪機油質污染的在線檢測設備，在應用過程中發(fā)現，由于現場運行的汽輪機油中含有微小氣泡，影響了檢測精度。同時為消除汽輪機油中水對污染度檢測結果的影響，建議在安裝油質在線檢測裝置的同時，安裝除氣裝置及汽輪機油微水含量檢測裝置對污染度檢測結果進行修正，以提高檢測精度，其安裝原理圖如圖1所示。2.3 改進目前的油質評判方法若要通過油質監(jiān)測有效地控制汽輪機油污染對系統(tǒng)產生的危害，汽輪機油質清潔度等級檢測結果必須能夠反映汽輪機油中固體顆粒對系統(tǒng)的危害程度。由于目前用各尺寸