《運(yùn)行中氫冷發(fā)電機(jī)用密封油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（編制說明）

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

合同編號(hào)：TK-18-TYK24

報(bào)告編號(hào)：TPRI/TK-RA-XXX-2019

運(yùn)行中氫冷發(fā)電機(jī)用密封油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

編制說明

（征求意見稿）

西安熱工研究院有限公司

2019年6月

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

目錄

1任務(wù)來源.....................................................................................................................................4

2修訂依據(jù).....................................................................................................................................4

3修訂過程.....................................................................................................................................7

4修訂內(nèi)容及說明........................................................................................................................7

4.1國內(nèi)外現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于氫冷發(fā)電機(jī)密封油質(zhì)量的規(guī)定.................................7

4.2研究內(nèi)容及擬修訂質(zhì)量.................................................................................8

4.3數(shù)據(jù)普查.........................................................................................................9

4.3.1數(shù)據(jù)普查匯總.......................................................................................9

4.3.2數(shù)據(jù)普查情況分析...............................................................................9

4.4氫氣純度-密封油含氣量試驗(yàn)研究..............................................................10

4.4.1發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣和密封油的量的調(diào)研.................................................11

4.4.2氫氣純度-密封油含氣量（代入礦物絕緣油Ki值）試驗(yàn)...............11

4.4.3密封油中溶解氣體各組分氣體分配系數(shù)（Ki值）測定.................14

4.4.4氫氣純度-密封油含氣量（代入渦輪機(jī)油Ki值）試驗(yàn)...................15

4.4.5密封油含氣量規(guī)定.............................................................................19

4.4.6密封油含氣量計(jì)算與校正.................................................................21

4.5本次修訂內(nèi)容...............................................................................................22

4.5.1修訂了標(biāo)準(zhǔn)的范圍.............................................................................23

4.5.2修訂了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性引用文件.........................................................23

4.5.3增加了術(shù)語和定義.............................................................................23

4.5.4修訂了運(yùn)行中氫冷發(fā)電機(jī)用密封油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).................................23

4.5.5修訂了運(yùn)行中氫冷發(fā)電機(jī)用密封油相關(guān)指標(biāo)的檢測周期.............26

4.5.6調(diào)整了原標(biāo)準(zhǔn)“5常規(guī)檢驗(yàn)周期和檢驗(yàn)項(xiàng)目”部分條款的順序......27

4.5.7增加了資料性附錄.............................................................................27

4.5.8依據(jù)GB/T1.1-2009對(duì)原標(biāo)準(zhǔn)的格式進(jìn)行了修訂...........................27

參考文獻(xiàn)........................................................................................................................................28

附表1氫冷發(fā)電機(jī)單流環(huán)密封油系統(tǒng)數(shù)據(jù)普查...........................................................29

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

附表2氫冷發(fā)電機(jī)雙流環(huán)密封油系統(tǒng)數(shù)據(jù)普查...........................................................38

1任務(wù)來源

本標(biāo)準(zhǔn)的修訂根據(jù)國家能源局下達(dá)的國能綜通科技2018[100]號(hào)文<關(guān)于

2018年能源領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制（修）訂計(jì)劃及英文版翻譯出版計(jì)劃的通知>，對(duì)

DL/T705-1999《運(yùn)行中氫冷發(fā)電機(jī)用密封油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行修訂（計(jì)劃編號(hào)為

能源20180659），由西安熱工研究院有限公司、國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研

究院、內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院、華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司、國網(wǎng)山東省

電力公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院聯(lián)合完成。

2修訂依據(jù)

（1）DL/T705-1999《運(yùn)行中氫冷發(fā)電機(jī)用密封油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》于1999年第

一次制定，對(duì)運(yùn)行中氫冷發(fā)電機(jī)密封油質(zhì)量的監(jiān)控起到了積極的作用。然而迄今

為止，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施已有20年之久，其中關(guān)于引用標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量規(guī)定、檢驗(yàn)周期

和檢驗(yàn)項(xiàng)目等內(nèi)容均需結(jié)合行業(yè)發(fā)展進(jìn)行修訂及改進(jìn)。

（2）密封油的質(zhì)量應(yīng)使密封油在保證具有良好潤滑和密封性能的同時(shí)，對(duì)

氫氣的濕度（露點(diǎn)）和純度不產(chǎn)生影響?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)影響發(fā)電機(jī)氫氣濕度（露點(diǎn)）

的密封油質(zhì)量指標(biāo)做了規(guī)定，但缺少限定影響氫氣純度的指標(biāo)。

近年來隨著大容量、高參數(shù)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、投運(yùn)，因氫氣純度下降帶

來的發(fā)電機(jī)冷卻效率下降、機(jī)內(nèi)絕緣材料老化、頻繁置換排補(bǔ)氫等一系列問題頻

發(fā)。當(dāng)氫冷發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)入其他氣體后（如油煙、空氣和水汽等），氫氣的冷卻效

果會(huì)受到影響，對(duì)發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行帶來一系列危害。首先，油煙和水汽在線

棒端部絕緣表面或綁扎結(jié)構(gòu)表面構(gòu)成擊穿放電通道，潮濕的油煙使絕緣間隙中的

氫氣介質(zhì)性能變差，為定子線棒端部絕緣擊穿事故提供了外部條件；其次，在發(fā)

電機(jī)內(nèi)部風(fēng)扇的作用下，油煙、空氣和水汽源源不斷地進(jìn)入機(jī)內(nèi)，導(dǎo)致機(jī)內(nèi)氫氣

純度迅速下降，氣體密度增大，增加了發(fā)電機(jī)的通風(fēng)損耗，降低了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行

效率，同時(shí)也增加了排污、補(bǔ)氫次數(shù)和補(bǔ)氫量，直接威脅發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性

及經(jīng)濟(jì)性。

針對(duì)氫冷發(fā)電機(jī)氫氣純度下降問題，我院前期已開展了以下工作：

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

①分析了導(dǎo)致氫冷發(fā)電機(jī)氫氣純度下降的影響因素及根本原因；

②研究了密封油與氫氣中各氣體組分及含量間的關(guān)系。

以下是部分氫冷發(fā)電機(jī)氫氣及密封油中氣體組分及含量檢測情況。根據(jù)表中

數(shù)據(jù)可知，在發(fā)電機(jī)氣樣中，除氫氣外，還含有其他氣體如空氣（氧氣、氮?dú)猓?/p>

少量的一氧化碳和二氧化碳以及極少量的油的分解氣體（烴類氣體，如甲烷、乙

烯、乙烷等）；在密封油油樣中，油中的溶解氣體主要是大量的空氣（氧氣、氮

氣）、少量的一氧化碳、二氧化碳以及極少量的油的分解氣體（烴類氣體，如甲

烷、乙烯、乙烷等），并含有一定量的氫氣。由對(duì)比可以看出，密封油中除氫氣

外的氣體組分與氫氣純度下降后、排補(bǔ)氫前發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣中的雜質(zhì)氣體組分相對(duì)

應(yīng)，說明密封油中含有的空氣等組分是發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的污染源。

表1某500MW氫冷發(fā)電機(jī)氫氣及密封油中氣體組分及含量

單位：μL/L

氣體組分發(fā)電機(jī)內(nèi)氣樣（排補(bǔ)氫前取樣）密封油油樣

甲烷3.581.31

乙烷0.340.26

乙烯1.520.70

乙炔0.000.22

氫氣/2861.98

氧氣1751.3818726.53

氮?dú)?5762.5050857.21

一氧化碳363.7630.41

二氧化碳0.00722.14

含氣量（氫氣除外）——7.03%

注：單流環(huán)密封油系統(tǒng)，機(jī)內(nèi)氫氣純度控制在98%以上時(shí)，日均補(bǔ)氫量約82Nm3/d，其

中日均提純補(bǔ)氫量約61.5～65.6Nm3/d。

表2某500MW氫冷發(fā)電機(jī)氫氣及密封油中氣體組分及含量

單位：μL/L

氣體組分發(fā)電機(jī)內(nèi)氣樣（排補(bǔ)氫前取樣）密封油油樣

甲烷2.291.35

乙烷//

乙烯0.72.00

乙炔/0.49

氧氣2253.1528702.3

氮?dú)?1989.2469680.38

一氧化碳4.492.45

5

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

二氧化碳111.52358.22

含氣量（氫氣除外）——9.87%

注：單流環(huán)密封油系統(tǒng)，機(jī)內(nèi)氫氣純度控制在96%以上時(shí)，日均補(bǔ)氫量約60～80Nm3/d。

表3某600MW氫冷發(fā)電機(jī)氫氣及密封油中氣體組分及含量

單位：μL/L

發(fā)電機(jī)內(nèi)氣樣（排補(bǔ)氫

氣體組分氫側(cè)密封油油樣空側(cè)密封油油樣

前取樣）

甲烷0.350.531.31

乙烷/1.16/

乙烯0.230.151.94

乙炔/0.090.35

氫氣///

氧氣2695.384491.4227324.1

氮?dú)?0289.2512650.8668205.8

一氧化碳192.762.432.45

二氧化碳85.97264.62364.55

含氣量（氫氣除

——1.7%9.59%

外）

注：雙流環(huán)密封油系統(tǒng)，機(jī)內(nèi)氫氣純度控制在96%以上時(shí)，日均提純補(bǔ)氫量約60Nm3/d。

表4某330MW氫冷發(fā)電機(jī)氫氣及密封油中氣體組分及含量

單位：μL/L

發(fā)電機(jī)內(nèi)氣樣（排補(bǔ)氫

氣體組分氫側(cè)密封油油樣空側(cè)密封油油樣

前取樣）

甲烷0.60.431.13

乙烷0.030.310.28

乙烯0.582.483.25

乙炔0.170.521.18

氫氣/11889.0310108.74

氧氣9488.911278.8319689.95

氮?dú)?7716.972639.2940144.18

一氧化碳142.472.5918.35

二氧化碳/1684.39178.01

含氣量（氫氣除

——0.18%7.01%

外）

注：雙流環(huán)密封油系統(tǒng)，機(jī)內(nèi)氫氣純度控制在96%以上時(shí)，日均提純補(bǔ)氫量約40Nm3/d。

研究表明，發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度的下降與其接觸的密封油的質(zhì)量尤其是密封油

中含有的除氫氣外的其他氣體有關(guān)。為保持發(fā)電機(jī)氫氣純度的穩(wěn)定，需控制密封

油的“含氣量”或油中“雜質(zhì)氣體含量”，這是本次標(biāo)準(zhǔn)修訂中的一項(xiàng)重要工作，

6

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

迫切需要結(jié)合氫冷發(fā)電機(jī)對(duì)其冷卻用氫氣純度的要求，研究密封油對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣

純度的影響，并對(duì)相關(guān)指標(biāo)加以限定，在運(yùn)行中及時(shí)監(jiān)督和維護(hù)，從而確保發(fā)電

機(jī)冷卻用氫氣具有良好的使用性能并保證氫冷發(fā)電機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（3）密封油本身也是渦輪機(jī)油，一般源于汽輪機(jī)主機(jī)潤滑系統(tǒng)，其質(zhì)量的

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T7596[2]先后已經(jīng)過多次修訂，新標(biāo)準(zhǔn)GB/T7596-2017《電廠運(yùn)行

中礦物渦輪機(jī)油質(zhì)量》對(duì)運(yùn)行渦輪機(jī)油的質(zhì)量也做出了相應(yīng)修訂，因此需結(jié)合新

標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)運(yùn)行中氫冷發(fā)電機(jī)用密封油的監(jiān)督項(xiàng)目、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢測周期一并修訂。

3修訂過程

接受本標(biāo)準(zhǔn)修訂任務(wù)后，通過查閱現(xiàn)有文獻(xiàn)資料、聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)各參編單位進(jìn)行

全國性的數(shù)據(jù)普查、設(shè)計(jì)并開展相關(guān)試驗(yàn)、并結(jié)合電力生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)DL/T

705-1999《運(yùn)行中氫冷發(fā)電機(jī)用密封油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行了修訂，形成了本標(biāo)準(zhǔn)的

征求意見稿。具體修訂過程如下：

（1）2019年1月～2019年3月

細(xì)化研究方案及標(biāo)準(zhǔn)修訂工作內(nèi)容，規(guī)定試驗(yàn)項(xiàng)目、檢測方法、擬修訂指標(biāo)，

制定工作進(jìn)度表，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)普查表格，聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)各參編單位，在全國范圍內(nèi)進(jìn)行

數(shù)據(jù)普查。

（2）2019年4月～2019年5月

數(shù)據(jù)普查情況匯總、分析，并開展系統(tǒng)性試驗(yàn)，研究氫冷發(fā)電機(jī)氫氣純度和

密封油的“含氣量”或油中“雜質(zhì)氣體含量”間的關(guān)系。

（3）2019年6月

結(jié)合數(shù)據(jù)普查及試驗(yàn)情況并參考現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，完成標(biāo)準(zhǔn)修訂的征求意見稿。

4修訂內(nèi)容及說明

4.1國內(nèi)外現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于氫冷發(fā)電機(jī)密封油質(zhì)量的規(guī)定

目前對(duì)于國內(nèi)外大容量發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)定子繞組、鐵芯、轉(zhuǎn)子的冷卻方式

主要有三種：全氫冷系統(tǒng)、水-氫-氫冷卻系統(tǒng)和水-水-空冷卻系統(tǒng)（雙水內(nèi)冷），

7

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

其中，水-氫-氫冷卻系統(tǒng)即指發(fā)電機(jī)定子繞組用水進(jìn)行冷卻，而發(fā)電機(jī)的鐵芯和

轉(zhuǎn)子繞組用氫氣進(jìn)行冷卻。該系統(tǒng)中，油密封裝置及密封油被用于發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣

的密封。

由于發(fā)電機(jī)組冷卻方式的不同，專門針對(duì)氫冷發(fā)電機(jī)密封油質(zhì)量的研究及相

關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立較少。經(jīng)檢索，關(guān)于密封油相關(guān)性能指標(biāo)對(duì)氫冷發(fā)電機(jī)的影響及其

質(zhì)量要求，國際上并未建立對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)手段，而國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)即為現(xiàn)行的DL/T

705-1999《運(yùn)行中氫冷發(fā)電機(jī)用密封油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，本次標(biāo)準(zhǔn)修訂工作正是在國

內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的技術(shù)完善。

4.2研究內(nèi)容及擬修訂質(zhì)量

（1）研究影響氫冷發(fā)電機(jī)氫氣純度的因素以及運(yùn)行密封油含氣量或油中雜

質(zhì)氣體含量、密封油水分、密封油泡沫特性等指標(biāo)對(duì)發(fā)電機(jī)氫氣純度或日耗氫量

的影響，具體為：

①數(shù)據(jù)普查，即在全國范圍內(nèi)對(duì)氫冷發(fā)電機(jī)（包括單流環(huán)和雙流環(huán)密封油系

統(tǒng)）的日耗氫量及密封油質(zhì)量進(jìn)行數(shù)據(jù)普查調(diào)研，分析“氫氣純度控制水平-日

耗氫量-密封油含氣量或油中雜質(zhì)氣體含量-密封油水分-密封油泡沫特性”間的

關(guān)系，得出氫氣純度穩(wěn)定保持在良好水平（≥96%注1）、且發(fā)電機(jī)日耗氫量保持

在7～12Nm3/d注2時(shí)密封油各項(xiàng)指標(biāo)的控制水平；

注1：DL/T1164-2012《汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行導(dǎo)則》[3]規(guī)定“氫氣純度按容積計(jì)應(yīng)在96%以

上，最好運(yùn)行在98%以上以提高效率。氫氣中氧的體積分?jǐn)?shù)不得超過0.5%”。故，此處將

機(jī)內(nèi)氫氣純度良好水平規(guī)定為≥96%。

注2：DL5068-2014《發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]規(guī)定“300MW機(jī)組每日耗氫量7～

10Nm3/d，600MW機(jī)組每日耗氫量10～12Nm3/d，1000MW機(jī)組每日耗氫量8～12Nm3/d”。

②系統(tǒng)性試驗(yàn)，即設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，研究“氫氣純度-密封油

含氣量或油中雜質(zhì)氣體含量”間的關(guān)系，找出氫氣純度≥96%時(shí)的密封油含氣量

或油中雜質(zhì)氣體含量，將其作為本次標(biāo)準(zhǔn)修訂擬增加的項(xiàng)目其質(zhì)量要求的理論數(shù)

據(jù)基礎(chǔ)。

（2）從穩(wěn)定發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度的角度出發(fā)，提出運(yùn)行中密封油的質(zhì)量控制

指標(biāo)，主要包括以下幾方面：

8

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

①密封油通常以主機(jī)潤滑油作為油源，而發(fā)電機(jī)氫氣中的其他氣體主要源于

密封油中的空氣及油的分解氣體。本次標(biāo)準(zhǔn)修訂將增加對(duì)密封油含氣量或油中雜

質(zhì)氣體含量的質(zhì)量要求，具體質(zhì)量指標(biāo)將結(jié)合數(shù)據(jù)普查情況及試驗(yàn)結(jié)果確定；

②保持密封油水分≤50mg/L的質(zhì)量要求不變；

③結(jié)合GB/T7596-2017《電廠運(yùn)行中礦物渦輪機(jī)油質(zhì)量》，擬增加密封油“抗

乳化性”，將“機(jī)械雜質(zhì)”修訂為“顆粒污染等級(jí)”，一并修訂“外觀、運(yùn)動(dòng)黏

度、閃點(diǎn)、酸值、空氣釋放值、泡沫特性”等項(xiàng)目。

4.3數(shù)據(jù)普查

4.3.1數(shù)據(jù)普查匯總

1、本次數(shù)據(jù)普查涉及全國范圍內(nèi)29臺(tái)單流環(huán)密封油系統(tǒng)、55臺(tái)雙流環(huán)密

封油系統(tǒng)的氫冷發(fā)電機(jī)，普查情況詳見本報(bào)告附表1及附表2；

2、將DL/T703《絕緣油中含氣量的氣相色譜測定法》作為試驗(yàn)方法檢測密

封油和發(fā)電機(jī)氫氣中氣體組分及含量，使用50℃時(shí)國產(chǎn)礦物絕緣油的氣體分配

[5]

系數(shù)Ki值（GB/T17623中表5）。無法用色譜法檢測密封油含氣量的部分樣品，

用DL/T423《絕緣油中含氣量的測定方法真空差壓法》[6]檢測油中總含氣量。

4.3.2數(shù)據(jù)普查情況分析

1、數(shù)據(jù)普查涵蓋了200～1000MW氫冷發(fā)電機(jī)組，包括29個(gè)單流環(huán)密封油

系統(tǒng)及55個(gè)雙流環(huán)密封油系統(tǒng)；

2、在氫冷發(fā)電機(jī)氫氣純度控制方面，普查的發(fā)電機(jī)氫氣純度最低控制水平

均在96%以上，一些發(fā)電機(jī)氫氣純度控制水平在98%以上；

3、根據(jù)發(fā)電機(jī)日耗氫量應(yīng)保持在7～12Nm3/d的要求，對(duì)于單流環(huán)密封油

系統(tǒng)的氫冷發(fā)電機(jī)，有18臺(tái)符合該要求，合格率為62.1%，有11臺(tái)不符合該要

求，不合格率為37.9%；對(duì)于雙流環(huán)密封油系統(tǒng)的氫冷發(fā)電機(jī)，有41臺(tái)符合該

要求，合格率為74.5%，有14臺(tái)不符合該要求，不合格率為25.5%。由此可以

看出，約1/4～1/3的氫冷發(fā)電機(jī)日耗氫量偏大，超出設(shè)計(jì)要求；

4、對(duì)于單流環(huán)密封油系統(tǒng)，密封油的油源直接來自于主機(jī)潤滑系統(tǒng)，因主

機(jī)潤滑油含有較多空氣，故密封油中除氫氣外的其他氣體含量基本等于密封油的

總含氣量，可直接通過密封油中總含氣量的水平來體現(xiàn)密封油中各氣體組分含量

9

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

水平。對(duì)于雙流環(huán)密封油系統(tǒng)，空側(cè)密封油的油源直接來自于主機(jī)潤滑系統(tǒng)，因

主機(jī)潤滑油含有較多空氣，故空側(cè)密封油中除氫氣外的其他氣體含量基本等于或

略少于空側(cè)密封油的總含氣量，可直接通過密封油中總含氣量的水平來體現(xiàn)密封

油中各氣體組分含量水平；氫側(cè)密封油的油源來自于空側(cè)密封油，因其在相對(duì)獨(dú)

立的氫側(cè)油路中循環(huán)，與外界大氣及空側(cè)密封油進(jìn)行交換的氣體的量較少，受到

的污染相對(duì)較少，故氫側(cè)密封油中除氫氣外的其他氣體含量少于氫側(cè)密封油的總

含氣量，且兩者均少于空側(cè)密封油含氣量；

5、無論是單流環(huán)密封油系統(tǒng)還是雙流環(huán)密封油系統(tǒng)，密封油的“水分”均

在50mg/L范圍內(nèi)，合格率100%，少部分密封油的“泡沫特性”不符合現(xiàn)行標(biāo)

準(zhǔn)中的要求；

6、個(gè)別氫冷發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)無取樣點(diǎn)（或無法從取樣點(diǎn)取樣），故部分電

廠從主機(jī)潤滑油箱取樣檢測；少數(shù)電廠未按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求定期監(jiān)督運(yùn)行密封

油的質(zhì)量。

4.4氫氣純度-密封油含氣量試驗(yàn)研究

根據(jù)數(shù)據(jù)普查情況可以看出，約有1/4～1/3的氫冷發(fā)電機(jī)其日耗氫量不符合

DL5068-2014《發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，因此，對(duì)運(yùn)行密封油含氣量或油

中雜質(zhì)氣體的含量進(jìn)行控制具有重要意義。除雙流環(huán)系統(tǒng)氫側(cè)密封油以外，對(duì)于

單流環(huán)密封油系統(tǒng)以及雙流環(huán)密封油系統(tǒng)的空側(cè)密封油而言，油中除氫氣外的其

他雜質(zhì)氣體含量基本等于密封油的總含氣量，因此可通過控制密封油“含氣量”

來控制發(fā)電機(jī)氫氣純度。

為研究“氫氣純度-密封油含氣量”間的關(guān)系，開展以下試驗(yàn)：

1、制備不同含氣量的密封油并測試其含氣量。有資料顯示[8]，“密封油在

一個(gè)大氣壓下，溫度為25℃時(shí)氣體的溶解度約為10%（進(jìn)入空側(cè)回油箱的潤滑

油回油溫度約為65℃，其要小于25℃時(shí)的溶解度，保守取25℃時(shí)氣體的溶解度），

飽和氫氣含量為7%”，故試驗(yàn)先制備飽和含氣量的密封油，再通過真空脫氣法、

依次制備不同梯度含氣量的密封油；

2、在各含氣量下，按照DL/T703《絕緣油中含氣量的氣相色譜測定法》中

的試驗(yàn)方法，對(duì)不同體積比的氫氣和密封油在恒溫下進(jìn)行機(jī)械振蕩脫氣，使氣-

10

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

液兩相中的氣體分配達(dá)到平衡，測試平衡后氣相中各組分的含量，并計(jì)算氫氣在

所有氣體中所占的比例，該比例即可視為氫氣的純度。因氫冷發(fā)電機(jī)密封油的運(yùn)

行溫度約50℃，故仍舊將50℃作為恒溫振蕩脫氣與平衡的試驗(yàn)溫度。

4.4.1發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣和密封油的量的調(diào)研

為明確試驗(yàn)中進(jìn)行振蕩脫氣與平衡的氫氣和密封油的量，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情

況，調(diào)研如下：

1、某發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)密封瓦處正常油流量為50L/min，如按照“振蕩脫氣+平

衡=30min”的試驗(yàn)時(shí)間計(jì)算，即約1.5m3的密封油參與振蕩脫氣和平衡。發(fā)電機(jī)

充氫330m3，故V氫氣：V密封油=330：1.5=220：1。

2、某發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)汽端和勵(lì)端兩側(cè)密封瓦處正常油流量共計(jì)300L/min，如

按照“振蕩脫氣+平衡=30min”的試驗(yàn)時(shí)間計(jì)算，即約9m3的密封油參與振蕩脫

氣和平衡。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)機(jī)內(nèi)額定氫壓0.41MPa，機(jī)內(nèi)氫氣體積600～700m3，

故V氫氣：V密封油=600～700：9=67～78：1。

3、某發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)密封瓦處正常油流量為汽端：95.2L/min；勵(lì)端：95.2L/min，

共計(jì)190.4L/min，如按照“振蕩脫氣+平衡=30min”的試驗(yàn)時(shí)間計(jì)算，即約5.712m3

的密封油參與振蕩脫氣和平衡。發(fā)電機(jī)內(nèi)充氫375m3，故V氫氣：V密封油=375：

5.712=66：1。

4、某發(fā)電機(jī)密封瓦處空側(cè)油量兩端共110×2L/min，氫側(cè)油量25.4×2L/min，

即51L/min的氫側(cè)密封油在密封瓦處參與氫氣的密封，如按照“振蕩脫氣+平衡

=30min”的試驗(yàn)時(shí)間計(jì)算，即約1.53m3的密封油參與振蕩脫氣和平衡。發(fā)電機(jī)

氫氣體積為110m3，故V氫氣：V密封油=110：1.53=72：1。

根據(jù)以上調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在額定氫壓下，發(fā)電機(jī)充氫體積遠(yuǎn)大于單位時(shí)間內(nèi)密封

瓦處能夠與氫氣接觸的油的體積，且在密封瓦接觸面，發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣與氫側(cè)密

封油持續(xù)循環(huán)、流動(dòng)，故無法完全按照發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)計(jì)試驗(yàn)。

因此，參考DL/T703試驗(yàn)方法，使用100mL注射器，在振蕩脫氣和平衡過程中，

氫氣和密封油擬最大按照90mL：10mL的體積比、最小按照50mL：50mL的體

積比來開展試驗(yàn)，詳見表5及表6。

4.4.2氫氣純度-密封油含氣量（代入礦物絕緣油Ki值）試驗(yàn)

11

表5氫氣純度—32號(hào)密封油含氣量試驗(yàn)（代入礦物絕緣油Ki值）

32號(hào)密封油含氣量（代入礦物絕緣油Ki值），%

11.25

9.087.406.104.403.062.171.42

（32號(hào)密封油常溫常

（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫

壓下通空氣6h以上，

氣）氣）氣）氣）氣）氣）氣）

近似飽和）

90mLH2：10mL油

平衡后氣體中H297.5098.3698.3798.7299.0799.1799.7499.40

比例（純度），%

80mLH2：20mL油

平衡后氣體中H296.3696.7096.9398.1499.0299.1699.7399.48

100mL比例（純度），%

注射器70mLH2：30mL油

中H2和平衡后氣體中H292.1695.2595.6196.8897.6198.8199.4399.35

密封油比例（純度），%

的體積60mLH2：40mL油

平衡后氣體中H290.1593.0493.6495.0996.9198.8798.8299.41

比例（純度），%

50mLH2：50mL油

平衡后氣體中H289.0090.3691.1693.1194.8097.7897.3099.03

比例（純度），%

注1：本試驗(yàn)用密封油為統(tǒng)一力妥L-TSA32渦輪機(jī)油新油；

注2：試驗(yàn)方法為DL/T703《絕緣油中含氣量的氣相色譜測定法》，使用50℃時(shí)國產(chǎn)礦物絕緣油的氣體分配系數(shù)Ki值得到含氣量檢測結(jié)果。

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

表6氫氣純度—46號(hào)密封油含氣量試驗(yàn)（代入礦物絕緣油Ki值）

46號(hào)渦輪機(jī)油含氣量（代入礦物絕緣油Ki值），%

13.43

12.688.487.545.404.233.001.92

（46號(hào)密封油常溫常

（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫

壓下通空氣6h以上，

氣）氣）氣）氣）氣）氣）氣）

近似飽和）

90mLH2：10mL油

平衡后氣體中H298.0098.4699.0899.0399.4399.5499.2599.59

比例（純度），%

80mLH2：20mL油

平衡后氣體中H296.5196.7297.8597.4899.0299.1899.5499.67

100mL比例（純度），%

注射器70mLH2：30mL油

中H2和平衡后氣體中H293.6694.5495.9796.4797.5598.0699.1299.14

密封油比例（純度），%

的體積60mLH2：40mL油

平衡后氣體中H290.9191.8693.8493.5196.6197.3198.6899.19

比例（純度），%

50mLH2：50mL油

平衡后氣體中H287.4989.1291.6292.1894.0295.8597.5197.68

比例（純度），%

注1：本試驗(yàn)用密封油為中石油昆侖L-TSA46渦輪機(jī)油新油；

注2：試驗(yàn)方法為DL/T703《絕緣油中含氣量的氣相色譜測定法》，使用50℃時(shí)國產(chǎn)礦物絕緣油的氣體分配系數(shù)Ki值得到含氣量檢測結(jié)果。

13

以上試驗(yàn)以DL/T703《絕緣油中含氣量的氣相色譜測定法》作為試驗(yàn)方法。

然而，該試驗(yàn)得到的密封油含氣量其各組分均是利用GB/T17623《絕緣油中溶解

氣體組分含量的氣相色譜測定法》中“50℃時(shí)國產(chǎn)礦物絕緣油的氣體分配系數(shù)（Ki

值）”得出（見表7），實(shí)際上應(yīng)根據(jù)各組分氣體在密封油（或渦輪機(jī)油）中的

分配系數(shù)進(jìn)行含氣量的計(jì)算。然而，各組分氣體在密封油（或渦輪機(jī)油）中的分

配系數(shù)未知。

表750℃時(shí)國產(chǎn)礦物絕緣油的氣體分配系數(shù)（Ki值）（引自GB/T17623）

氣體Ki氣體Ki氣體Ki

氫（H2）0.06一氧化碳（CO）0.12乙炔（C2H2）1.02

氧（O2）0.17二氧化碳（CO2）0.92乙烯（C2H4）1.46

氮（N2）0.09甲烷（CH4）0.39乙烷（C2H6）2.30

因此，需進(jìn)行密封油中各組分氣體分配系數(shù)（Ki值）的測定，再將測定值代

入用50℃時(shí)國產(chǎn)礦物絕緣油的氣體分配系數(shù)得到的含氣量中，從而換算出密封油

含氣量實(shí)際值。

4.4.3密封油中溶解氣體各組分氣體分配系數(shù)（Ki值）測定

根據(jù)GB/T17623《絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測定法》附錄D“絕

緣油中氣體分配系數(shù)測定法”，在不同時(shí)間、不同環(huán)境溫濕度條件下、由3個(gè)不同

實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行32號(hào)和46號(hào)密封油（渦輪機(jī)油）中氣體分配系數(shù)（Ki值）的測定。

對(duì)于32號(hào)密封油（渦輪機(jī)油）共得到32組數(shù)據(jù)，對(duì)于46號(hào)密封油（渦輪機(jī)油）共

得到24組數(shù)據(jù)。按照格魯布斯（Grubbs）法對(duì)異常值進(jìn)行判斷及剔除，得到32

號(hào)和46號(hào)密封油（渦輪機(jī)油）氣體分配系數(shù)（Ki值），見表8及表9。

表850℃時(shí)32號(hào)密封油（渦輪機(jī)油）的氣體分配系數(shù)（Ki值）

氣體Ki氣體Ki氣體Ki

氫（H2）0.07一氧化碳（CO）0.13乙炔（C2H2）0.95

氧（O2）0.17二氧化碳（CO2）0.95乙烯（C2H4）1.47

氮（N2）0.11甲烷（CH4）0.42乙烷（C2H6）2.29

表950℃時(shí)46號(hào)密封油（渦輪機(jī)油）的氣體分配系數(shù)（Ki值）

氣體Ki氣體Ki氣體Ki

氫（H2）0.07一氧化碳（CO）0.15乙炔（C2H2）1.16

氧（O2）0.18二氧化碳（CO2）1.09乙烯（C2H4）1.80

氮（N2）0.13甲烷（CH4）0.46乙烷（C2H6）2.57

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

4.4.4氫氣純度-密封油含氣量（代入渦輪機(jī)油Ki值）試驗(yàn)

根據(jù)50℃時(shí)國產(chǎn)礦物絕緣油的氣體分配系數(shù)（Ki值）、50℃時(shí)32號(hào)及46號(hào)密

封油（渦輪機(jī)油）的氣體分配系數(shù)（Ki值）以及各組分濃度，按照公式（1）計(jì)

算密封油（渦輪機(jī)油）中溶解氣體各組分的濃度，最終計(jì)算含氣量。

PV'

ig

Xi0.929cis(Ki')…………（1）

101.3isVl

Xi——101.3kPa和293K（20℃）時(shí)，油中溶解氣體i組分濃度，單位為μL/L；

cis——標(biāo)準(zhǔn)氣中i組分濃度，單位為μL/L；

Ai及Ais——樣品氣和標(biāo)準(zhǔn)氣中i組分的平均峰面積，單位為mV·s；

'及'℃、試驗(yàn)壓力下平衡氣體和油樣體積，單位為；

VgVl——50mL

P——試驗(yàn)時(shí)的大氣壓力，單位為kPa；

0.929——油樣中溶解氣體濃度從50℃校正到20℃時(shí)的溫度校正系數(shù)。

根據(jù)公式（1），礦物絕緣油和密封油各組分濃度存在以下關(guān)系，見公式（2）。

'

Vg

Ki絕緣油+'

X絕緣油V

il

'………………（2）

Xi密封油Vg

Ki密封油+'

Vl

15

表10氫氣純度—32號(hào)密封油含氣量試驗(yàn)（代入渦輪機(jī)油Ki值）

32號(hào)密封油含氣量（代入渦輪機(jī)油Ki值），%

11.80

9.587.846.474.693.282.331.53

（32號(hào)密封油常溫常

（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫

壓下通空氣6h以上，

氣）氣）氣）氣）氣）氣）氣）

近似飽和）

90mLH2：10mL油

平衡后氣體中H297.5098.3698.3798.7299.0799.1799.7499.40

比例（純度），%

80mLH2：20mL油

平衡后氣體中H296.3696.7096.9398.1499.0299.1699.7399.48

100mL比例（純度），%

注射器70mLH2：30mL油

中H2和平衡后氣體中H292.1695.2595.6196.8897.6198.8199.4399.35

密封油比例（純度），%

的體積60mLH2：40mL油

平衡后氣體中H290.1593.0493.6495.0996.9198.8798.8299.41

比例（純度），%

50mLH2：50mL油

平衡后氣體中H289.0090.3691.1693.1194.8097.7897.3099.03

比例（純度），%

注1：本試驗(yàn)用密封油為統(tǒng)一力妥L-TSA32渦輪機(jī)油新油；

注2：試驗(yàn)方法為DL/T703《絕緣油中含氣量的氣相色譜測定法》，使用50℃時(shí)32號(hào)渦輪機(jī)油的氣體分配系數(shù)Ki值得到含氣量檢測結(jié)果。

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

表11氫氣純度—46號(hào)密封油含氣量試驗(yàn)（代入渦輪機(jī)油Ki值）

46號(hào)密封油含氣量（代入渦輪機(jī)油Ki值），%

14.87

13.999.518.466.184.843.452.24

（46號(hào)密封油常溫常

（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫（真空脫

壓下通空氣6h以上，

氣）氣）氣）氣）氣）氣）氣）

近似飽和）

90mLH2：10mL油

平衡后氣體中H298.0098.4699.0899.0399.4399.5499.2599.59

比例（純度），%

80mLH2：20mL油

平衡后氣體中H296.5196.7297.8597.4899.0299.1899.5499.67

100mL比例（純度），%

注射器70mLH2：30mL油

中H2和平衡后氣體中H293.6694.5495.9796.4797.5598.0699.1299.14

密封油比例（純度），%

的體積60mLH2：40mL油

平衡后氣體中H290.9191.8693.8493.5196.6197.3198.6899.19

比例（純度），%

50mLH2：50mL油

平衡后氣體中H287.4989.1291.6292.1894.0295.8597.5197.68

比例（純度），%

注1：本試驗(yàn)用密封油為中石油昆侖L-TSA46渦輪機(jī)油新油；

注2：試驗(yàn)方法為DL/T703《絕緣油中含氣量的氣相色譜測定法》，使用50℃時(shí)46號(hào)渦輪機(jī)油的氣體分配系數(shù)Ki值得到含氣量檢測結(jié)果。

17

表10及表11是利用50℃時(shí)不同粘度等級(jí)的密封油（渦輪機(jī)油）的氣體分

配系數(shù)（Ki值）得到的在“不同密封油含氣量”及“不同氫氣和密封油體積比”

下平衡后氣體中氫氣的比例，即“平衡氣中氫氣的純度”。由表10及表11可知：

（1）在同一密封油含氣量下，平衡氣中氫氣的純度隨氫氣和密封油體積比

的降低而降低；

（2）在同一氫氣和密封油體積比下，平衡氣中氫氣的純度隨密封油含氣量

的降低而升高；

（3）當(dāng)密封油的含氣量在飽和狀態(tài)（如32號(hào)密封油為11.80%或46號(hào)密封

油為14.87%）時(shí)，只有在平衡前氫氣體積遠(yuǎn)大于密封油體積（如V氫氣：V密封油

=90mL：10mL或V氫氣：V密封油=80mL：20mL）的情況下，平衡氣中氫氣的純度

才滿足≥96%的要求；

（4）當(dāng)密封油的含氣量降至3～4%的水平時(shí)，無論平衡前氫氣和密封油以

何種體積比進(jìn)行振蕩脫氣及平衡，平衡氣中氫氣的純度始終滿足≥96%的要求。

圖1“氫氣純度—密封油含氣量試驗(yàn)”后平衡氣中氫氣純度3D圖

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

圖2“氫氣純度—32號(hào)密封油含氣量試驗(yàn)”后平衡氣中氫氣純度擬合曲線

圖3“氫氣純度—46號(hào)密封油含氣量試驗(yàn)”后平衡氣中氫氣純度擬合曲線

根據(jù)表10、表11中數(shù)據(jù)及擬合曲線，計(jì)算V氫氣：V密封油=50mL：50mL的情

況下、平衡氣中氫氣純度滿足≥96%要求時(shí)對(duì)應(yīng)的密封油含氣量，即：

（1）對(duì)于32號(hào)密封油，y=－1.0559x+99.9912，當(dāng)y=96%時(shí)，x=3.78%；

（2）對(duì)于46號(hào)密封油，y=－0.7976x+99.5188，當(dāng)y=96%時(shí)，x=4.41%。

4.4.5密封油含氣量規(guī)定

根據(jù)4.3章節(jié)數(shù)據(jù)普查情況，分析并規(guī)定如下：

19

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

（1）對(duì)于單流環(huán)密封油系統(tǒng)，密封油的油源直接來自于主機(jī)潤滑系統(tǒng)，密

封油中除氫氣外的其他氣體含量基本等于密封油中總含氣量，油中氫氣含量微乎

其微，故可直接通過密封油中總含氣量水平來體現(xiàn)密封油中雜質(zhì)氣體含量水平。

（2）對(duì)于雙流環(huán)密封油系統(tǒng)：

①空側(cè)密封油的油源直接來自于主機(jī)潤滑系統(tǒng)，空側(cè)密封油中除氫氣外的其

他氣體含量基本等于或略少于空側(cè)密封油的總含氣量，空側(cè)密封油中氫氣含量微

乎其微，故可直接通過空側(cè)密封油總含氣量的水平來體現(xiàn)空側(cè)密封油中雜質(zhì)氣體

含量水平；

②氫側(cè)密封油的油源來自于空側(cè)密封油，因其在相對(duì)獨(dú)立的氫側(cè)油路中循

環(huán)，與外界大氣和空側(cè)密封油進(jìn)行交換的氣體的量較少，受到的污染相對(duì)較少，

故氫側(cè)密封油中除氫氣外的其他氣體含量少于氫側(cè)密封油的總含氣量并均少于

空側(cè)密封油含氣量；

③然而，在雙流環(huán)密封油系統(tǒng)中，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)氫氣純度下降的問題本源在于

空側(cè)密封油含氣量尤其是含有除氫氣外的其他雜質(zhì)氣體含量的高低，通過對(duì)空側(cè)

密封油中雜質(zhì)氣體含量或總含氣量加以限定，可以從源頭上保障雙流環(huán)密封油系

統(tǒng)中所有密封油的潔凈及發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣純度的穩(wěn)定。

（3）數(shù)據(jù)普查中部分機(jī)組發(fā)電機(jī)密封油的含氣量可達(dá)3%、4%左右的水平，

另4.4.4章節(jié)試驗(yàn)也得出“密封油含氣量降至3～4%時(shí)可使氫氣純度始終滿足≥

96%的要求”的結(jié)論。為降低油中含氣量對(duì)機(jī)內(nèi)氫氣純度的影響并使標(biāo)準(zhǔn)具有可

操作性，密封油含氣量以控制在“≤4%”為宜。

因此，結(jié)合以上分析及“氫氣純度—密封油含氣量”試驗(yàn)，無論是32號(hào)還

是46號(hào)密封油，規(guī)定如下：

（1）對(duì)于單流環(huán)密封油系統(tǒng)，密封油含氣量≤4%；對(duì)于雙流環(huán)密封油系統(tǒng)，

空側(cè)密封油含氣量≤4%，氫側(cè)密封油含氣量不作規(guī)定；

（2）試驗(yàn)方法為DL/T703《絕緣油中含氣量的氣相色譜測定法》或DL/T423

《絕緣油中含氣量的測定方法真空差壓法》；

（3）機(jī)組運(yùn)行異常、氫氣純度下降或超標(biāo)時(shí)，應(yīng)使用DL/T703方法進(jìn)行密

封油含氣量及油中各氣體組分及含量的檢測，并對(duì)密封油含氣量進(jìn)行計(jì)算或校

正。

20

西安熱工研究院有限公司技術(shù)報(bào)告

4.4.6密封油含氣量計(jì)算與校正

對(duì)表5、表6、表10及表11中使用不同氣體分配系數(shù)得到的密封油含氣量

進(jìn)行匯總并作圖，詳見表12及圖4。

由圖4含氣量擬合曲線可以發(fā)現(xiàn)，代入礦物絕緣油氣體分配系數(shù)（Ki值）得

到的含氣量與代入密封油（渦輪機(jī)油）氣體分配系數(shù)（Ki值）得到的含氣量之間

具有良好的線性關(guān)系，分析原因?yàn)椋好芊庥停u輪機(jī)油）中的氣體主要是空氣，

即氧氣和氮?dú)獾暮枯^多，其他氣體如氫氣、一氧化碳、二氧化碳及烴類氣體的

含量較少甚至可以忽略不計(jì)，因此對(duì)不同氣體分配系數(shù)計(jì)算的含氣量進(jìn)行擬合、

其實(shí)際是對(duì)氧氣和氮?dú)獾臐舛冗M(jìn)行擬合，而氧氣在礦物絕緣油和密封油（渦輪機(jī)

油）中的分配系數(shù)接近，氮?dú)庠诘V物絕緣油中的分配系數(shù)略低于其在密封油（渦

輪機(jī)油）中的分配系數(shù)，但均具有相關(guān)性。因此，由不同分配系數(shù)計(jì)算的含氣量

擬合后的曲線線性關(guān)系良好，可根據(jù)擬合后的線性方程進(jìn)行礦物絕緣油和密封油

含氣量的換算及校正。

表12代入不同Ki值的密封油含氣量對(duì)照表