韋新喻，雷振華，陳 軍

（中電廣西防城港電力有限公司，廣西 防城港538021）

0 引言

潤滑油系統(tǒng)屬于汽輪機輔助系統(tǒng)，是汽輪發(fā)電機組主要輔助系統(tǒng)之一，主要任務(wù)是給汽輪發(fā)電機組軸系各軸承提供潤滑油，為機組轉(zhuǎn)子運行提供保障。由于潤滑油的工作性質(zhì)決定了潤滑油油品的劣變，特別是隨著汽輪發(fā)電機組單機容量的不斷增大，潤滑油的工況更加惡化，在超臨界及超超臨界機組中逐漸發(fā)現(xiàn)軸系軸承的烏金表面出現(xiàn)漆膜現(xiàn)象。為治理漆膜，2019年采用了電荷聚合技術(shù)，將超標(biāo)的潤滑油漆膜傾向指標(biāo)降到標(biāo)準(zhǔn)值以下。

1 汽輪機油的質(zhì)量及性能要求

1.1 良好的潤滑性能及熱交換性能

汽輪發(fā)電機組的動壓軸承是以動壓油膜將轉(zhuǎn)子與軸承的烏金表面脫開，在工作轉(zhuǎn)速下，動壓油膜的厚度大約在0.2 mm左右，最小油膜厚度也在0.07～0.15 mm之間（以可傾瓦和橢圓軸承區(qū)分），由于軸承的職責(zé)是為了保護轉(zhuǎn)子，所以軸承內(nèi)表面選擇硬度（BH）為25左右的較軟烏金。因此，轉(zhuǎn)子、軸承這對摩擦副與潤滑油液的品質(zhì)息息相關(guān)，潤滑油的清潔度將直接影響烏金、轉(zhuǎn)子表面的光潔度及潤滑效果。

潤滑油的另一個任務(wù)是將轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)下的摩擦熱量帶走，起到降低瓦溫、冷卻轉(zhuǎn)子表面的作用，當(dāng)潤滑油中漆膜傾向指數(shù)超標(biāo)后，溶解的油泥（漆膜物）就會飽和析出，最終黏附在軸瓦烏金表面，此時飽和的潤滑油也無法溶解掉已經(jīng)析出的漆膜物質(zhì)。沉積的漆膜層會影響軸瓦的散熱，使軸瓦溫度升高，回油溫度繼而也升高，加速油品老化及抗乳化性能下降。

1.2 良好的抗氧化安定性

因為油液反復(fù)循環(huán)使用，希望其物理化學(xué)性能穩(wěn)定，使用周期長；然而，在循環(huán)時，油液不可避免地同空氣接觸。如在紊流時[1]，油會流向軸承、聯(lián)軸器和排油口，因軸承箱略帶負(fù)壓，油流會夾帶空氣流回油箱，隨著空氣含量的不斷增加，加之油中的顆粒物及油中水分等與油發(fā)生氧化反應(yīng)生成可溶或不溶的氧化物，嚴(yán)重時產(chǎn)生復(fù)雜的有機酸，酸值升高，腐蝕性加強，油品劣化加速。

1.3 良好的抗乳化性

機組運行中難免有水分混入，使油水混合形成乳化液，理化性能惡化，進(jìn)而影響潤滑性能。因此，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，及時排除油液中的水分，減少和防止油液乳化。不考慮外界影響，對油液本身而言，抗乳化性能是指油品在含水情況下抵抗油的乳化液形成的能力。抗乳化能力的大小，一般以破乳化度來表示，即油水乳化液分層的快慢來表示。若分層快，即破乳化時間短，表明該油品的抗乳化能力強，容易與水分離。

1.4 酸值

油液因為顆粒污染物和水分的存在，會發(fā)生氧化和乳化而使油液中酸值升高，加劇油液對管路等金屬表面的腐蝕。因此，必須對油液中的酸值進(jìn)行控制。實驗證明：在漆膜控制好的同時，油液中的酸值也相應(yīng)下降。

1.5 機械雜質(zhì)

軸承的油膜厚度在0.1～0.2 mm之間，如果油液中的顆粒污染物含量過高，尤其是堅硬的機械雜質(zhì)等顆粒污染物進(jìn)入油膜中，將破壞油膜的潤滑性能，形成干摩擦，劃傷、拉傷軸頸及烏金，嚴(yán)重時將產(chǎn)生碾瓦、燒瓦等設(shè)備故障。

2 漆膜

2.1 漆膜的產(chǎn)生

漆膜是油品變質(zhì)的產(chǎn)物，是潤滑油工作中的必然產(chǎn)物，其形成機理如下。

a）油品氧化。烴類油品氧化遵循自由基鏈反應(yīng)機制，氧化后生成羧酸、酯、醇等過氧化物。這些過氧化物進(jìn)一步縮聚反應(yīng)生成高分子量的聚合物，如漆膜和油泥。油品氧化速率與油品中的空氣、水分、溫度及金屬顆粒量有關(guān)。

b）油液“微燃燒”。當(dāng)油液中的含水量超過溶解極限后，進(jìn)入油液的空氣會以懸浮形式存在油液中，當(dāng)油液從低壓區(qū)被泵入高壓區(qū)（如軸承的承載區(qū)），這些懸浮在油液中的小氣泡被急劇壓縮，導(dǎo)致油液微區(qū)溫度迅速升高，造成油液微區(qū)絕熱直至小氣泡破裂（小氣泡破裂過程叫“微燃燒”），同時釋放出黑褐色的膠質(zhì)物——漆膜。

潤滑油在軸系油循環(huán)過程中由于水分、空氣、顆粒物等污染，特別是在軸承承載區(qū)內(nèi)受到高溫高壓，給漆膜的生成創(chuàng)造了條件，促使油品劣化。

2.2 漆膜的危害

“漆膜”是一種可能為褐色、棕色或黑色非溶解性的膜狀沉淀物[2]，是油品變質(zhì)的產(chǎn)物。

當(dāng)潤滑油出現(xiàn)漆膜后，滑動軸承內(nèi)形成的漆膜極易附著在金屬（烏金）表面，堆積的位置一般在軸承最小間隙后（即油楔的出油邊），阻礙軸承散熱，瓦溫升高，減小軸承的最小油膜厚度[3]，使軸承的承載能力下降，潤滑油溫升增加。由于漆膜具有腐蝕性，所以一旦出現(xiàn)漆膜現(xiàn)象（漆膜傾向指數(shù)大于15）時，應(yīng)對汽輪機實施監(jiān)護運行，即只要有停機機會就得對整個軸系軸承翻瓦清理，若長期附著，會使烏金表面呈熔融狀態(tài)，威脅軸承的安全運行。

漆膜現(xiàn)象及其危害在歐美、日本已被重視，并出臺了漆膜檢測標(biāo)準(zhǔn)（ASTM D7843—18），將漆膜傾向指數(shù)列入了換油考核指標(biāo)。我國也已在GB/T 34580—2017里將漆膜列為檢測項目，并從2018年5月開始執(zhí)行，國內(nèi)目前只有少數(shù)研究機構(gòu)意識到漆膜的危害。

漆膜的危害如下：第一，由于軸承烏金表面工作溫度較高，漆膜很容易附著在軸瓦工作表面，久而久之會使烏金表面呈熔融狀態(tài)，嚴(yán)重影響軸系的穩(wěn)定性，威脅到機組安全運行；第二，堵塞間隙，增加摩擦；第三，堵塞過濾器，造成設(shè)備損壞；第四，冷卻器上沉積的漆膜導(dǎo)致散熱不良、油溫上升、油品氧化加速；第五，漆膜有極性，容易附著在金屬或固體顆粒上，造成設(shè)備磨損。

2.3 漆膜的去除

潤滑油中生成油泥／漆膜的“軟顆?！奔s占油中污染物總數(shù)的80%以上，由于這類“軟顆?！背叽巛^小，如果采用超微機械過濾方法很容易造成濾芯濾網(wǎng)的堵塞且過濾效果不理想，而電荷聚合式凈油機是利用靜電場力使油中的顆粒污染物及“軟顆?！蔽皆陟o電場的收集器上，從而達(dá)到潤滑油的凈化再生。電荷聚合式凈油機不僅能有效去除潤滑油中的油泥／漆膜，而且可以沖洗沉積在系統(tǒng)內(nèi)金屬表面上的油泥，確保設(shè)備的清潔度，延長油品的使用壽命。

3 電荷聚合式凈油機的原理及特點

3.1 電荷聚合式凈油機的原理

電荷聚合式凈油機是利用靜電場使油液中的顆粒物及油泥/漆膜被吸附在收集器上，從而達(dá)到油液凈化的目的，其原理如圖1所示。由于采用吸附原理而非阻攔式過濾的方式，所以不會使濾芯堵塞而影響流量。電荷聚合式凈油機捕捉精細(xì)度達(dá)到0.02μm，對硬質(zhì)金屬材料、軟體雜質(zhì)及顆粒物等都可以清除。

圖1 電荷聚合式凈油機的原理

3.2 電荷聚合式凈油機的特點

a）凈化精度高，可去除亞微米污染物，過濾精度達(dá)到0.2μm。

b）可以有效結(jié)合真空系統(tǒng)及聚結(jié)系統(tǒng)，能夠快速除水除氣。

c）凈化速度快，可以快速處理顆粒、快速凈化。流量大，可以滿足沖洗、清洗需要。

d）通過電荷聚合式凈化技術(shù)，不僅能將潤滑油中的雜質(zhì)、顆粒全部去除，還能將潤滑油中的酸性產(chǎn)物、帶電膠體、油泥、漆膜等有害物質(zhì)清除干凈，防止再生，提高油液的pH值，降低介質(zhì)損耗因素和酸值，改善油品指標(biāo)。

e）適用范圍廣，即使油液中的水分超標(biāo)也能正常工作，最高可以在含水量超過20%的油液中工作。

各種原理凈油機的性能對比如表1所示。

表1 各種原理凈油機的性能對比

4 電荷聚合式凈油機在潤滑油系統(tǒng)中的應(yīng)用

某電廠3號機組為東方N660-25/600/600型汽輪機，2019年6月大修時，軸瓦表面出現(xiàn)了明顯的漆膜現(xiàn)象，油品取樣檢測后發(fā)現(xiàn)漆膜傾向指數(shù)超標(biāo)，達(dá)到了18.2。該機組潤滑油系統(tǒng)中配置了雙聯(lián)濾油器、回油濾網(wǎng)、在線濾網(wǎng)等，但都屬于機械過濾器，無法去除漆膜。此外，電廠還購買了進(jìn)口某品牌離心式凈油機過濾后，也無法將漆膜去除。

該機潤滑油箱油量為43 m3，潤滑油為長城TSA46汽輪機油(A級)，為解決油系統(tǒng)中的漆膜問題，配備了流量為3 000 L/h的電荷聚合式凈油機用于該機潤滑油凈化，經(jīng)過3個月的過濾凈化，油品取樣1 000 mL，分別在上海潤凱油液監(jiān)測有限公司（簡稱上海潤凱公司）和廣州機械科學(xué)研究院（簡稱廣州研究院）進(jìn)行化驗分析，分析結(jié)果（如表2所示）顯示油品達(dá)到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，漆膜傾向指數(shù)降至10以下。長期維護下去能徹底根治漆膜的生成。

表2 油品檢測結(jié)果

從油品檢驗結(jié)果可以看出，漆膜傾向指數(shù)明顯降低，上海潤凱公司和廣州研究院的檢驗結(jié)果略有差異，可能是油品取樣時間不一致或檢驗誤差所致。

5 結(jié)束語

電廠潤滑油系統(tǒng)所需的凈油機，可根據(jù)實際需求進(jìn)行配置，如果油品狀況較好，配置普通的機械式凈油機或離心式凈油機也可以。如果油品狀況較差，顆粒物較多，漆膜現(xiàn)象嚴(yán)重，應(yīng)配置過濾精度高的電荷聚合式凈油機。相比而言，電荷聚合式凈油機過濾效果更好，對小顆粒、氧化物、油泥/漆膜等雜質(zhì)的去除率高[4-5]，可以徹底有效地去除漆膜，延長油品壽命。良好的油品需要靠精心的維護和嚴(yán)格的管理，由于潤滑油系統(tǒng)循環(huán)過程中環(huán)節(jié)較多，如軸封漏汽、冷油器漏水、管路有雜質(zhì)等都會直接污染油品，加強油品管控、合理配備防護處理設(shè)備是保障油品壽命的重要途徑。