劉億鑫，胡彥云，倪平

(1.華電內(nèi)蒙古能源有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；2.華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000)

0 引言

在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，汽輪機(jī)油起到潤(rùn)滑軸承、帶走熱量的作用，同時(shí)還作為調(diào)速系統(tǒng)的低壓保安油[1]。當(dāng)油質(zhì)不合格時(shí)，容易引起機(jī)組振動(dòng)升高、燒瓦[2]、大軸彎曲等事故發(fā)生，嚴(yán)重威脅到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以汽輪機(jī)油質(zhì)指標(biāo)是否合格，是技術(shù)監(jiān)督的重要任務(wù)之一。

汽輪機(jī)油常見(jiàn)的問(wèn)題為油質(zhì)乳化和漆膜問(wèn)題。文獻(xiàn)[3-5]詳細(xì)介紹了油質(zhì)乳化的原因、處理方法和防范措施，對(duì)添加劑的用量、作用時(shí)間和作用效果都深入研究。漆膜傾向指數(shù)反映的是汽輪機(jī)油在設(shè)備上生成漆膜的風(fēng)險(xiǎn)，其值越大，生成漆膜的風(fēng)險(xiǎn)越高。文獻(xiàn)[6]將這種附著在設(shè)備表面，薄、硬、有光澤，同時(shí)不溶于油的有機(jī)沉淀物稱(chēng)為漆膜。文獻(xiàn)[7-8]通過(guò)熱重法和凝膠色譜法檢測(cè)油泥漆膜中的成分，發(fā)現(xiàn)油泥中氮、硼、硫等元素含量較高，油泥中不含無(wú)機(jī)鹽和大分子膠質(zhì)物。漆膜是一種高分子烴類(lèi)聚合物，是油品的氧化產(chǎn)物，顏色從淺棕色、棕色至棕褐色。然而文獻(xiàn)[9]指出油品漆膜生成情況與油品顏色沒(méi)有明顯相關(guān)性。目前，對(duì)于如何降低漆膜傾向指數(shù)，預(yù)防漆膜產(chǎn)生的研究相對(duì)較少。因此本文通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)來(lái)探索新型濾材，通過(guò)物理方法在不改變油質(zhì)化學(xué)性能的同時(shí)，降低漆膜傾向指數(shù)，從而解決設(shè)備漆膜問(wèn)題。

1 某火電廠汽輪機(jī)油油質(zhì)現(xiàn)狀

定期更換濾油機(jī)濾芯時(shí)，發(fā)現(xiàn)濾芯嚴(yán)重堵塞，上面附著有黃色黏狀物；同時(shí)在小修設(shè)備解體后發(fā)現(xiàn)，部分軸承、閥門(mén)、管道有油泥漆膜生成。從主油箱中取樣化驗(yàn)，油品呈紅褐色，將油樣送與華電電科院檢驗(yàn)，報(bào)告編號(hào)CHDER/HX-JC-202103115，結(jié)果如表1。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，32號(hào)汽輪機(jī)油色度不得大于5.5，漆膜傾向指數(shù)應(yīng)小于15，如表2，該汽輪機(jī)油兩項(xiàng)指標(biāo)屬于嚴(yán)重超標(biāo)，而產(chǎn)生的油泥漆膜會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾器堵塞、供油不足、軸承磨損、閥粘結(jié)、調(diào)速失靈等嚴(yán)重后果，最終造成非正常停機(jī)[10]的損失，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。電科院做了相關(guān)研究后仍未找出合適的解決辦法，建議更換新油。

表1 電科院部分檢測(cè)結(jié)果

表2 美國(guó)Fluitec 公司出的漆膜傾向指數(shù)ΔE與運(yùn)行油液漆膜問(wèn)題評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 油質(zhì)劣化原因

隨著火電機(jī)組容量和參數(shù)的不斷提高，汽輪機(jī)油的工作環(huán)境更加惡劣，加速了油品質(zhì)下降的進(jìn)程。在發(fā)電機(jī)組中漆膜的產(chǎn)生有以下幾種原因：(1)加氫基礎(chǔ)油的廣泛使用，此類(lèi)基礎(chǔ)油的飽和烴含量高，對(duì)極性添加劑和極性油泥的溶解度變差，所以導(dǎo)致漆膜生成[11];(2)為了提高油品的抗氧化性能，汽輪機(jī)油中的抗氧化劑加量越來(lái)越多，某些抗氧劑的產(chǎn)物容易生成漆膜;(3)汽輪機(jī)油在高溫[12]和金屬的催化下發(fā)生氧化，生成溶解性差的有機(jī)物;(4)油品接觸過(guò)熱的金屬表面導(dǎo)致基礎(chǔ)油發(fā)生熱裂解，進(jìn)而生成漆膜;(5)汽輪機(jī)內(nèi)的靜電流導(dǎo)致局部高溫，引發(fā)油品的降解[13]，進(jìn)而生成漆膜。此外還有設(shè)備本身的設(shè)計(jì)缺陷等原因。

3 處理措施

漆膜是油品氧化形成的極性不溶物[14]，其在潤(rùn)滑油中有一定的溶解度；當(dāng)油中的這些不溶物達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，就會(huì)析出沉積到油箱底部及摩擦副表面，而這個(gè)過(guò)程又是可逆的，隨著潤(rùn)滑油中不溶物濃度的下降，沉積在油箱底部及摩擦副表面(尚未高溫結(jié)焦成積炭的)的不溶物又會(huì)重新溶解在油中[15]。根據(jù)這一特性，利用濾材對(duì)潤(rùn)滑油中溶解的氧化物進(jìn)行物理吸附，使其達(dá)到不飽和狀態(tài)，進(jìn)一步溶解附著在設(shè)備表面的漆膜，最終實(shí)現(xiàn)清潔油泥漆膜，降低漆膜傾向指數(shù)的目的。

3.1 實(shí)驗(yàn)室濾油實(shí)驗(yàn)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，找到合適的濾材，將油品指標(biāo)降低。如圖1所示，首先對(duì)濾材進(jìn)行靜壓實(shí)驗(yàn)。將漏斗置于量筒上部，漏斗底部加入濾材，向漏斗內(nèi)加入適量汽輪機(jī)油，靜止半小時(shí)。汽輪機(jī)油在重力的作用下通過(guò)濾材達(dá)到過(guò)濾吸附的目的。

圖1 實(shí)驗(yàn)室靜壓實(shí)驗(yàn)

在靜壓實(shí)驗(yàn)初見(jiàn)成效后，進(jìn)一步對(duì)濾材做動(dòng)壓實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。接通電源，齒輪泵將原油打入過(guò)濾罐內(nèi)，原油經(jīng)過(guò)濾材過(guò)濾雜質(zhì)后進(jìn)入試劑瓶?jī)?nèi)。整個(gè)過(guò)濾過(guò)程壓力維持在2 MPa，由于濾材的選型不同，過(guò)濾所用的時(shí)間和效果各不相同。從大量實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，山東青島邦凱公司生產(chǎn)的新型無(wú)機(jī)硅膠對(duì)吸附油中的氧化物具有顯著的效果。硅膠濾材應(yīng)用極性吸附原理將帶有正負(fù)電荷的雜質(zhì)進(jìn)行吸附，將油品中溶解的極性有機(jī)物過(guò)濾去除，從而達(dá)到去除油泥漆膜的效果。如圖3，該型濾材顆粒直徑越小，吸附效果越明顯，過(guò)濾出的油樣越清亮。

1.齒輪泵2.壓力表3.過(guò)濾罐4.原油5.過(guò)濾后油樣

圖3 油樣過(guò)濾前后對(duì)比

通過(guò)濾油后，將油樣寄予西安熱工院與華電電科院進(jìn)行結(jié)果化驗(yàn)，如表3、表4所示，報(bào)告中指出，濾油后的色度為2.0左右、漆膜傾向指數(shù)為1.6，兩項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)合格。并且高精度物理過(guò)濾后，對(duì)油品的其他關(guān)鍵性指標(biāo)影響較小。

表3 西安熱工院實(shí)驗(yàn)結(jié)果(TPRI/TK.2-RC-0625-202與TPRI/TK.2-RC-0676-2021)

表4 華電電科院濾油后實(shí)驗(yàn)結(jié)果(CHDER/HX-JC-202105122)

3.2 現(xiàn)場(chǎng)處理

設(shè)計(jì)專(zhuān)用濾油機(jī)解決漆膜傾向指數(shù)超標(biāo)的問(wèn)題，如圖4所示，為濾油機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。設(shè)備包括齒輪泵、空壓機(jī)、過(guò)濾罐、儲(chǔ)油箱、控制柜以及連接管道及閥門(mén)。三個(gè)過(guò)濾罐中，依次裝有新型硅膠濾材、樹(shù)脂濾材、顆粒度濾芯，油品依次通過(guò)三種濾材，可將漆膜傾向指數(shù)、色度值和顆粒度降低。

圖4 濾油機(jī)結(jié)構(gòu)示意

如圖5所示，濾油時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)v-18、v-19、v-21、v-20、v-24、v-25，打開(kāi)閥門(mén)v-14、v-16、v-17、v-23、v-22，閥門(mén)v-13為單向閥，防止油倒灌入空壓機(jī)；油品經(jīng)過(guò)齒輪泵從油箱中打入三個(gè)過(guò)濾罐中，然后進(jìn)入主油箱。過(guò)濾罐前后裝有壓力表，監(jiān)視運(yùn)行過(guò)程中壓力的波動(dòng)，以此來(lái)判斷濾芯的臟污情況。更換濾材時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)v-14、v-16、v-17、v-23、v-22，打開(kāi)閥門(mén)v-18、v-19、v-21、v-20、v-24、v-25，利用壓縮空氣將過(guò)濾罐內(nèi)的殘余油量打回油箱中，減少更換濾芯時(shí)油品的浪費(fèi)和污染周?chē)h(huán)境事件的發(fā)生。

圖5 濾油機(jī)流程

目前，該項(xiàng)目技術(shù)規(guī)范書(shū)已編寫(xiě)交與物資部招標(biāo)采購(gòu)。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出合適濾材，使用物理吸附的方法將油中雜質(zhì)去除，在不改變油質(zhì)化學(xué)性能的基礎(chǔ)上，降低漆膜傾向指數(shù)和色度值。使汽輪機(jī)油質(zhì)滿(mǎn)足技術(shù)監(jiān)督要求，同時(shí)降低了潛在損壞設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)節(jié)約更換汽輪機(jī)油費(fèi)用42萬(wàn)元，同時(shí)減少危廢處置費(fèi)7萬(wàn)元，直接經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(3)企業(yè)鼓勵(lì)員工自主創(chuàng)新、攻堅(jiān)克難，將成果轉(zhuǎn)化，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。