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        火電廠汽輪機(jī)潤滑油油質(zhì)提升研究

        2022-09-07 06:38:42李寒冰
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年25期
        關(guān)鍵詞:汽輪機(jī)設(shè)備

        李寒冰

        (華能國際電力股份有限公司上安電廠,石家莊 050310)

        華能國際電力股份有限公司上安電廠(以下簡稱華能上安電廠)總裝機(jī)容量2 560 MW,總共分三期進(jìn)行建設(shè),并于1987、1997、2008 年相繼投產(chǎn)。其中一期機(jī)組為GE 進(jìn)口機(jī)組2 臺,單臺裝機(jī)容量為350 MW,在華能上安電廠排列序號為1#機(jī)和2#機(jī),其汽輪機(jī)分別進(jìn)行過一次通流改造:1#汽輪機(jī)于2012 年由哈爾濱汽輪機(jī)廠進(jìn)行通流改造;2#汽輪機(jī)于次年也同樣由哈爾濱汽輪機(jī)廠進(jìn)行通流改造。二期機(jī)組為國產(chǎn)機(jī)組2臺,由東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn),單臺裝機(jī)容量330 MW,在華能上安電廠排列序號為3#機(jī)和4#機(jī),2 臺汽輪機(jī)分別在2013 年和2014 年進(jìn)行過一次通流改造:3#汽輪機(jī)于2013 年由東方汽輪機(jī)廠進(jìn)行通流改造;4#汽輪機(jī)也于2014 年同樣由東方汽輪機(jī)廠進(jìn)行通流改造,通流改造后,3#機(jī)和4#機(jī)也有原來的容量300 MW 擴(kuò)容至330 MW。三期機(jī)組與二期機(jī)組相同,同樣為國產(chǎn)機(jī)組2 臺,同樣由東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn),其單臺裝機(jī)容量600MW,在華能上安電廠排列序號為5#機(jī)和6#機(jī),5#汽輪機(jī)與6#汽輪機(jī)投產(chǎn)年限較短,均未進(jìn)行通流改造。

        華能上安電廠6 臺發(fā)電機(jī)組基本上全年運(yùn)行,這也就造成主機(jī)設(shè)備及其輔助設(shè)備必然眾多,那么,如何保證發(fā)電機(jī)組長期穩(wěn)定高效地運(yùn)行,就成了日常工作的內(nèi)容。隨著近幾年火電廠社會地位的降低,也為了促進(jìn)電廠轉(zhuǎn)型,以前龐大的維護(hù)成本就受到了限制,那么如何利用有限的成本來達(dá)到設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的效果呢?于是,對日常工作投入精力較大,維護(hù)成本占比較大的問題進(jìn)行整改。其中,汽輪機(jī)潤滑油油質(zhì)提升作為電廠提質(zhì)增效就提到了臺前,火電廠日常運(yùn)行維護(hù)成本主要包括以下幾大部分:轉(zhuǎn)動機(jī)械的維護(hù)、油品惡化的維護(hù)和跑冒滴漏的處理等[1]。據(jù)不完全核算,因?yàn)橛推窅夯a(chǎn)生的維護(hù)費(fèi)用約占全年維護(hù)成本的40%,約占汽機(jī)專業(yè)維護(hù)成本的65%,如若能有效地降低該項(xiàng)維護(hù)成本,那么,火電廠的利潤空間就會進(jìn)一步擴(kuò)大,對部分虧損電廠而言,不僅能減少虧損比例,還能有效改善工作生產(chǎn)環(huán)境。

        在華能上安電廠二期機(jī)組運(yùn)營初期,各主機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。然而,在最近幾年,汽輪機(jī)潤滑油油質(zhì)呈現(xiàn)了惡化的趨勢,油質(zhì)顆粒度居高不下,長期保持在NAS-11 級及以上。為此,特對油質(zhì)提升方案的選取進(jìn)行以下綜合分析。

        1 油質(zhì)惡化原因分析

        1.1 外部滲入

        在檢修過程中,尤其是在進(jìn)行汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)大修過程中,伴隨著汽輪機(jī)潤滑油箱人孔打開,各個潤滑油泵全部解體檢修,主機(jī)潤滑油箱內(nèi)各個油口打開[2],一些保溫的飛絮、環(huán)境中的塵土不可避免地會飄進(jìn)管道內(nèi)部。由于油箱內(nèi)部空間狹窄,管道布置錯綜復(fù)雜,方向繁多,在清理過程中,總有部分不易清理的位置,而這些位置的雜質(zhì)會隨著檢修的完成,而留在系統(tǒng)管道內(nèi)部,在設(shè)備投運(yùn)后,雜質(zhì)混入油中,引起油質(zhì)污染,造成惡化,此種原因造成的油質(zhì)惡化現(xiàn)象只是物理性污染,是一種可逆的,隨著機(jī)組投運(yùn)后濾油機(jī)的加持,就可消除此種油質(zhì)惡化的現(xiàn)象。

        1.2 設(shè)備內(nèi)部銹蝕

        汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)主要設(shè)備就是汽輪機(jī)潤滑油箱、油泵及管道,汽輪機(jī)潤滑油正常的工作溫度在50~55 ℃之間。在汽輪機(jī)正常運(yùn)行過程中,軸承室內(nèi)為微負(fù)壓的狀態(tài),因?yàn)槠渚嚯x軸端汽封較近,其受到軸端汽封漏汽的影響,軸端汽封漏出的微量蒸汽會沿著軸通過油擋而進(jìn)入潤滑油中,這就造成油中含水量的增高(日常運(yùn)行中的標(biāo)準(zhǔn)為100 mg/L)。由于汽輪機(jī)與汽輪機(jī)潤滑油箱之間的落差,在整個油循環(huán)過程中,隨著潤滑油的下落,部分不溶解氣體會從潤滑油中釋放出來,在回油管上和汽輪機(jī)潤滑油箱上部的空間形成不溶解氣體空間,這其中含有的水蒸氣就會腐蝕油箱內(nèi)部。隨著時間的推移,碳鋼材質(zhì)的油箱內(nèi)壁就會產(chǎn)生銹蝕的痕跡,這種現(xiàn)象會隨著運(yùn)行時間的延長,使銹蝕逐年增加。這種腐蝕對潤滑油顆粒度的影響占比是最大的。

        1.3 設(shè)備磨損

        汽輪機(jī)潤滑油的主要作用是對汽輪機(jī)各軸承進(jìn)行潤滑和冷卻,隨著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn),在軸承位置形成一層很薄的油膜,油膜厚度雖然很薄,但是其具有很強(qiáng)的剛度,這樣才能完全將轉(zhuǎn)子托起,這就可以理解成軸瓦與軸之間有一層剛度很高的物質(zhì),在隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與軸瓦進(jìn)行摩擦,摩擦必有損傷,隨著運(yùn)行周期的延長,汽輪機(jī)各軸承鎢金都不可避免地存在一定程度的磨損,而因磨損產(chǎn)生的一些鎢金顆粒會進(jìn)入油中[3],對油質(zhì)造成污染。這種污染因素是一直存在的。汽輪機(jī)的整個壽命周期內(nèi),軸承的磨損會一直伴隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而一直存在,此種影響因素是無法徹底消除的,但是可以通過油樣鐵譜分析[4]來確認(rèn)顆粒成分。

        1.4 油氧化變質(zhì)

        汽輪機(jī)潤滑油用油型號為美孚牌VG-32 汽輪機(jī)油,該油為礦物質(zhì)油,與汽油類似,為石油提煉的一種產(chǎn)物。礦物質(zhì)油有其自身的特性,會隨著使用時間的推移,出現(xiàn)氧化的現(xiàn)象,而潤滑油氧化后會產(chǎn)生膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和碳雜質(zhì)[2],這也是造成油品污染的原因之一。這種形式的污染是不可逆的,會隨著時間的推移,惡化程度不斷加強(qiáng),而這種惡化只能進(jìn)行換油,以增強(qiáng)油質(zhì)潤滑的能力。

        2 油質(zhì)凈化措施

        2.1 改善檢修環(huán)境

        在設(shè)備檢修過程中,打開的進(jìn)油管道法蘭,應(yīng)加蓋密封,一是防止灰塵進(jìn)入管道或油箱,影響油質(zhì),二是防止檢修過程中,因操作失誤,造成擦油布、海綿等物的掉入,在投運(yùn)后容易引起油管堵塞,造成不可估量的損失。油管道在進(jìn)行回裝前,應(yīng)用潔凈的壓縮空氣進(jìn)行吹掃,各部件回裝前,應(yīng)用清洗液清洗干凈黏附的油污、雜質(zhì)。汽輪機(jī)潤滑油箱封閉入孔前應(yīng)將油箱內(nèi)壁擦拭干凈,最有效的方式是用白面進(jìn)行清理。

        2.2 控制惡化速度

        在日常運(yùn)行過程中,潤滑油的過濾是控制、延緩油質(zhì)惡化速度的最有效的手段。先進(jìn)的油凈化裝置,能隨時將油中已有的和不斷產(chǎn)生的雜質(zhì)和水分過濾掉,從而延緩潤滑油惡化、乳化的速度,延長潤滑油的使用周期。

        2.3 設(shè)備升級

        為了改善油質(zhì)惡化的現(xiàn)象,最行之有效的措施是對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行更換或升級改造,例如:將進(jìn)油、回油管道與汽輪機(jī)潤滑油箱全部更換為耐腐蝕的材質(zhì)——不銹鋼,這種方案能極大地降低雜質(zhì)產(chǎn)生數(shù)量及速度,徹底改善油品惡化的現(xiàn)象。

        再有就是采用目前市場上最先進(jìn)的油凈化設(shè)備,油過濾是控制油污染的重要手段[2],先進(jìn)的油凈化設(shè)備可大大提高潤滑油的過濾效率,從而使?jié)櫥瓦_(dá)到并維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi),設(shè)備越先進(jìn),設(shè)備成本就會越高,在日常維護(hù)成本中,因?yàn)闈櫥瓦^濾而消耗的大量濾芯的成本占比是相當(dāng)大的。

        3 改造方案

        通過以上的各種分析,從降低設(shè)備銹蝕的角度出發(fā),提出下列改造方案。

        3.1 更換設(shè)備材質(zhì)

        原回油管道材質(zhì)為碳鋼,碳鋼具有易腐蝕的缺點(diǎn),那我們就從改變回油管道的材質(zhì)著手,將碳鋼回油管道更換為不銹鋼的回油管道。

        汽輪機(jī)潤滑油管道采取的是套裝油管的形式,即回油管道內(nèi)部安裝各軸承進(jìn)油管道,進(jìn)油管道的支吊架安裝在回油管道內(nèi)部,回油管道外部每隔2 m 安裝有一個吊架,這些支吊架的存在,對更換新管道方案的實(shí)施有一定的難度。并且在經(jīng)過多年的運(yùn)行,管道內(nèi)部的應(yīng)力已經(jīng)完全釋放,各管道所處的狀態(tài)已不利于整體更換。

        在正常的運(yùn)行狀態(tài)下,回油管道內(nèi)部油位為管道直徑的1/2,內(nèi)部進(jìn)油管道全部在油位以下。因此,依據(jù)該系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn),特制定更換管道的方案為只更換回油管道上半,將切割線定在回油管道液位線以下10 mm,將上半切除,將不銹鋼管道與原管道下半重新焊接,焊接的形式采取氬弧焊,目的就是盡可能地降低焊渣產(chǎn)生的概率。

        同時,在正常運(yùn)行狀態(tài)下,汽輪機(jī)潤滑油箱內(nèi)部也不是滿油的狀態(tài),在油箱頂部向下600 mm 為油、氣分界線,如果整體更換汽輪機(jī)潤滑油箱,受到實(shí)際條件所限(一是檢修時間不允許,二是浪費(fèi)經(jīng)費(fèi)),也是不被允許的。并且汽輪機(jī)潤滑油箱上部安裝有油泵及各壓力表計(jì),采取與回油管道相同的方案也是不符合實(shí)際的。

        針對上述原因,特提出,自油箱頂部向下1 000 mm,在油箱內(nèi)壁貼不銹鋼板,不銹鋼板厚度為1 mm,將不銹鋼板根據(jù)汽輪機(jī)潤滑油箱內(nèi)部構(gòu)造的特點(diǎn),切割成型,再進(jìn)行焊接,焊接采用1.5 mm 不銹鋼焊絲,脈沖焊,嚴(yán)格按照密封焊的要求進(jìn)行焊接,并在焊接完成后進(jìn)行著色探傷,用以檢查焊口是否存在裂紋或者未焊接的狀況發(fā)生。

        3.2 改進(jìn)油凈化裝置

        原油凈化裝置已使用10 a 以上,其結(jié)構(gòu)、流程較簡單,如圖1 所示,更換濾芯至少需要1 d 的時間,由于油凈化裝置需要24 h 不間斷運(yùn)行,就會造成油凈化裝置停運(yùn)時間過長,增加濾油時間。更換濾芯作為一項(xiàng)長期性、定期性的工作,由于原系統(tǒng)易漏油的原因,不可避免地延長了油凈化裝置的停運(yùn)時間,且更換一次需要將所有的存油打光,才可更換濾芯,更換一個的時間與整套時間相差不大。

        圖1 原油凈化裝置流程圖

        為了縮短濾芯更換時間,降低更換濾芯頻次及濾芯使用量,將原有凈化裝置進(jìn)行改造,改進(jìn)方案主要考慮兩點(diǎn):(1)縮短更換濾芯時間;(2)降低維護(hù)費(fèi)用。

        在原油凈化裝置循環(huán)泵的入口處加裝一級保護(hù)性濾芯——粗過濾,一是保護(hù)循環(huán)泵不被大顆粒物損壞,二是延長泵后各級濾芯使用周期,從而降低維護(hù)費(fèi)用。

        并在原除水過濾器底部加裝放水管及閥門3,目的是在更換除水濾芯時,利用循環(huán)泵將潤滑油輸送回汽輪機(jī)潤滑油箱,縮短了更換濾芯的時間。改造后油凈化裝置流程圖如圖2 所示。

        圖2 改造后油凈化裝置流程圖

        更換整套濾芯的流程為關(guān)閉閥門1,打開閥門3、閥門4,關(guān)閉閥門5、閥門6,將所有濾室內(nèi)存油輸送至汽輪機(jī)潤滑油箱,沒有存油后,關(guān)閉閥門7,開始更換所有濾芯,油凈化裝置停運(yùn)時間控制在2~3 h,即可在此投運(yùn),大大縮短了油凈化裝置的停運(yùn)時間。

        在實(shí)際操作中,因?yàn)樵诒萌肟诩友b了一級粗過濾,更換預(yù)濾芯的頻次由原來的15 d 一次,延長至1 個月一次,大大降低了濾芯采購頻率及費(fèi)用。

        3.3 濾芯選型的計(jì)算模型

        泵入口增加一級粗濾網(wǎng)的選用標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)流量、有效流通面積等有關(guān)。濾網(wǎng)前后壓差計(jì)算模型[5]如下。

        有效流通面積s 的計(jì)算模型為

        式中:Q 為流量,m3/s;μ 為動力黏度,Pa·s;K 為通流能力系數(shù),網(wǎng)濾芯取0.34;ΔP 為濾網(wǎng)前后差壓。

        通常有效流通面積s 按照過濾器公稱通徑的20 倍設(shè)計(jì),就可以滿足實(shí)際運(yùn)行要求。

        經(jīng)計(jì)算得:濾芯采用100 目濾網(wǎng),濾網(wǎng)孔徑為0.15 mm,濾網(wǎng)骨架高400 mm,外徑120 mm,濾網(wǎng)有效通流面積約為0.8 m2。

        更換濾芯參數(shù)的參考為泵入口壓力超過-0.08 MPa時,就需更換新濾芯。

        4 結(jié)論

        從實(shí)際運(yùn)行效果來看,上述2 種方案,對汽輪機(jī)潤滑油油質(zhì)的改善,起到了很好的作用,油質(zhì)惡化速度的減慢,延長了汽輪機(jī)潤滑油的使用周期,對汽輪機(jī)軸瓦的工作環(huán)境有一定程度的提升,降低了汽輪機(jī)組大修期間軸瓦的檢修工作量,使得軸瓦的檢修周期由原來的1 個大修周期,可以順延至2 個大修周期。所以,在保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,既節(jié)省了日常維護(hù)費(fèi)用,也節(jié)省了機(jī)組大修費(fèi)用。

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