電荷聚合式凈油機在汽輪機潤滑油系統中的應用

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

潤滑油系統屬于汽輪機輔助系統，是汽輪發電機組主要輔助系統之一，主要任務是給汽輪發電機組軸系各軸承提供潤滑油，為機組轉子運行提供保障。由于潤滑油的工作性質決定了潤滑油油品的劣變，特別是隨著汽輪發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現軸系軸承的烏金表面出現漆膜現象。為治理漆膜，2019年采用了電荷聚合技術，將超標的潤滑油漆膜傾向指標降到標準值以下。

1 汽輪機油的質量及性能要求

1.1 良好的潤滑性能及熱交換性能

汽輪發電機組的動壓軸承是以動壓油膜將轉子與軸承的烏金表面脫開，在工作轉速下，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分），由于軸承的職責是為了保護轉子，所以軸承內表面選擇硬度（BH）為25左右的較軟烏金。因此，轉子、軸承這對摩擦副與潤滑油液的品質息息相關，潤滑油的清潔度將直接影響烏金、轉子表面的光潔度及潤滑效果。

潤滑油的另一個任務是將轉子在高速旋轉下的摩擦熱量帶走，起到降低瓦溫、冷卻轉子表面的作用，當潤滑油中漆膜傾向指數超標后，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析出的漆膜物質。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

因為油液反復循環使用，希望其物理化學性能穩定，使用周期長；然而，在循環時，油液不可避免地同空氣接觸。如在紊流時[1]，油會流向軸承、聯軸器和排油口，因軸承箱略帶負壓，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生氧化反應生成可溶或不溶的氧化物，嚴重時產生復雜的有機酸，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，進而影響潤滑性能。因此，必須采取適當的措施，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?？谷榛芰Φ拇笮?，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下降。

1.5 機械雜質

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等顆粒污染物進入油膜中，將破壞油膜的潤滑性能，形成干摩擦，劃傷、拉傷軸頸及烏金，嚴重時將產生碾瓦、燒瓦等設備故障。

2 漆膜

2.1 漆膜的產生

漆膜是油品變質的產物，是潤滑油工作中的必然產物，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機制，氧化后生成羧酸、酯、醇等過氧化物。這些過氧化物進一步縮聚反應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。

b）油液“微燃燒”。當油液中的含水量超過溶解極限后，進入油液的空氣會以懸浮形式存在油液中，當油液從低壓區被泵入高壓區（如軸承的承載區），這些懸浮在油液中的小氣泡被急劇壓縮，導致油液微區溫度迅速升高，造成油液微區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物——漆膜。

潤滑油在軸系油循環過程中由于水分、空氣、顆粒物等污染，特別是在軸承承載區內受到高溫高壓，給漆膜的生成創造了條件，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]，是油品變質的產物。

當潤滑油出現漆膜后，滑動軸承內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，所以一旦出現漆膜現象（漆膜傾向指數大于15）時，應對汽輪機實施監護運行，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，威脅軸承的安全運行。

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

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，嚴重影響軸系的穩定性，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，造成設備損壞；第四，冷卻器上沉積的漆膜導致散熱不良、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，造成設備磨損。

2.3 漆膜的去除

潤滑油中生成油泥／漆膜的“軟顆粒”約占油中污染物總數的80%以上，由于這類“軟顆粒”尺寸較小，如果采用超微機械過濾方法很容易造成濾芯濾網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“軟顆粒”吸附在靜電場的收集器上，從而達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內金屬表面上的油泥，確保設備的清潔度，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度達到0.02μm，對硬質金屬材料、軟體雜質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，過濾精度達到0.2μm。

b）可以有效結合真空系統及聚結系統，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，不僅能將潤滑油中的雜質、顆粒全部去除，還能將潤滑油中的酸性產物、帶電膠體、油泥、漆膜等有害物質清除干凈，防止再生，提高油液的pH值，降低介質損耗因素和酸值，改善油品指標。

e）適用范圍廣，即使油液中的水分超標也能正常工作，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中的應用

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，軸瓦表面出現了明顯的漆膜現象，油品取樣檢測后發現漆膜傾向指數超標，達到了18.2。該機組潤滑油系統中配置了雙聯濾油器、回油濾網、在線濾網等，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測有限公司（簡稱上海潤凱公司）和廣州機械科學研究院（簡稱廣州研究院）進行化驗分析，分析結果（如表2所示）顯示油品達到了行業標準，漆膜傾向指數降至10以下。長期維護下去能徹底根治漆膜的生成。

表2 油品檢測結果

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

5 結束語

電廠潤滑油系統所需的凈油機，可根據實際需求進行配置，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，漆膜現象嚴重，應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格的管理，由于潤滑油系統循環過程中環節較多，如軸封漏汽、冷油器漏水、管路有雜質等都會直接污染油品，加強油品管控、合理配備防護處理設備是保障油品壽命的重要途徑。