超超臨界機組汽輪機油性能評價及其劣化原因分析

2022-09-16 13:28:40劉建民張繼平戴媛靜郭丹

潤滑油 2022年4期

劉建民，張繼平，戴媛靜，郭丹

(1.清潔高效燃煤發(fā)電與污染控制國家重點實驗室，江蘇南京 210031；2.清華大學天津高端裝備研究院，天津 300300;3.清華大學，北京 100084)

0 引言

超超臨界二次再熱發(fā)電技術是高效清潔的發(fā)電技術[1-2]，燃煤機組采用二次再熱可使熱經(jīng)濟性相對一次再熱提高2%左右[3]，是實現(xiàn)我國電力可持續(xù)發(fā)展的重要保證，同時也是國際上研究的熱點[4-5]。在超超臨界機組中，汽輪機是執(zhí)行發(fā)電任務的原動機，而汽輪機油質(zhì)量則直接影響汽輪機的安全穩(wěn)定運行。隨著汽輪機蒸汽參數(shù)的提高，使得汽輪機油的運行環(huán)境更為苛刻，超超臨界機組蒸汽壓力和溫度的提高，使汽輪機輸出功率/油箱體積不斷增加，即汽輪機油循環(huán)系數(shù)不斷提高，從而使汽輪機油的溫度更高，對油的氧化穩(wěn)定性提出了更高的要求。此外，由于超超臨界機組運行于高蒸汽參數(shù)下，軸系更長，流體密封間隙更小，軸上熱應力更突出，汽輪機更容易發(fā)生動力學故障，如碰摩、油膜渦動等，這些給潤滑系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了更多的挑戰(zhàn)。

汽輪機油主要用于發(fā)電機組的潤滑系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)，起著潤滑、冷卻散熱、傳壓調(diào)速等作用。運行機組汽輪機油中若含有大的、堅硬的固體顆粒，可引起調(diào)速系統(tǒng)卡澀，嚴重時可引起機組飛車等事故，嚴重威脅機組安全運行。水分是汽輪機潤滑油品質(zhì)的重要指標之一，同時也是運行中最容易超標的指標。水分超標會降低潤滑油的潤滑性能，造成金屬腐蝕、設備損壞。油品水分超標導致的故障是緩慢累積的，不易被及時發(fā)現(xiàn)。油品老化也是一個關鍵問題，由于汽輪機油運轉(zhuǎn)周期長，易與空氣、蒸汽和金屬接觸發(fā)生氧化反應，生成的酸性物質(zhì)和沉淀物易腐蝕零件，并且改變了汽輪機油的各項指標，造成潤滑失效。因此，檢測和控制運行中汽輪機油的各項指標對提高電廠潤滑、調(diào)速系統(tǒng)的運行質(zhì)量和保證機組的安全運行有重要意義。

文中針對某電廠超超臨界二次再熱機組使用的汽輪機油(使用1.5年)進行了性能評價，初步分析了油品性能劣化的原因，提出了改進方法，為機組安全平穩(wěn)運行提供技術支撐。

1 試驗方法

1.1 在用油常規(guī)理化分析

參照GB/T 7596-2017《電廠運行中礦物渦輪機油質(zhì)量》對在用油進行性能分析，評價其使用狀態(tài)。

1.2 摩擦性能分析

使用SRV試驗機考察不同條件下新油和在用油的摩擦性能。SRV摩擦磨損試驗在德國OPTIMOL公司的SRV 4型摩擦磨損試驗機上進行。儀器參數(shù)：加載范圍(0～1200 N)，振幅范圍(0～4 mm)，頻率范圍(10～200 Hz)，運動形式(往復式)，溫度范圍(25～500 ℃，500～900 ℃)。

1.3 SEM分析

使用ZEISS Sigma 300場發(fā)射掃描電子顯微鏡對SRV摩擦試驗的磨斑進行分析。儀器參數(shù)：加速電壓(0.02～30 kV)，放大倍數(shù)(10～2000000 X)，分辨率(二次電子、高真空，1.2 nm@15 kV、2.2 nm@1 kV)。

2 試驗結果及討論

2.1 在用油常規(guī)理化分析

參照GB/T 7596-2017要求，分析了在用油的主要理化性能，結果見表1。

表1 在用油主要理化性能分析

從表1的結果可知，與新油相比，在用油的40 ℃運動黏度比新油下降了3.77%，酸值、開口閃點變化較小，抗泡沫、抗氧化、抗乳化、空氣釋放性等劣化較為明顯。在用油的顆粒污染等級和水分超標，一方面可能是油樣采集過程引入了污染物，另一方面可能是潤滑系統(tǒng)過濾裝置無法有效去除顆粒雜質(zhì)和水分。在用油T501和酚類抗氧劑含量下降明顯，其中受阻酚類含量已經(jīng)不滿足指標要求，這是導致在用油抗氧化(旋轉(zhuǎn)氧彈)性能下降(在用油旋轉(zhuǎn)氧彈值為新油原始測定值的73.1%，低于新油原始測定值的25%，已經(jīng)不滿足指標要求)的主要因素。在用油銅、鐵、錫、銻含量極低，一方面表明系統(tǒng)磨損較輕，另一方面表明潤滑系統(tǒng)較好的過濾了金屬顆粒。

上述結果表明，除水分、顆粒污染等級和受阻酚類抗氧劑含量、旋轉(zhuǎn)氧彈外，在用油整體能滿足GB/T 7596-2017要求。但抗泡沫、空氣釋放性、抗乳化出現(xiàn)劣化趨勢。需要及時補加酚類抗氧劑以提高油品抗氧化性能，提高潤滑系統(tǒng)過濾性能降低顆粒污染等級并去除水分，同時在用油抗氧化性能及清潔程度提高將避免抗乳化、抗泡沫及空氣釋放性的劣化[6-13](汽輪機油使用過程受到污染，或老化會造成汽輪機油抗乳化性能和抗泡沫性能下降，水分的混入是造成油品起泡的原因)。