超超临界机组汽轮机油性能评价及其劣化原因分析

2022-09-16刘建民张继平戴媛静郭丹

润滑油 2022年4期

刘建民，张继平，戴媛静，郭丹

(1.清洁高效燃煤发电与污染控制国家重点实验室，江苏南京 210031；2.清华大学天津高端装备研究院，天津 300300;3.清华大学，北京 100084)

0 引言

超超临界二次再热发电技术是高效清洁的发电技术[1-2]，燃煤机组采用二次再热可使热经济性相对一次再热提高2%左右[3]，是实现我国电力可持续发展的重要保证，同时也是国际上研究的热点[4-5]。在超超临界机组中，汽轮机是执行发电任务的原动机，而汽轮机油质量则直接影响汽轮机的安全稳定运行。随着汽轮机蒸汽参数的提高，使得汽轮机油的运行环境更为苛刻，超超临界机组蒸汽压力和温度的提高，使汽轮机输出功率/油箱体积不断增加，即汽轮机油循环系数不断提高，从而使汽轮机油的温度更高，对油的氧化稳定性提出了更高的要求。此外，由于超超临界机组运行于高蒸汽参数下，轴系更长，流体密封间隙更小，轴上热应力更突出，汽轮机更容易发生动力学故障，如碰摩、油膜涡动等，这些给润滑系统的安全稳定运行带来了更多的挑战。

汽轮机油主要用于发电机组的润滑系统和调速系统，起着润滑、冷却散热、传压调速等作用。运行机组汽轮机油中若含有大的、坚硬的固体颗粒，可引起调速系统卡涩，严重时可引起机组飞车等事故，严重威胁机组安全运行。水分是汽轮机润滑油品质的重要指标之一，同时也是运行中最容易超标的指标。水分超标会降低润滑油的润滑性能，造成金属腐蚀、设备损坏。油品水分超标导致的故障是缓慢累积的，不易被及时发现。油品老化也是一个关键问题，由于汽轮机油运转周期长，易与空气、蒸汽和金属接触发生氧化反应，生成的酸性物质和沉淀物易腐蚀零件，并且改变了汽轮机油的各项指标，造成润滑失效。因此，检测和控制运行中汽轮机油的各项指标对提高电厂润滑、调速系统的运行质量和保证机组的安全运行有重要意义。

文中针对某电厂超超临界二次再热机组使用的汽轮机油(使用1.5年)进行了性能评价，初步分析了油品性能劣化的原因，提出了改进方法，为机组安全平稳运行提供技术支撑。

1 试验方法

1.1 在用油常规理化分析

参照GB/T 7596-2017《电厂运行中矿物涡轮机油质量》对在用油进行性能分析，评价其使用状态。

1.2 摩擦性能分析

使用SRV试验机考察不同条件下新油和在用油的摩擦性能。SRV摩擦磨损试验在德国OPTIMOL公司的SRV 4型摩擦磨损试验机上进行。仪器参数：加载范围(0～1200 N)，振幅范围(0～4 mm)，频率范围(10～200 Hz)，运动形式(往复式)，温度范围(25～500 ℃，500～900 ℃)。

1.3 SEM分析

使用ZEISS Sigma 300场发射扫描电子显微镜对SRV摩擦试验的磨斑进行分析。仪器参数：加速电压(0.02～30 kV)，放大倍数(10～2000000 X)，分辨率(二次电子、高真空，1.2 nm@15 kV、2.2 nm@1 kV)。

2 试验结果及讨论

2.1 在用油常规理化分析

参照GB/T 7596-2017要求，分析了在用油的主要理化性能，结果见表1。

表1 在用油主要理化性能分析

从表1的结果可知，与新油相比，在用油的40 ℃运动黏度比新油下降了3.77%，酸值、开口闪点变化较小，抗泡沫、抗氧化、抗乳化、空气释放性等劣化较为明显。在用油的颗粒污染等级和水分超标，一方面可能是油样采集过程引入了污染物，另一方面可能是润滑系统过滤装置无法有效去除颗粒杂质和水分。在用油T501和酚类抗氧剂含量下降明显，其中受阻酚类含量已经不满足指标要求，这是导致在用油抗氧化(旋转氧弹)性能下降(在用油旋转氧弹值为新油原始测定值的73.1%，低于新油原始测定值的25%，已经不满足指标要求)的主要因素。在用油铜、铁、锡、锑含量极低，一方面表明系统磨损较轻，另一方面表明润滑系统较好的过滤了金属颗粒。

上述结果表明，除水分、颗粒污染等级和受阻酚类抗氧剂含量、旋转氧弹外，在用油整体能满足GB/T 7596-2017要求。但抗泡沫、空气释放性、抗乳化出现劣化趋势。需要及时补加酚类抗氧剂以提高油品抗氧化性能，提高润滑系统过滤性能降低颗粒污染等级并去除水分，同时在用油抗氧化性能及清洁程度提高将避免抗乳化、抗泡沫及空气释放性的劣化[6-13](汽轮机油使用过程受到污染，或老化会造成汽轮机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)。