汽轮机润滑油污染与净化的分析

(黑龙江辰能新能源开发股份有限责任公司，哈尔滨 150090)

0 引 言

近年来国内外大型汽轮发电机组各种事故中轴承故障占较大比例，美国电力工业每年因这类故障产生的损失多达2亿美元。美国电力研究院在分析这类事故的根本原因时指出：油液污染是轴承产生故障的最主要原因，由此而导致的故障停机约占总停机时间的54%。我国八五期间新机投产约90%以上的机组都发生因油质污染而导致轴颈损伤，轴承损坏事故。一些老机组大修后也发生同类事故。一些损伤较严重的机组，不得不返厂车削轴颈，更换轴瓦。由此造成的设备损伤，拖延工期，增加费用损失巨大。因此要提高对汽轮机润滑油污染与净化工作的认识，加强领导，使每一个参加润滑油系统检修、运行和管理的同志，充分认识这一工作的重要性，做好润滑油系统污染的预防和净化工作，提高设备健康水平。美国电力研究院和汽轮机制造厂家指出：有效的油液污染控制可减少轴承故障停机90%！

1 润滑油污染和发展过程

1.1 污染源及其分类

(1)按照污染源介质主要有：机械杂质、水、有机物、空气等，危害最大的主要是机械杂质和水。

(2)按照污染途径可分下三个方面：

①系统内存在的潜伏污染物

设备在制造、装配、运输过程中一些大型液压件，如油箱、管件、阀门、油泵、减速箱、冷却器、蓄能器、轴承和液压调节部套等，仍含有大量的潜伏污染物。另外，在液压系统组装过程中也将产生大量的污染物，如焊渣、磨屑、氧化皮、铁绣、砂石、水等。因此，在液压系统运行初期，系统内潜伏污染物含量较多，危害极大。所以在液压系统运行前必须进行严格冲洗，不达到指定的油液清洁度标准，不允许运行。

②系统外部引入的污染物

a.液压系统在进行维修、更换元件时，污染物会被带进系统。

b.设备运行中动静部件密封处进入的污染物，如：轴承、活塞杆等处。

c.系统密封不良而进入的污染物，如：油箱盖、油位计、呼吸器等。

d.补充新油时带入的污染物。

③系统内部生成的污染物

这类污染物分为二类，一类是系统运行中因高温、氧化导致油液变质而产生的化学污染物，。另一类是系统运行中因磨损而产生的机械污染物，如：汽轮机润滑油泵吸入口的扩散管受气(冲)蚀后产生大量金属颗粒。

1.2 油质标准和清洁度测定方法

油质清洁度测定方法有：光学显微镜颗粒计数法、自动颗粒计数法、显微镜油污染比较法、铁谱分析法、光谱分析法、重量分析法。目前大多采用前三种方法，而自动颗粒计数法快速、准确、重复性较好，但设备价格较高。

1.3 污染与磨损的链式反应

1.3.1 磨损机理

从磨损形式上可分磨料磨损、冲蚀磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。

(1)磨料磨损

磨料磨损是最主要的一种磨料形式。

设备运行中相对运行的一对运动付存在一定动态间隙，油液中的机械颗粒作为一种磨料进入运动付中，嵌入相对运行的表面后，犹如切削刀具一样将相对运行的另一零件表面的材料切削下来，导致设备磨损。

某厂#1机在历次检查中发现轴瓦、轴颈均有不同程度损伤，轴瓦乌金表面嵌入机械颗粒，轴颈拉毛、磨损和周向沟槽就是属于典型的磨料磨损。

(2)冲蚀磨损

冲蚀磨损是系统内流体或其夹带的颗粒高速流动，因冲击动量造成表面材料磨损。如：如某厂#1、#2机注油器的扩散管的表面受到损伤，原因是：在注油器喷出的高速射流作用下，在扩散管入口形成高真空区域，使油液气化，导致其入口处严重气蚀，同时油液的高速流动，在气蚀的表面，受到较大的动量损失，油压降低，金属材料表面也受到冲蚀磨损。另外，高温高压蒸汽泄漏时吹损法兰面、管道、炉膛受热面而磨损；制粉管道磨损等都属于典型的冲蚀磨损。

(3)粘着磨损

粘着磨损是因负荷超载，低速运转或流体粘度降低而使油膜厚度降低，导致金属与金属直接接触，即“干磨擦”。大型转子顶轴油异常或断油而造成的轴瓦损坏属于典型的粘着磨损。

(4)疲劳磨损

疲劳磨损是物体表面受交变载荷的循环应力反复作用而产生裂纹并逐步扩大，剥落。如：滚子轴承的滚珠及内外圈长期循环碾压而起皮、剥落，使工作面变得粗糙，游隙增大是属于典型的疲劳磨损。

(5)腐蚀磨损

腐蚀磨损是因化学品或水导致金属表面锈蚀，某些金属元素从母体析出和置换。

控制磨料磨损、冲蚀磨损和腐蚀磨损是润滑油系统及设备运行和检修管理的主要问题。若处理不当将会导致粘着磨损，造成设备损坏事故。疲劳磨损可通过寿命管理加以控制，虽不是主要矛盾,但也应予以重视。

1.3.2 磨损与污染的恶性循环

因润滑油污染而导致各类磨损，产生新的颗粒，并作为一种新的磨料，进行更为剧烈的磨料磨损，形成“链式反应”使油液的污染等级急剧上升，设备磨损加剧 。同时这些磨损产物作为一种催化剂，加据油质变质，形成恶性循环。

1.4 水是液压润滑系统重要的污染物

(1)水污染的途径主要是有热交换器泄漏、密封失效、潮空气侵入和添加新油带入。

(2)水污染的危害

水在润滑油中有二种状态存在，一种是游离状态，一种是溶解状态。当油呈乳状时，表明在该温度下，水的含量已超过了溶解饱和度游离水和溶解水都会导致元件失效和油质变质。

正常情况下润滑油进入轴承油楔后，高速旋转的转子通过油膜的液体滑动，将其动能转变为油的内能，压力和温度升高。同时通过热传导也带走一部分热量。如果润滑油中含有水分时，降低了油膜刚度。当润滑油通过轴承后，随着压力，温度升高，油中的水分将发生汽化。在油膜中产生气泡，在轴承间油膜中形成点状气塞区，并逐步扩大。气塞区击穿油膜后，该点断油形成干磨擦，导致温度上升。

油液中的水分将引起油液中的添加剂分解和沉淀，形成粘性化合物，使油液呈酸性，加速油液变质。粘性化合物也将进一步加剧磨损。水分和微小金属颗粒并存在油液中时，油液的氧化速度将明显加快，大大缩短油液的使用寿命。

油液中产生的酸性物质在水分的作用下与金属表面形成电化学反应，腐蚀系统和设备。表现形式为生锈。生成氧化铁颗粒，成为系统中的磨料。同时酸性物质软化金属表面，降低抗磨能力加速磨损，导致金属表面脱落，形成腐蚀斑点。

1.5 水和金属颗粒双重作用加剧设备损坏

金属颗粒作为磨料直接作用加剧设备损坏并增加污染，水作为媒介间接作用促进了磨损加剧，并直接导致油质恶化。因此应积极主动地预防水和金属颗粒对润滑油的污染，延长设备使用寿命。

2 控制和预防润滑油污染。

(1)加强制造，安装过程的质量监督，做好基建全过程管理，控制和最大限度地减少设备内部的固有污染物。加强对设备质量的监造和现场设备的解体、检修和清扫，这是搞好油系统清洁度的物质基础。其次，要严格按照要求进行选材与配制油管道加工工艺严格按规定执行搞好焊接质量。管道配制后要做好清洁和防腐工作。在系统安装结束，投运之前认真制订切实可行的油冲洗和循环方案、扎实地做好油冲洗和循环工作。在取样、传送、化验各环节严格执行检验标准，不得有随意性。最后关键一环应严把检验标准关，不得以任何借口降低标准。

(2)加强运行管理，防止运行中外界侵入的污染物，最大限度的减少内部生成的污染物。

在设备运行中外界侵入的污染物主要是水蒸汽、空气及其夹带入的尘埃。它们主要是通过轴承的轴封和没封闭的油箱而侵入系统的。

①众所周知，汽轮机轴承的轴封都是与汽轮机端部汽封临近，若设计、安装或调整不当，汽轮机端部汽封送汽过大或外档汽封轴吸能力过小，多余的蒸汽将从轴端冒出。而一般轴承都保持微负压运行，这部分轴端漏汽将被抽吸到轴承箱内，并凝结成水。在运行调整中防止油进水和防止掉真空往往会成为一对较尖锐的矛盾，而在运行调整中往往会片面地为保凝器真空而将轴封供汽调得过高，导致轴承进水量过大。

对于真空而言，即是经济性问题，又与安全有关。当真空值偏低而相对稳定时，经济性又是主要问题。而当其相对变化较大时，经济性就成了次要问题，安全问题成了主要问题，并且是一种急性病。而油中进水问题，仅仅是安全问题，与经济性无直接关系，也只是一种慢性病，但它造成的危害却是一种重病，不可低估。所以若是同样安全性问题，首先应防治急性病，宁可提高轴封送汽压力，也要确保主机真空，防止因此而跳机造成事故。同时也应兼顾油中尽量少进水，并采取相应的排水除水措施。除此之外，长期的正常运行中，经济性和安全性成主要矛盾时，应确保安全性，防治慢性病，宁可降低些油封压力，也要防止油中进水，并采取办法提高真空。

当然，若是能在技术上能采取措施，即保证以少量的送汽来满足轴封需要，不掉真空。又保证轴端不冒汽，轴承不吸气来杜绝油中进水，则是上上策。

②加强在运行中添加新油的油质管理。确保加入合格的新油，防止新油带入水份及机械颗粒。一是要做好备用油的过滤工作，直至合格。二是要防止合格的备用油在储存过程中的二次污染。三是在加入新油时重新取样化验合格。通过过滤器加入新油，并防止加油设施、管道、油箱、加油口等的二次污染。

③做好油箱与油系统封闭工作，防止空气及其带入的尘埃与水蒸汽。

检修或加油结束后应对油箱进行封闭，减少污染途径。

④尽量减少轴承和油箱的负压，尽量减少吸入量。

油箱的排烟风机，一方面起到及时排除运行中产生的油烟的作用，防止其对油液产生污染，防止酸值增加。另一方面又因在系统中建立一定负压，将水蒸汽、空气、尘埃从轴封等处吸入油系统，造成二次污染。同时也增加了设备费、运行费和维修费。当系统配有具有再生功能的滤油机时，应统筹考虑：是停开或取消油箱排烟系统，增加定期滤油再生；还是维持该系统，减少定期滤油和再生次数。

⑤对于定期开启的油泵，轴承的轴径或调节系统的活塞杆、滑阀等调节部套的动静密封处应定期做好清洁工作，防止由此进入的污染。

(3)加强设备检修管理

加强设备检修管理，主要是要提高认识，一方面要严格检修工艺，二是要严把质量验收关，才能彻底防止检修过程中的二次污染。

(4)重视油净化工作，防止污染与磨损的恶性循环，防治二次污染

加强润滑油滤网的定期清洗工作，保证滤网处于良好的工作状态，确保其最佳过滤效果。同时要防止滤网清洗时，在拆装过中的二次污染。

3 润滑油的净化

针对润滑油不同的污染情况分别采取下列办法：

3.1 除水

目前除水的方法有分离式、离心式、吸附式、真空式等几种。某厂原配套的油净化装置采用分离式除水，靠油水重度差进行分离，只能部分除去游离水，不能除去溶解水，除水效果较差。某厂也曾试用过吸附式除水。在油净化装置内加入一定的细孔硅胶，希望靠硅胶较强的吸附性除水。但试用中因硅较不仅对水有吸附作用而且对油也有相同的吸附作用，结果是劳民伤财无功而返。从去年十月起，采用分子净油机进行处理。因当时润滑油质已明显恶化，润滑油中有大量的乳化剂存在，油的破乳化程度严重超标(超过一小时)并严重乳化，真空加热除水后很快就除尽了油中的水份，但停止处理后又很快重新乳化。投入该机再生系统后，除去了油中的乳化剂。油的破乳化程度迅速降低，再进行真空加热脱水，就控制住了油的乳化。

3.2 再生

被水和机械杂质污染后润滑油的酸值将上升，破乳化度也相应上升。分子净油机采用新型分子筛对油进行再生处理，并有效防止了再生剂的逃逸，起到了较好的效果。

3.3 过滤

一般过滤机械杂质的方法有离心法和过滤法二种。通常都采用过滤法对润滑油进行过滤。但过滤器的种类千差万别，过滤效果合有千秋。衡量过滤器品质的标准一般用过滤比(值)来衡量，其定义为过滤器上游单位体积中某一给定尺寸的颗粒数与下游单位体积中同一给定尺寸的颗粒数的比值。它与过滤器材料结构、孔径有直接关系，滤材的孔径结构越稳定越均匀，在指定范围内的过滤比越好；反之较差。

另外过滤器性能还有使用寿命和纳垢量等因素。压力式滤油机采用的过滤纸，虽然相对价格较低，但使用寿命和纳垢量都较低，维护量较大，从长远考虑，并不经济。过滤器专业制造厂生产的专用过滤器，经过长期实践，有较丰富的经验，是比较理想的选择。

文中通过对润滑油系统油质污染、预防与净化的分析希望广大从事润滑油系统运行、检修和油质监督、管理的同志提高对这一问题的认识，认真搞好润滑油系统的油质管理与监督，提高设备健康水平。