核电站设备用油选型优化研究与应用

大亚湾核电运营管理有限责任公司 马 超 张文通 孙其良

大亚湾核电基地共有三个电厂，分别为大亚湾核电厂、岭澳核电厂一期、岭澳核电厂二期。由于每个电厂建设的时间不同，设备选型上存在一定差异，导致设备润滑剂的选型千差万别。据统计三个电厂整体润滑剂种类超过120种，过多的用油种类对现场使用和管理带来诸多问题。

1 油品种类过多带来的问题

现场加错油的风险。油品种类过多，特别是同品牌不同系列的油品多，会增加现场加错油的风险，例如油品Shell Gadus S2 V100 3与Shell Gadus S3 V100 2两个油品牌号高度接近，但实际上属于不同系列的产品；又如Mobilgrease XHP 222与Mobilgrease XHP 222 Special，属于同系列产品但属于不同的牌号。这些油脂虽然牌号高度接近但性能上有差异，使用场合也不同，如不小心混用不利于机械设备的润滑；小众油品采购困难。现场用到的油脂中有一部分属于较小众的油品，这类油品通常是国外品牌，在国内市场应用并不广泛，有的还是核电专用。此类油品的国内销售商较少，部分油品只能从国外厂家购买，其采购流程较繁琐，采购周期也比较长。例如2020年循环水过滤系统钢丝绳用到的Brilube 70 rope dressing钢丝绳油因疫情原因导致国外产品采购不便。

2 油品选型优化原则[1]

非关键系统设备往关键系统设备用油靠拢。由于关键系统设备用油变更程序审核更繁琐、严格，因而整体替代遵循非关键系统设备用油往关键系统设备用油靠拢的原则，目的一是降低替代的风险，二是减少替代工作量；尽可能减少使用功能位置少或小众化的油品。不少油品在整个电站的使用位置只有一个，或是只有一种设备为数不多的几个功能位置在使用，这类油品是首要替代对象，因为这类油品是导致电站整体用油种类多的主要原因，且这类油品的替代涉及到的设备最少，无论从设备换油风险还是减少现场换油工作量考虑，都是优先替代这类油品。

油品替代不改变当前设备加换油周期。这项原则是为确保设备用油更换后换油周期不会出现变更，即设备用油变更后的换油周期较之前换油周期只增不减，解除了设备管理人员的顾虑；替代油品尽可能选用目前在用油品。这项原则是为尽可能减少引进新的油品，一般情况下只使用基地目前已有的油品牌号进行替代。一来引进新的油品替代程序上更麻烦，二来引进新的油品相当于增加了油品种类，当然，在特殊情况下仍会考虑引进新的油品牌号。

油品选型优化的目标是实现油品种类最少和设备润滑更优。

3 油品选型优化方法

选型优化方法将主要围绕油品的性能指标对比和设备选用油依据这两条主线来进行，即先通过设备选用油的标准来计算出可选油品的条件，再通过现有或新引进油品的技术指标对比，从中选择出最优的替代油品。必要时还可参考其它核电站类似设备的用油情况，从而进一步验证替代的可行性[2]。

图1 选型优化方法

3.1 同性能油品间的替代举例

根据前期的检索查询，大亚湾基地有较多性能相同或接近的油品，只是品牌不同，例如润滑脂Shell Gadus S3 V100 2仅在基地循环水过滤系统杂物耙齿轮箱轴承这一个功能位置使用，而基地又有与这款润滑脂性能接近的产品，因而考虑将Shell Gadus S3 V100 2进行替代，大致过程如下：

替代可行性分析。原始物项Shell Gadus S3 V100 2与替代物项Mobilgrease XHP 222主要性能指标分别为：基础油种类（NA）均为矿物油；稠化剂种类（NA）均为复合锂基；NLGI稠度等级（NA）均为2；工作锥入度（mm/10）为276/280；基础油黏度（cSt）100/220（替代物项基础油黏度更高，在低转速下可不考虑黏度增加带来的摩擦热影响，另一方面更高黏度可提供更好的油膜强度）；适用温度（℃）均为-20～140；滴点（℃）250/280；四球烧结负荷试验（kg）150/315（替代物项四球烧结负荷试验值更高，代表替代物项的抗磨性能更好）。

换油评估。两种油品的皂基与基础油都一样，因而两者是兼容的，但考虑润滑剂性能最大程度发挥，应尽可能减少两者的混合量，后续设备在换油过程中应尽可能减少设备上原用润滑剂的残留。通过对两者性能指标对比及设备换油影响评估，Mobilgrease XHP 222替代Shell Gadus S3 V100 2是可行的。

3.2 同类设备用油归一化举例

大亚湾基地由于三个电厂建设的时间不同，设备选型上存在差异，因而油品的选型上也存在差异。如果设备各项参数是接近的，用油是可以统一的。下面以生水系统冲洗水泵轴承为例说明。

大亚湾核电厂（简称一核）、岭澳核电厂一期（简称二核）生水系统冲洗水泵的型号、流量（m3/h）、转速（rpm）、油品牌号分别为CWG 40.200/132 SR 02/IH-65-50-160A、20/22.8、3000/2900，一核轴承驱动端3305、非驱动端NU2305，二核轴承型号为深沟球轴承305。可看出一核、二核生水系统冲洗水泵各参数接近，轴承型号也接近，但用油选择上差别较大。一核生水系统冲洗水泵泵轴承用油型号为Mobilgear 600 XP 68，该油品为工业齿轮油，黏度等级为ISO VG68；二核生水系统冲洗水泵泵轴承用油型号为Mobil DTE Light，该油品为涡轮机油，黏度等级为ISO VG32。两个设备参数接近，用油上不应当存在非常大的差别。

一核、二核生水系统冲洗水泵选油计算：生水系统泵泵驱动端和非驱动端轴承用的都是滚动轴承，滚动轴承润滑油黏度选择主要依据转速和轴承型号。表1来源于《润滑设计手册》，轴承DN值=转速×轴承内径。依据表1计算生水系统泵泵轴承黏度选择见表2。

表1 滚动轴承润滑油黏度选择

表2 生水系统泵轴承黏度选择计算

根据理论计算，一核和二核生水系统冲洗水泵泵轴承黏度选择范围都为ISO VG22～50，可选择ISO VG22、ISO VG32、ISO VG46三个黏度等级的油品。但实际使用中为避免泵运行过程中的一些异常情况，如温升、负载加大等，通常选择偏高1～2个黏度等级，以保证轴承异常工况下的油膜厚度[3]。因而综合考虑选择ISO VG46较合适，根据基地目前已有油品牌号情况，最终选择Mobil DTE Medium作为一核和二核生水系统系统冲洗水泵泵轴承的替代油品，从而将该设备的用油进行了归一化。

综上，核电站油品归一化是一项细致的技术工作，虽然前期需要大量的信息查询统计，同时需综合考虑油品使用情况、采购难度、成本高低等信息，后期还需进行繁琐的替代审核流程，但仍是一项值得投入、开展的工作。油品的归一化可大幅简化设备的用油，电厂的相关部门从设备管理到仓储、采购、化验均可从这项工作中获益。