核电厂汽轮机油颗粒度异常情况分析

徐 燕，秦建华

（核电秦山联营有限公司，浙江 海盐 314300）

汽轮机油是电力系统中重要的润滑介质，在汽轮机的轴承中起润滑、冷却、冲洗、减振、密封作用。

秦山第二核电厂（简称“我厂”）一台600 MW的机组，汽轮机润滑和密封系统用油量共为45 t汽轮机润滑油。加上必需的备用油量，用油量就会更大。因此，需要运行汽轮机油具有各项良好的性能，汽轮机油质量的好坏，会直接影响汽轮机组的安全经济运行。这就要求我们能对汽轮机油的各项物理、化学性质进行分析，从而发现油质发生变化的原因，以便制定针对性的措施，确保汽轮机用油的品质。

我厂1号机组已经运行6年左右，2号机组运行了4年左右，汽轮机油油质总体情况控制良好。但随着机组运行年数的增加，机件设备磨损情况慢慢出现、油液本身也在不断老化中，出现了一些油质异常状况。

1 异常情况介绍

从2008年4月开始，1号机组汽轮机润滑油（简称“1G G R”）出现颗粒度上升较快的现象：基本上是不到一个月，油液的颗粒度从规范值NAS 8级以内上升到10级以上。2008年4至7月，颗粒度分析结果见表1，2007—2008年的1GGR润滑油颗粒度分析结果及其趋势见图1。

表1 2008年4月至7月1GGR颗粒度（级）分析结果Table1 Analysis for 1 GGR particulate contamination during April～July 2008

发现问题后，油质监督人员将监督频率由原先的3个月一次，改为2周一次。发现颗粒度超标，及时安排滤油。根据油质变化情况，适当调整取样频度。

我厂在线滤油采用的是PALL公司HVP-2703滤油机，可以过滤水分、颗粒度，颗粒度滤芯是5 μm的，运行人员每月定期启动一次，每次运行4 d，启动和停运时的油质一般不取样监测。离线滤油机是PALL公司PFC-8314滤油机，维修人员根据化学油质分析结果，在需要滤油时安排其启动，可以过滤水分、颗粒度，颗粒度滤芯为3 μm。化学人员根据国标GB/T 7596—2000关于运行汽机润滑油的要求，对GGR润滑油颗粒度每3个月取样分析一次。此次颗粒度上升迅速的情况，以前从来没有出现过，因此化学人员提高了监督频率，以便能及时确认和查找油系统的污染情况和来源。

2 原因查找

颗粒度也就是颗粒污染浓度，监测的是浸入油中，不溶于油的颗粒状物质，如焊渣、氧化皮、金属屑、砂粒、灰尘等。对于正常运行的油系统来说，其中的污染物的来源主要有两个方面：一是系统外污染物通过轴封和各种孔隙进入；二是内部产生的污染物，包括水、金属磨损颗粒及油液氧化产物等。这些污染物都会降低GGR润滑油的润滑、抗泡沫等性能，可引起调速系统卡涩，机组转动部位（轴承、轴瓦）的磨损，严重时会引起机组飞车等事故，严重地威胁机组安全运行。所以，汽轮机油运行中消除污染是必须进行的工作。

2.1 金属分析

颗粒度异常升高可能的原因之一是设备内部出现磨蚀，为此需要对异常油样进行金属含量分析。

为了确定金属含量是否异常，2008年7月7日同时取样分析运行中的2GGR油（颗粒度＜8级且没有出现颗粒度上升迅速的情况）、1/2GHE氢侧密封油、GGR新油的金属成分和含量与1GGR油作对比。具体分析结果见表2。

表2 汽轮机油金属含量分析结果Table 2 Metal content analysis of turbine oil

从以上分析结果看，GGR新油的所有金属含量都接近于零。而所有运行汽轮机油中Cu质量分数都在30 ppm（1 ppm=10-6）左右，其他金属含量都很低，由于2GGR润滑油没有出现颗粒度异常升高的情况。因此，可以基本排除金属含量高，即磨损导致1GGR润滑油颗粒度升高迅速这一猜测。

2.2 铁谱分析

铁谱分析可通过观察油中的微粒的形态、分布情况、大小、数量和表面形貌等特征，来判断设备运动零部件的磨损状态和部位。图2至图4是2008年7月7日的1GGR回油管润滑油的铁谱分析结果。方法是取50 mL样品，用0.8 μm孔径滤膜过滤，将过滤后得到的滤渣制成谱片，在铁谱显微镜下观察。分析结果表明油中有个别小尺寸金属磨粒，少量小于320 μm的黏着磨粒，少量数十至数百微米的黑色氧化物、个别红色氧化物和个别纤维等。由此可见，设备存在磨损，但是颗粒数不多，进一步证明磨损应该不是引起颗粒度异常上升的主要原因。

2.3 红外光谱分析

将1GGR回油管润滑油和GGR新油及2GGR回油管润滑油分别进行红外光谱分析，然后组合到同一张图上进行比较，发现3个样品的特征光谱曲线几乎完全重合。说明1GGR和2GGR运行润滑油的基团几乎没有被改变，说明这二者的老化程度还不是很深，不应该是氧化产物引起颗粒度升高。具体情况见图5。

2.4 油质理化性能指标全分析

目前，1GGR润滑油的使用年限还不到6年，而一般汽轮机油的寿命为15～20年。为了确定油液的老化程度。对1GGR润滑油进行了油质全分析，结果如表3。

从分析结果看，说明油液很健康，不存在油液老化产生氧化产物导致颗粒度升高迅速这一现象，即颗粒度升高不是油液本身老化所致。

3 总结

从以上分析结果看，1GGR系统的设备磨损和油质老化都处于较正常的状况，不是引起“颗粒度迅速升高”的主要原因，即排除了“迅速增加的颗粒”来自于系统内部产生的污染物这一可能因素。因此，大量外界污染物进入1GGR系统的可能性较大。我们需要从查找系统的密封性，调节设备运行工况等方面入手，来查找原因。未查找到原因之前对主油箱、轴承周围环境进行清洁，防止粉尘、机械杂质进入润滑油系统。

4 分析展望

在查找颗粒来源的过程中，产生了一些延伸问题，为了使设备用油更优化，油质管理更完善，我们做了如下的工作和思考。

4.1 追踪铜材磨损部位

从铁谱分析看，虽然磨损颗粒并不多。但是，油中确实存在一些大颗粒的磨损情况，也许会对汽轮机振动高产生贡献，需要查找磨损部位，消除机组磨损状况。

表3 2008年7月7日1GGR润滑油油质全分析Table 3 Full analysis for the oiliness of 1GGR lubricant oil on 7 July, 2008

因此，对于此次GGR润滑油Cu含量较高的现象，查阅了相关设备材料方面的资料，发现该系统中主要是冷油器、GHE的交流和直流泵、汽轮机轴瓦、汽轮机轴瓦的外油挡、GGR001PO～010PO中有含铜材料。

（1）如果是冷油器中的材料磨蚀产生Cu，则在该处的所取样品Cu质量分数会明显高于其他部位样品的Cu质量分数。但从表2的分析结果看，Cu质量分数在整个GGR油系统中是均匀分布的。因此，冷油器材料磨蚀的可能性不大。

（2）GHE的交流和直流泵中的轴瓦套材料全部为ZL-109，其主要成分为Si，具体成分见表4。

表4 ZL-109成分及其质量分数Table 4 ZL-109 composition and it mass fraction

与冷油器的情况相同,即G H E处的样品的Cu质量分数与系统其他部位差不多，而且Si含量也几乎没有。因此，GHE的泵磨蚀的可能性也不大。

轴瓦的材料是锡基巴氏合金，其主要成分是锡、铜和锑，具体含量见表5。

表5 汽轮机轴瓦巴氏合金材料含量分布Table 5 Steam turbine Vajpayee's alloy content distribution

从金属分析结果看（见表2），作为巴氏合金的另两个主要成分锡（Sn）和锑（Sb）的含量都小于1 p p m。因此，轴瓦磨损的可能性也不大。

汽轮机轴瓦的外油挡是用Cu制作的，如果汽轮机轴系与外油挡发生碰磨，可能会致使GGR油系统内的Cu出现变化。另外，GGR系统内的泵有部分材料含铜，泵转动摩擦，可能导致Cu的质量分数出现变化。这些都需要进一步观察。

4.2 滤油记录

建议对滤油的时间和相关操作（更换滤芯等）进行专项记录，便于分析滤油效率和保存较为完整的油处理历史记录，对油质管理和设备管理有益。

[1] 温念珠，等．电力用油实用技术[M]．北京：中国水利水电出版社，1998．

[2] 中国电力企业联合会标准化部．电力工业标准汇编：火电卷6—电厂化学（下册）[M]．北京：中国电力出版社，1996．

[3] 肖纪美，曹楚南．材料腐蚀学原理[M]．北京：化学工业出版社，2002，9．