API614在工业透平润滑油系统设计中的应用分析

谢小军，张 楠

（上海交通大学 上海汽轮机厂有限公司工业透平部 上海 200240）

API614在工业透平润滑油系统设计中的应用分析

谢小军，张 楠

（上海交通大学 上海汽轮机厂有限公司工业透平部 上海 200240）

文章介绍了润滑油系统的基本组成和在电厂运行中的重要作用，概略分析了润滑油系统可能出现的油质问题及其成因，并概述了API614针对油系统潜在问题的规范与设计要求，以使设计人员对润滑油系统有更深入的了解，对API614设计规范有更加深入的认识。

润滑油；API614；轴承

油系统对于工业透平这一高速回转设备来说至关重要。使用正确的设计规范是保证油系统安全稳定运行的前提。在化工领域以及部分发电领域，要求油系统符合API614的标准。

目前尚未有对API614设计中使用的系统的总结与解读。本文尝试通过对油系统设计总体介绍以及API614的归纳，使初次接触API614规范的设计者对油系统的设计以及API614整体有一定的认识与把握。

1 工业汽轮机润滑油系统分析概述

1.1 系统组成

工业透平的润滑油系统需要跟透平所用的轴承匹配，以提供参数合适的润滑油。因各厂家的轴承技术不同，润滑油系统的参数也不相同，但基本是以下形式：

系统供油主要由交流油泵从油箱中抽取，依次通过冷油器和滤油器送至供油母管。供油母管送至透平轴承，以及透平所驱动的减速箱、发电机轴承和盘车装置。回油通过回油母管汇集后返回油箱,油箱上设排油烟风机以保证回油母管的负压，同时能够及时排除由于温度升高产生的油烟及夹杂在润滑油中的空气，保证油系统正常运行。

1.2 系统作用

润滑油系统是一个循环系统，在汽轮发电机组的各个系统中相对较封闭。其作用主要有：

润滑作用：汽轮发电机组的轴承与轴颈的表面加工都较为精细，都具有较高的光洁度。但无润滑状态下，大轴移动时，两表面处于固体磨擦状态，产生的高温高热瞬间便会毁坏设备。润滑油系统启动后，在接触面上连续供油，形成了油膜层，以液体磨擦代替了固体磨擦，有效防止了轴的磨损和毁坏。

图1 润滑油系统简图1危急油泵EOP，2主油泵MOP，3辅助交流油泵AOP，4冷油器，5滤油器，6逆止阀，7节流阀，8排油烟净化装置

散热作用：润滑油在系统启动后不断循环，油温持续升高。润滑油不断将轴承内油品的内磨擦产生的热量、汽轮机转子传来的热量带出。冷油器不断将油系统热量排除，保证油温。因此油系统具有散热作用。

冲洗作用：机械加工的精度不可能无限高，所以高速回转设备的碰磨会不可避免的产生少量碎屑磨擦产主的金属碎屑，透平油会起到冲洗作用，将这些碎屑带走。

润滑油油质的好坏，会直接影响汽轮机组的安全经济运行。故长期以来对润滑油的油质、性能都有较高的要求：

抗氧化安定性：机组运行中，润滑油的循环次数多，速度快，工作时间长并且在一定温度下暴露在空气中与金属接触。因此要求润滑油寿命长且具有较好的热稳定性，在运行中生成的氧化物要少，且酸值不应显著增长。

较好的润滑性能和适当的粘度：润滑油的粘度影响了油膜的厚度以及油系统的出力。选择的透平油粘度适当，油粘度随温度变化小，就可以在不同温度下保证机组的润滑。在保证润滑性能的前提下，因粘度较小的油散热性及抗乳化性能均好一些，一般尽可能选用粘度较小的油。

较好的抗乳化性能：在机组运行中，蒸汽会从轴封处泄漏至轴承，从而进入油系统使油水混合而成乳化液。乳化液的形成影响油的润滑性能和机组的安全运行，故要求透平油具有良好的抗乳化性能，容易与水分离。使漏入润滑系统内的水分在油箱内能迅速分离排出，以保持油质的正常润滑和冷却作用。

具有良好的清洁度：如果油中所含颗粒物较多，形成的油膜的质量会很差，容易在摩擦面上形成干摩擦，造成设备损坏[1]。

1.3 油质劣化的原因与后果

油质劣化的主要原因是水分和金属微粒对其造成污染，同时，由于空气的混入，加速了油液氧化，产生二次污染物[2]。水分主要来自汽轮机前后轴封漏气窜入前后轴承箱，油系统密封不严，冷油器泄漏，空气中水蒸气的冷凝，以及由于油温较低导致的溶解水的析出。杂质的来源是摩擦产生的金属颗粒，空气中的尘埃，以及各种运行产生的乳化物氧化物，维修清洁度检查不合格残留的碎屑。

透平油中含水，进一步使油乳化，产生乳化物及油泥；另一方面，水分起着促进氧化的作用，油氧化后，产生不溶性物质和有机酸，在系统内形成胶质和油泥。其主要危害：进入润滑系统的乳化液，破坏了正常油膜，容易导致干摩擦，进而引起局部过热、轴承磨损、机组振动及锈蚀等。严重乳化的油可能于油路中产生沉积，致使油路不畅。对于调节油系统会导致油压不稳，工作点漂移，甚至影响正常运行，也会造成冷油器热效率降低，各部滤网堵塞，转子轴颈磨损过大。乳状液中的水分会锈蚀有关金属。透平油中的杂质不但增大了机械磨损，还会引起调速系统部套卡涩[3]。

油系统不正常，可引起轴颈、轴承非正常磨损、“烧瓦”、“抱瓦”等电厂常见的事故，又会引起汽轮机调速系统失控，导致汽轮机超速，甚至造成整个透平转子报废的严重恶性事故。轴承故障和调节系统故障都是导致机组停机时间最长的故障[4]。随着机组单机容量增大，为适应对汽轮机效率、控制精度及可靠性要求的提高，对汽轮机的油系统的要求也在不断提高。

在设计工作中严格遵守相关标准，对保证系统安全，维持透平稳定运行，缩短大修工期至关重要。API614就在从设备采购到交付，提出了一系列的要求规范，甚至提供了文件格式。规范化的操作流程更能够保护业主和制造商的切身利益。

2 API614的解读分析

API614是美国石油学会（American Petroleum Institute，简称API）编制的关于石油、石油化学和天然气工业用润滑、轴密封和控制油系统及辅助设备的规范。现在在电厂油系统设计中也有所应用。在某些国外项目中，业主会要求润滑油系统需满足API614的要求。因此了解API614的要求对于中国打开国际市场，有重要的战略意义。

API614共分为三部分“概述，特殊油系统，一般用途的油系统”。其中特殊用途油是指可供密封用的油。工业透平的润滑油系统属于第三类，一般用途的油系统。在工业透平润滑油系统的设计中主要参照第一部分和第三部分。API614颁布以来历经各次修订更新，现API614-2008为其最新版本。

API614总体上与ISO10438等同，在很多部分可以与ISO10438通用。API614规定设备的安装设计应该符合API686。管路的设计加工、检验和检查，应符合ISO15649的有关规定。

2.1 系统设计与材料选用

API614将工质分为辅助流程液体，蒸汽或空气，冷却水，润滑油、控制油和密封油四类并对应每一种类将不同的管件、垫片等进行了材质的规定。但应注意在与国外业主配合时使用的材料牌号应为ASME标准或等同的ASME牌号。特别是API614中对于仪表阀、截止阀、螺塞都有细致的材料规定。标准中多处提及“除非另有规定”，这时应以双方的具体技术协议为准，若无明确规定的，当以API614作为参考。

在正常回油工况的温度下在最大流量条件时，回流管的尺寸应使得油量不充满油管的一半，其布置应保证良好的排放。（要考虑到起泡沫的可能性）。水平管应以40mm/m（1/2 in/ft）的斜度，连续倾斜地朝向油箱。如果可能，分支油管（在任何横向平面不多于1个），应以油流方向的45°角进入回油管。管子的倾斜度较国内多数成熟设计有所差别，应按照API的相关规定进行。

2.1.1 油系统设计思路

前文提到，API614的第三部分针对的是非密封用一般油系统。在第三部分中，API614将一般用途的油系统按照表1建立了标准的等级模型。按照表1确定的模型即可查阅表2确定选用设备的参考标准。

2.1.2 设计中的注意事项

国内主流润滑油系统配置的大部分为离心泵，这与API的规定的容积泵是有出入的，需要在技术协议中与业主明确，以双方签署的技术协议为准。在API614中也规定了，油泵的具体形式是由买方规定的。若用离心油泵，离心泵的正常工作流量应在其最佳效率点的50%～110%范围内。从正常工作点到停机，离心扬程至少连续升高5%，而且装上新叶轮后，扬程能够进一步提高至少10%。

API614中提及油箱及油箱附件需采用不锈钢材质，这也是应该在设计中需要注意的。

冷油器、过滤器、高位油箱、排凝收集器、蓄能器以及其他的压力容器需要符合压力容器制造规范，除非必须，滤油器下游不要安装截止阀。主要部件应直接安装在钢制结构件上，作为一个独立油站或整体设备的底座。底座上应该设有排液的檐，应配备四个吊耳或其他适用的方法，需要员工通过的区域需敷设防滑金属盖板。在每个接近地脚螺栓的地方，应提供可供水平调整用的螺钉。冷油器的材质没有硬性规定，但需保证油测工作压力大于水侧工作压力。

系统应使用对粒径10μm以上颗粒最低有90%过滤效率的双联可切换全流量过滤器，对15μm以上粒径颗粒应最低有99.5%过滤效率。过滤器应位于冷油器下游，不应使用金属滤网或烧结材料作为滤芯。油应从外向里流经滤芯，一组层叠滤芯最多是两个。滤油器端盖重量大于15 kg时，应设计吊耳。

2.2 控制与报警

除停机传感器外的所有仪表及其部件能够在设备运行中进行替换。所有与流体接触的仪表零件应为300奥氏体不锈钢材质。到达任何报警参数，达到报警点应按规定启动一个刺耳的报警声响或闪烁的灯光或声光兼有。

应为报警系统的故障设置报警措施。停机系统的元件故障无法识别故障条件时，设备应自动停机并报警。停机系统的故障报警应与其他故障报警有明显区别。

所有与流程介质相接触的温度计/传感元件,位于加压的或溢流的管线中的温度计/传感元件,应配备DN20(NPS3/4)300系列不锈钢的可拆卸式整体温度计套管。

表1 带有标准配置选项的一般用途油系统等级模型

表2 一般根据设备推荐的最低一般用途（GP）系统

2.3 试验

在首次计划的试验之前至少6周，卖方应将计划提交给买方。水压试验压力为1.3倍最高容许工作压力。承压零件（包括辅件）应该用液体在最小为1.5倍最高容许工作压力作水压试验。最低的水压试验压力不应小于150 kPa。

试验部分应该注意的是，整个油系统应在卖方车间进行试车以便对运转和清洁度进行检查。所用的油应共同商定，并且应与系统油相匹配。试车应在正常工况下至少进行2小时，可以在2小时之内同时做运转试验。运转试验的计划应提前6周报给买方。在进行运转试验之前，应用实验证明系统的清洁度情况。如果为了改善工作状态而需要进行拆卸油系统时，则原来的运转试验不能作为验收，应在修改之后进行最终运转试验。无论在任何情况下，清洁度验证只应在最终组装后进行。

3 小结

文中简略介绍了润滑油系统的基本组成和在电厂运行中的重要作用，分析了润滑油系统可能出现的油质问题及其成因，并概述了API614设计规范在日常工作使用中应注意的一些特殊要求，以使设计人员对润滑油系统有更深入的了解。

API614的使用需要参照ISO的相关标准和API的相关标准，在进行设计工作前，应仔细阅读技术协议，确定自己所设计的油系统的模型。查阅相关的标准，并理清总体思路。从一开始就要从细节上依据API614的规定。大到油箱材料，小到管件尺寸，都应该有清楚的认识。

[1]李 海,武宏伟.发电厂透平油的性能及作用分析[J].内蒙古石油化工，2007,(12)：239.

[2]胡 飞.谈汽轮机油系统清洁度的控制[J].山西建筑，2009,35(14)：340-341.

[3]魏守有，刘晓晨.汽轮机润滑油油质对运行的影响及改进措施[J].科技慵报开发与经济，2008，18(2)：226-227.

[4]于达仁,张志强,徐基豫，等.汽轮机油系统发展综述及故障树分析[J].中国电力，2002，35(7)：1-3.

Analysis of API614 during design of industrial turbine lubrication oil system

XIE Xiao-jun,ZHANG Nan
（Shanghai Turbine Works Corporation,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai200240,China）

This paper generally introduces the constitution and the importance of the oil system,analyses the possible oil quality problems and the reasons.The latter part introduces the requirement of API614 about the problems in the former part. This paper is useful for further understanding ofAPI614.

lube oil;API614;bearing

：

：1004-4329（2016）04-027-05

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329(2016)04-027-05

2016-09-07

谢小军（1989- ），男，硕士生，助理工程师，研究方向：汽轮机系统设计。