火电厂汽轮机润滑油油质提升研究

李寒冰

（华能国际电力股份有限公司上安电厂，石家庄 050310）

华能国际电力股份有限公司上安电厂（以下简称华能上安电厂）总装机容量2 560 MW，总共分三期进行建设，并于1987、1997、2008 年相继投产。其中一期机组为GE 进口机组2 台，单台装机容量为350 MW，在华能上安电厂排列序号为1#机和2#机，其汽轮机分别进行过一次通流改造：1#汽轮机于2012 年由哈尔滨汽轮机厂进行通流改造；2#汽轮机于次年也同样由哈尔滨汽轮机厂进行通流改造。二期机组为国产机组2台，由东方汽轮机厂生产，单台装机容量330 MW，在华能上安电厂排列序号为3#机和4#机，2 台汽轮机分别在2013 年和2014 年进行过一次通流改造：3#汽轮机于2013 年由东方汽轮机厂进行通流改造；4#汽轮机也于2014 年同样由东方汽轮机厂进行通流改造，通流改造后，3#机和4#机也有原来的容量300 MW 扩容至330 MW。三期机组与二期机组相同，同样为国产机组2 台，同样由东方汽轮机厂生产，其单台装机容量600MW，在华能上安电厂排列序号为5#机和6#机，5#汽轮机与6#汽轮机投产年限较短，均未进行通流改造。

华能上安电厂6 台发电机组基本上全年运行，这也就造成主机设备及其辅助设备必然众多，那么，如何保证发电机组长期稳定高效地运行，就成了日常工作的内容。随着近几年火电厂社会地位的降低，也为了促进电厂转型，以前庞大的维护成本就受到了限制，那么如何利用有限的成本来达到设备稳定运行的效果呢？于是，对日常工作投入精力较大，维护成本占比较大的问题进行整改。其中，汽轮机润滑油油质提升作为电厂提质增效就提到了台前，火电厂日常运行维护成本主要包括以下几大部分：转动机械的维护、油品恶化的维护和跑冒滴漏的处理等[1]。据不完全核算，因为油品恶化而产生的维护费用约占全年维护成本的40%，约占汽机专业维护成本的65%，如若能有效地降低该项维护成本，那么，火电厂的利润空间就会进一步扩大，对部分亏损电厂而言，不仅能减少亏损比例，还能有效改善工作生产环境。

在华能上安电厂二期机组运营初期，各主机设备运行状态良好。然而，在最近几年，汽轮机润滑油油质呈现了恶化的趋势，油质颗粒度居高不下，长期保持在NAS-11 级及以上。为此，特对油质提升方案的选取进行以下综合分析。

1 油质恶化原因分析

1.1 外部渗入

在检修过程中，尤其是在进行汽轮机润滑油系统大修过程中，伴随着汽轮机润滑油箱人孔打开，各个润滑油泵全部解体检修，主机润滑油箱内各个油口打开[2]，一些保温的飞絮、环境中的尘土不可避免地会飘进管道内部。由于油箱内部空间狭窄，管道布置错综复杂，方向繁多，在清理过程中，总有部分不易清理的位置，而这些位置的杂质会随着检修的完成，而留在系统管道内部，在设备投运后，杂质混入油中，引起油质污染，造成恶化，此种原因造成的油质恶化现象只是物理性污染，是一种可逆的，随着机组投运后滤油机的加持，就可消除此种油质恶化的现象。

1.2 设备内部锈蚀

汽轮机润滑油系统主要设备就是汽轮机润滑油箱、油泵及管道，汽轮机润滑油正常的工作温度在50~55 ℃之间。在汽轮机正常运行过程中，轴承室内为微负压的状态，因为其距离轴端汽封较近，其受到轴端汽封漏汽的影响，轴端汽封漏出的微量蒸汽会沿着轴通过油挡而进入润滑油中，这就造成油中含水量的增高（日常运行中的标准为100 mg/L）。由于汽轮机与汽轮机润滑油箱之间的落差，在整个油循环过程中，随着润滑油的下落，部分不溶解气体会从润滑油中释放出来，在回油管上和汽轮机润滑油箱上部的空间形成不溶解气体空间，这其中含有的水蒸气就会腐蚀油箱内部。随着时间的推移，碳钢材质的油箱内壁就会产生锈蚀的痕迹，这种现象会随着运行时间的延长，使锈蚀逐年增加。这种腐蚀对润滑油颗粒度的影响占比是最大的。

1.3 设备磨损

汽轮机润滑油的主要作用是对汽轮机各轴承进行润滑和冷却，随着汽轮机转子的高速旋转，在轴承位置形成一层很薄的油膜，油膜厚度虽然很薄，但是其具有很强的刚度，这样才能完全将转子托起，这就可以理解成轴瓦与轴之间有一层刚度很高的物质，在随着转子旋转与轴瓦进行摩擦，摩擦必有损伤，随着运行周期的延长，汽轮机各轴承钨金都不可避免地存在一定程度的磨损，而因磨损产生的一些钨金颗粒会进入油中[3]，对油质造成污染。这种污染因素是一直存在的。汽轮机的整个寿命周期内，轴承的磨损会一直伴随着转子的旋转而一直存在，此种影响因素是无法彻底消除的，但是可以通过油样铁谱分析[4]来确认颗粒成分。

1.4 油氧化变质

汽轮机润滑油用油型号为美孚牌VG-32 汽轮机油，该油为矿物质油，与汽油类似，为石油提炼的一种产物。矿物质油有其自身的特性，会随着使用时间的推移，出现氧化的现象，而润滑油氧化后会产生胶质、沥青质和碳杂质[2]，这也是造成油品污染的原因之一。这种形式的污染是不可逆的，会随着时间的推移，恶化程度不断加强，而这种恶化只能进行换油，以增强油质润滑的能力。

2 油质净化措施

2.1 改善检修环境

在设备检修过程中，打开的进油管道法兰，应加盖密封，一是防止灰尘进入管道或油箱，影响油质，二是防止检修过程中，因操作失误，造成擦油布、海绵等物的掉入，在投运后容易引起油管堵塞，造成不可估量的损失。油管道在进行回装前，应用洁净的压缩空气进行吹扫，各部件回装前，应用清洗液清洗干净黏附的油污、杂质。汽轮机润滑油箱封闭入孔前应将油箱内壁擦拭干净，最有效的方式是用白面进行清理。

2.2 控制恶化速度

在日常运行过程中，润滑油的过滤是控制、延缓油质恶化速度的最有效的手段。先进的油净化装置，能随时将油中已有的和不断产生的杂质和水分过滤掉，从而延缓润滑油恶化、乳化的速度，延长润滑油的使用周期。

2.3 设备升级

为了改善油质恶化的现象，最行之有效的措施是对现有设备进行更换或升级改造，例如：将进油、回油管道与汽轮机润滑油箱全部更换为耐腐蚀的材质——不锈钢，这种方案能极大地降低杂质产生数量及速度，彻底改善油品恶化的现象。

再有就是采用目前市场上最先进的油净化设备，油过滤是控制油污染的重要手段[2]，先进的油净化设备可大大提高润滑油的过滤效率，从而使润滑油达到并维持在标准范围以内，设备越先进，设备成本就会越高，在日常维护成本中，因为润滑油过滤而消耗的大量滤芯的成本占比是相当大的。

3 改造方案

通过以上的各种分析，从降低设备锈蚀的角度出发，提出下列改造方案。

3.1 更换设备材质

原回油管道材质为碳钢，碳钢具有易腐蚀的缺点，那我们就从改变回油管道的材质着手，将碳钢回油管道更换为不锈钢的回油管道。

汽轮机润滑油管道采取的是套装油管的形式，即回油管道内部安装各轴承进油管道，进油管道的支吊架安装在回油管道内部，回油管道外部每隔2 m 安装有一个吊架，这些支吊架的存在，对更换新管道方案的实施有一定的难度。并且在经过多年的运行，管道内部的应力已经完全释放，各管道所处的状态已不利于整体更换。

在正常的运行状态下，回油管道内部油位为管道直径的1/2，内部进油管道全部在油位以下。因此，依据该系统实际运行特点，特制定更换管道的方案为只更换回油管道上半，将切割线定在回油管道液位线以下10 mm，将上半切除，将不锈钢管道与原管道下半重新焊接，焊接的形式采取氩弧焊，目的就是尽可能地降低焊渣产生的概率。

同时，在正常运行状态下，汽轮机润滑油箱内部也不是满油的状态，在油箱顶部向下600 mm 为油、气分界线，如果整体更换汽轮机润滑油箱，受到实际条件所限（一是检修时间不允许，二是浪费经费），也是不被允许的。并且汽轮机润滑油箱上部安装有油泵及各压力表计，采取与回油管道相同的方案也是不符合实际的。

针对上述原因，特提出，自油箱顶部向下1 000 mm，在油箱内壁贴不锈钢板，不锈钢板厚度为1 mm，将不锈钢板根据汽轮机润滑油箱内部构造的特点，切割成型，再进行焊接，焊接采用1.5 mm 不锈钢焊丝，脉冲焊，严格按照密封焊的要求进行焊接，并在焊接完成后进行着色探伤，用以检查焊口是否存在裂纹或者未焊接的状况发生。

3.2 改进油净化装置

原油净化装置已使用10 a 以上，其结构、流程较简单，如图1 所示，更换滤芯至少需要1 d 的时间，由于油净化装置需要24 h 不间断运行，就会造成油净化装置停运时间过长，增加滤油时间。更换滤芯作为一项长期性、定期性的工作，由于原系统易漏油的原因，不可避免地延长了油净化装置的停运时间，且更换一次需要将所有的存油打光，才可更换滤芯，更换一个的时间与整套时间相差不大。

图1 原油净化装置流程图

为了缩短滤芯更换时间，降低更换滤芯频次及滤芯使用量，将原有净化装置进行改造，改进方案主要考虑两点：（1）缩短更换滤芯时间；（2）降低维护费用。

在原油净化装置循环泵的入口处加装一级保护性滤芯——粗过滤，一是保护循环泵不被大颗粒物损坏，二是延长泵后各级滤芯使用周期，从而降低维护费用。

并在原除水过滤器底部加装放水管及阀门3，目的是在更换除水滤芯时，利用循环泵将润滑油输送回汽轮机润滑油箱，缩短了更换滤芯的时间。改造后油净化装置流程图如图2 所示。

图2 改造后油净化装置流程图

更换整套滤芯的流程为关闭阀门1，打开阀门3、阀门4，关闭阀门5、阀门6，将所有滤室内存油输送至汽轮机润滑油箱，没有存油后，关闭阀门7，开始更换所有滤芯，油净化装置停运时间控制在2~3 h，即可在此投运，大大缩短了油净化装置的停运时间。

在实际操作中，因为在泵入口加装了一级粗过滤，更换预滤芯的频次由原来的15 d 一次，延长至1 个月一次，大大降低了滤芯采购频率及费用。

3.3 滤芯选型的计算模型

泵入口增加一级粗滤网的选用标准根据流量、有效流通面积等有关。滤网前后压差计算模型[5]如下。

有效流通面积s 的计算模型为

式中：Q 为流量，m3/s；μ 为动力黏度，Pa·s；K 为通流能力系数，网滤芯取0.34；ΔP 为滤网前后差压。

通常有效流通面积s 按照过滤器公称通径的20 倍设计，就可以满足实际运行要求。

经计算得：滤芯采用100 目滤网，滤网孔径为0.15 mm，滤网骨架高400 mm，外径120 mm，滤网有效通流面积约为0.8 m2。

更换滤芯参数的参考为泵入口压力超过-0.08 MPa时，就需更换新滤芯。

4 结论

从实际运行效果来看，上述2 种方案，对汽轮机润滑油油质的改善，起到了很好的作用，油质恶化速度的减慢，延长了汽轮机润滑油的使用周期，对汽轮机轴瓦的工作环境有一定程度的提升，降低了汽轮机组大修期间轴瓦的检修工作量，使得轴瓦的检修周期由原来的1 个大修周期，可以顺延至2 个大修周期。所以，在保证机组稳定运行的前提下，既节省了日常维护费用，也节省了机组大修费用。