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发电厂汽轮机油的性质及作用浅析与探讨

1.前言
汽轮机油俗称透平油,是电力系统中重要的润滑介质,主要用于汽轮发电机组的润滑系统和调速系统。在汽轮机的轴承中起润滑和冷却作用;在调速系统中起传压调速作用。汽轮机油用量大,一台200MW的机组通常需用30——50吨汽轮机油,一个大电厂若加上必需的备用油量,用油量就会更大。随着电力工业的快速发展,汽轮机油质量的好坏,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作用及性质进行分析,从而发现油质发生变化的原因,以便我们在以后的工作中制定针对性的措施,确保汽轮机用油的品质。
2.汽轮机油的作用浅析:
汽轮机油在汽轮发电机组的润滑油系统和调速系统中是一个封闭的循环系统。其作用主要有:
2.1调速作用
汽轮机的调速系统主要由调速汽门、伺服阀、错油门、调速器及其控制系统等部件组成,调速汽门的开大或关小由伺服阀来控制,使汽轮机在负荷变动时,调节蒸汽的进汽量来保持汽轮机额定的转速;而伺服阀由错油门、调速器及其控制系统来控制。
2.2润滑作用
汽轮发电机组的轴承和轴颈其表面的光洁度虽然非常高,但当大轴移动时,若无润滑剂则处于固体磨擦状态,汽轮机启动时轴颈和轴承之间会磨损和发热,瞬间便会被毁坏。若在汽轮机的轴颈和轴承间加入汽轮机油,在固体磨擦的表面上形成连续不断的油膜层,从而以液体磨擦代替了固体磨擦,大大减少了磨擦阻力,防止了轴的磨损和毁坏。
当油分子与金属表面接触时,就牢固地与金属的结晶格子相结合,而且油分子还沿一定方向排列,并扩展到更多层的分子,当轴颈在通入汽轮机油的轴承中转动时,由于汽轮机油具有一定润滑性和粘度,它就牢固地粘在轴表面形成一层油分子,而且还吸引邻近层的油分子一起转动。轴与轴承之间的间隙呈楔形,而运行着的油分子自间隙较宽的部分被挤到较窄部分,从而形成压力,在轴与轴承下部之间形成特殊的楔形油层,在此油楔压力作用下,轴在轴承内被托起,致使轴颈与轴之间形成一层具有一定厚度的油膜,即以液体磨擦代替子固体磨擦,油在其中起到良好的润滑作用。
2.3散热作用
运行中的汽轮机油,不断在系统内循环流动,油温将不断升高,其主要原因是轴承内油品的内磨擦产生热量,其次,由于油与轴颈相接触,被汽轮机转子传来的热量所加热,故此,油在系统内循环时,将不断地带走设备所产生的热量,并经冷油器把热量排出。由此可知,油作为传热介质,对系统内的有关设备起到冷却、散热的作用。
2.4冲洗作用
由于磨擦产主的金属碎屑被汽轮机油所带走,从而起到了冲洗的作用。
2.5减振作用汽轮机油在磨擦面上形成油膜,使磨擦部件在油膜上运动,即两磨擦面间垫了一层油垫,因而对设备的振动起到了一定的缓冲作用。
3.对发电厂汽轮机油质的要求:
汽轮机油质量的好坏,直接影响汽轮机组的安全经济运行,故对汽轮机油的质量具有严格的规定和较高的要求:
3.1良好的抗氧化安定性:
汽轮机油在机组中循环速度快,次数多,使用年限较长,并在一定温度下和空气、金属直接接触;因此要求其在运行中热稳定性好,氧化沉淀物要少,酸值不应显著增长。
3.2良好的润滑性能和适当的粘度:
选择适当粘度的汽轮机油,其粘度随温度变化小,能保证汽轮机组在不同温度下得到可靠的润滑。一般在保证润滑的前提下,尽可能选用粘度较小的油、因其散热性及抗乳化性能均好一些。
3.3良好的抗乳化性能:
因机组在运行中蒸汽经常从轴封不严密处漏入油系统,使油水混合而成乳化液,影响油的润滑性能和机组的安全运行,故要求汽轮机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。
3.4要具有良好的防锈性能:
对机件能起到良好的防锈作用。
3.5良好的抗泡沫性能:
油在运行中产生泡沫要少。以利于油的正常循环、润滑。
3.6良好的析气性能:
油在运行中于空气接触,形成雾沫,油应能快速消除泡沫。
3.7具有良好的清洁度:
油品应有很好的清洁度,以免在磨擦面上破坏油膜,形成干磨擦,造成设备损坏。
4.汽轮机油的物理和化学性质:
4.1水分、透明度
透明度是对油品外观的直观鉴定,优良油的外观状应是清澈透明的,影响油品透明度有内外两种因素:一是油品在低温下如呈浑浊现象,主要是油品中可能存在固体烃类;二是如油中混入杂、水分等污染物,可使油的外观浑浊不清。
运行中的汽轮机油,在正常运行的情况下,油的外观应是透明的,但如机组有缺陷,外带不严密或轴封调节不当,容易将汽、水漏入油系统中,油遇水后,特别是已开始老化的油,长期与水混合循环,会使油发生浑浊和乳化。油系统中漏入水、汽后,从外观看油质浑浊不清和乳化,将破坏油膜,影响油的润滑性能,严重者会引起机组的磨损;同时漏入机组的水分,如长期与金属部件接触,金属表面将产生不同程度的锈蚀,锈蚀产物可引起调速系统的卡涩,甚至造成停机事故,也可引起油的老化。
当发现运行汽轮机油中有水分或外状不透明时,要及早查明原因,采取措施,如加强滤油,定期从油箱底部放水等,并要求调整轴封间隙、轴封汽压,保证机组的油质。
4.2粘度
油品的粘度是评价其流动性的指标,对润滑作用有决定性的意义。油品的粘度与其化学组成密切相关,使用时受外界条件(温度、压力)的影响较大,随油温的升高而降低,随油温的降低而升高。因汽轮机油需要在不同温度条件下或在同一机械的不同温度下工作,这就要求其粘度随温度变化越小越好,即在高温下应保持某种最低粘度,在低温时也不应有过高的粘度。一般在发电厂3000r/min的机组采用32号汽轮机油。
 汽轮机油由于长期在较高的温度下运行,油中低分子的组分不断地挥发掉,同时油在运行的条件下,受空气、压力、流速等的影响要逐渐老化,因此在正常情况下,运行中油的粘度要有所增加,粘度增大会影响机组的负荷效率,对机组运行不利,如发现运行中汽轮机油的粘度增大或接近于标准的上限,要及时进行处理,一般处理方法是先用滤油机滤油,除掉油泥、机械杂质等,再投入再生装置,除掉油中老化产物,直至达到合格标准。
4.3密度
 油品密度与油品化学组成关系密切,若油中含有胶质和环烷酸越多则密度越大,运行中油若已逐步被氧化,则密度也有所增大,若油中混入水分、机械杂质都能使油品的密度增加。测定油品的密度对油品生产、贮运和使用有较大的意义,根据油品的密度可初步判断油品被污染的程度。
4.4倾点
 油品在使用过程中随外界温度不断降低,油品的粘度变得越大,流动也越来越困难,当温度降低至某一范围时,油品有可能完全失去正常的流动性能,倾点就是表示油品的低温流动性能。油品的倾点决定于其中石蜡的含量,含量越多油品的倾点越高,为了便于运输、贮存、保管,在国家标准中,规定汽轮机油的倾点是不低于-7℃。
4.5闪点
 闪点是汽轮机油的一项物理性能指标,它与密度、粘度有密切关系,一般密度、粘度大的油品其闪点也相应的高。从运行意义上来说,闪点是一项安全指标,要求汽轮机油在长期高温下运行,应安全可靠,一般说来闪点越低,挥发性越大,安全性能越小。
油在运行中如遇高温时会引起油的热裂解反应,油中高分子烃经裂解而产生低分子烃,低分子烃容易蒸发而使油的闪点下降,因此,运行中规定汽轮机油的闪点不比前次测定值低8℃。
4.6机械杂质(颗粒度)
 机械杂质是指油中浸入不溶于油的颗粒状物质,如焊渣、氧化皮、金属销、砂粒、灰尘等。油中含有机械杂质,特别是坚硬的固体颗粒,可引起调速系统卡涩,机组转动部位(轴承、轴瓦)的磨损,严重时可引起机组飞车等事故,严重地威胁机组安全运行。
4.7酸值
酸值是新汽轮机油和运行中汽轮机油的重要指标,它是反映油老化程度的指标之一,也是新油精制的控制指标之一。运行中的油受温度、空气、压力以及各种杂质的影响,油要逐渐被氧化,油在运行中氧化后很快地形成各种有机酸,如甲酸、乙酸等低分子酸均比较活泼,特别有水存在时,其腐蚀性更强。
4.8抗乳化性能和破乳化度
 抗乳化性能是指油品本身在含水的情况下抵抗油的水乳化液形成的能力,其能力的大小用破乳化度来表示。
 破乳化度是评定油品抗乳化性能的质量指标,汽轮机油形成乳化液必须具备三个必要条件,一是必须有互不相溶或不完全相溶的两种液体;二是两种混和液应有乳化剂(能降低界面张力的表面活性剂)存在;三是要有形成乳状液的能量,如强烈的搅拌、循环、流动等。运行中的汽轮机油因受温度、空气、水分等到的影响,油要逐渐老化,老化后产生的环烷酸皂类、胶质等物质均是乳化剂。油在运行中往往由于设备或运行调节不当,使汽、水漏入油系统中,引起油质乳化。油乳化后进入轴承润滑系统,有可能析出水分,破坏了正常的油膜,增大了部件的磨擦,引起局部过热、轴承磨损、机组振动及锈蚀。严重乳化的油有可能沉积于调速循环系统中,致使运行油不能畅通流动,不能引起良好润滑和调速作用,不及时处理会造成重大事故。为了防止油的乳化,要求汽轮机油必须有良好的破乳化度。
4.9析气性
 汽轮机油在正常条件下,可溶解10%体积的空气,随外界压力的升高而提高,压力下降时,被溶解的空气形成小泡释放出来,评定油品析气能力通常是用空气释放值来表示。
 汽轮机油析气性能不好,可能会增加油的可压缩性,导致控制系统失灵,产生噪音和振动,严重时会损坏设备;可能降低油泵的有效容积,降低泵的出口压力,特别是对于离心泵;可能会加速油的劣化变质。
4.10泡沫特性
 由于汽轮机油在油系统中是强迫循环方式,空气激烈地搅动,油面上会产生泡沫和气泡,泡沫的生成可使油泵油压上不去影响油的循环润滑,发生磨损,同时油压不稳,影响调整,有时可造成油系统出现假油位,因此要求油品要有良好的泡沫特性。
4.11抗氧化安定性
 运行中汽轮机油与大量空气接触,油的氧化主要是空气中氧的作用,此外,温度、压力、流速、催化剂和其它杂质如水分、尘土等都可促使油的氧化,油的氧化不仅受外界的影响,其内在因素主要是油的化学组成。油的组成不同,不同烃类有不同的氧化倾向,其氧化产物也不同,总之,烃类氧化的最初产物大都是烃基过氧化物,而后分解为酸、醇、酮等,再进一步缩合成树脂质、胶质、沥青质等,这些物质会导致油品其它性能的劣化,对运行油带来一系列不利因素,影响冷油器和润滑效果,故油品应有良好的氧化安定性。
5.汽轮机油的技术管理和安全要求:
5.1库存油管理应严格做好油的入库、储存和发放三个环节,建立明确的标志和台帐,防止油的错用、错混和油质劣化。
5.2根据实际明细建立有关的技术档案与技术资料。
5.3储油区应严格执行防火防爆制度,杜绝油的渗漏与泼洒,地面油污应及时清理,严禁烟火。
6.结束语:
 通过分析发电厂汽轮机用油的物理和化学性质,以及汽轮机油在发电厂汽轮机组运行中的作用及质量要求、技术要求和安全要求,对我们电厂汽轮机用油问题进行分析时提供些理论依据,同时也给我们以后更进一步认识和运用电厂汽轮机油的特性提供些理论基础。

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