摘要：汽轮机油在汽轮机调节系统中起到润滑和冷却的作用，对汽轮机的安全稳定运行具有重要的意义。介绍了汽轮机油的泡沫倾向性和泡沫稳定性及泡沫特性不合格的危害，通过对某电厂的#2、#4机组汽轮机油泡沫特性检测，分析了#2、#4机组汽轮机油泡沫特性不合格的原因，并在此基础上提出了相应的处理措施，为以后汽轮机油起泡情况提供参考。
关键词：汽轮机油；泡沫特性；原因；对策
Abstract: Turbine oil takes part in the role of lubricating and cooling in turbine regulating system, which is of great significance to the safety and stability of power system. This paper introduces the foam tendency, foam stability of turbine oil and the harm of unacceptable foam characteristics. By the test of foam characteristics of #2 and #4 turbine oils, the reasons of unqualified foam properties were analyzed and the corresponding treatment measures were put forward to provide references for the future foaming of turbine oils.
Key words: turbine oil; foam characteristics; cause; measurements
0. 引言
汽轮机油在火力发电厂的汽轮机调节系统中被广泛应用，其主要作用是对减速齿轮、滑动轴承、调速器和液压控制系统等联动机组进行润滑和冷却：在齿轮、轴承内部形成油膜，将固-固摩擦转变为固-液摩擦，减小摩擦阻力；同时通过油循环，及时将摩擦产生的大量热量散发出去，达到冷却降温目的[1-3]。随着我国电力行业的迅速发展，电力系统对汽轮机油质量要求也越来越高，汽轮机油质量的好坏直接影响电力系统的安全稳定运行。而由于长期的高负荷循环使用，汽轮机油品质不断劣化，表现为起泡、乳化及颗粒度超标等现象[4]，这就要求我们及时对汽轮机油的性质进行分析，从而明确油质变化的原因，以便制定针对性的措施，确保汽轮机用油的品质。本文拟对汽轮机油泡沫特性、起泡原因和危害等进行分析，并提出应对的处理措施。
1. 汽轮机油的泡沫特性
汽轮机油是矿物油精制后的一种基础油，为保证汽轮机组的安全稳定运行，须确保汽轮机油具有良好的抗泡性，即在运行中产生较少的泡沫，同时即便形成泡沫，也须快速消泡，以便油品的润滑和正常循环。汽轮机油的泡沫特性是指在规定条件下测定的泡沫倾向性（在吹起周期结束时的泡沫体积mL）和泡沫稳定性（在静止周期结束时的泡沫体积mL）之比[5-7]，它反映了润滑油通入空气或搅拌时发泡体积的大小以及消泡的快慢等性能，通过该性能可以判断润滑油混入空气后油气分离能力。
1.1 泡沫倾向性[8]
泡沫倾向性是指生成泡沫的难易程度和生成泡沫量的多少。从热力学角度看，体系的表面张力越低，越有利于泡沫的生成。表面活性剂能够降低体系的表面张力，加速泡沫的产生；而消泡剂则相反，提高体系的表面张力，抑制泡沫的形成[5]。
1.2 泡沫稳定性[9]
泡沫稳定性是指泡沫的持久性，即泡沫寿命。在石油产品技术标准中，汽轮机油的抗泡性以24℃、93.5℃、后24℃三个温度条件下的泡沫倾向性/泡沫稳定性的毫升数来表示。其值越小，表明汽轮机油的抗泡性能越好。通过对汽轮机油泡沫特性进行测定，可以评定汽轮机油的质量，减少或消除汽轮机油在运行中发生溢流和渗漏的概率，保证汽轮机安全运行。
2. 运行中汽轮机油起泡危害
泡沫特性是汽轮机油的一项重要指标，直接影响机械的正常运转与其本身的使用寿命。泡沫特性超标可能对机组造成如下危害[10]，如图1所示：
图1. 泡沫特性超标的危害
Figure 1. The harm of foam properties that exceed standard
①引起不良润滑，导致设备磨损甚至被迫停运；②增加汽轮机油的可压缩性，引起调速系统振动，损害原件寿命并产生噪音；③气泡进入油泵造成汽蚀，影响油泵正常运行；④降低油泵的出口压力，导致油压过低而影响油的循环；⑤产生虚假油位，造成供油不足，严重时泡沫从油箱顶部溢出，影响机组运行；⑥增加油中气泡量，加速油的氧化劣化。
3. 事故过程
某能源公司于2016年12月20日对#2、#4汽轮机油进行泡沫特性检验，国内汽轮机油泡沫特性检测参照GB/T 12579-2002 执行，检验报告如表1所示。从表1中可知，在24℃，93.5℃和后24℃时，#2、#4汽轮机油的泡沫倾向性值均大于标准参数500 mL，不合格。同时，对两汽轮机油其余项目（开口闪点、空气释放值和旋转氧弹值）进行检验，发现此三个值均合格。于2017年4月11日再次取#2、#4汽轮机油样检测，二者泡沫特性仍不合格。
表1. 2016年12月某电厂#2、#4汽轮机油的泡沫特性检验报告
Table 1. Test report on form characteristics of #2、#4 turbine oil samples in 2016.12
4. 起泡原因分析
为明确本次调查中汽轮机油起泡原因，测定了该汽轮机油的氧化安定性（旋转氧弹值法），并对比了2015年12月的记录，两者分析对比如表2。从表2中可知，无论是#2还是#4汽轮机油，2016年12月的旋转氧弹值都比2015年12月的值明显降低，说明其氧化安定性明显下降。结合表1中#2、#4汽轮机油泡沫特性的下降，推测其原因有以下几点：
1）汽轮机油中存在乳化剂。由于汽轮机油的主要成分是深度精制的基础油，加以适当的抗氧化剂、防锈剂以及少量的金属钝化剂、降凝剂、抗磨剂、抗泡剂等添加剂调制而成。油质长期在各种添加剂的环境中高温运行中，逐渐老化产生低分子环烷酸皂、胶质等乳化物，改变了油-气界面的表面张力，产生起泡现象。
2）汽轮机油中存在水分。汽轮机组在运行时，由于机组的轴封不严、汽封漏汽、润滑油质量差、轴承箱及油箱真空度不达标等诸多因素，导致汽轮机油系统中渗入水分。水和油在乳化物的作用下引起界面张力变化，加速泡沫的形成。
3）汽轮机油中其它杂质。在机组的安装、运行等环节中不可避免的存在污物、机械磨损产物等，经过一段时间后形成氧化产物等，导致系统物质的组成发生改变，其中部分物质与油中抗泡剂发生反应消耗了抗泡剂，使泡沫倾向性增加。
表2. 2015年与2016年#2、#4油样的旋转氧弹值
Table 2. Value of rotating bomb oxidation of #2、#4 oil sample in 2015 and 2016
5. 本次汽轮机油起泡处理措施
为确保汽轮机组的正常运转，需降低汽轮机油的泡沫倾向性和稳定性。基于起泡原因分析，建议从以下几点着手：
1）加强对#2、#4机组汽轮机油及其系统的监督维护，包括运行油的质量监督，油泡沫特性跟踪分析。建议每月取样分析，以决定下一步采取的措施。
2）旁路安装汽轮机油吸附再生装置并定期开启运行，以去除油系统内多余的表面活性剂等外来和自身氧化皂化产物，阻止油泥和低密度产物漂浮于油液表面，消除油气界面的表面活性，以达到消除泡沫的目的。另一方面，定期更换旁路滤芯。
3）及时检查更换油箱顶部呼吸器的干燥剂，避免干燥剂失效，同时提高系统密封性，避免汽轮机油水分含量增高。
4）加强对汽轮机油油箱的温度监控，必须在油温过低时才启动加热器，使用后应及时切断电源，避免油超温运行。加热方式尽可能采用油箱外红外加热器，避免油箱内电加热器造成“过热点”以降低汽轮机油水解的风险。
5）加入适量的抗泡剂。抗泡剂的主要作用是抑制泡沫的形成，同时当体系大量产生泡沫后也可快速消除泡沫。
6. 结论
本文主要通过对#2、#4机组汽轮机油泡沫倾向性和稳定性的检测，分析了汽轮机油的起泡原因：油中乳化剂、水分和其它杂质引起；并基于此提出了相应的处理措施：加强监督维护与跟踪分析、进行吸附再生、加强干燥与密封、控制油温和添加适量抗泡剂的处理措施，为以后汽轮机油的起泡提供参考根据。
参考文献:
[1] 中国电力出版社. 汽轮机设备及系统[M]. 中国电力出版社, 2011.
[2] 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):1-7.
[3] 曾辉颖. 电厂运行中汽轮机油质量监控的探讨[J]. 石油商技, 2010, 28(4):25-29.
[4] 安董丽. 电厂运行中汽轮机油起泡原因分析及应对措施[J]. 中国化工贸易, 2017, 9(16): 183-184.
[5] 陈旭. 电厂运行中汽轮机油起泡原因分析及应对措施[J]. 冶金动力, 2017(5):34-36.
[6] Wu W, Pan J. Study on the Foamability and Its Influencing Factors of Foaming Agents in Foam-Combined Flooding[C]// Power and Energy Engineering Conference. IEEE, 2010:1-5.
[7] Novikov A S, Yanovskii L S, Ezhov V M, et al. Effect of Lubricating-Oil Foamability on Oil-System Operation in Aviation Gas-Turbine Engines[J]. Chemistry & Technology of Fuels & Oils, 2017, 53(1):15-22.
[8] 王海欧. #1机组汽轮机油泡沫特性接近超标时的处理[C]// 2015. 2015.
[9] 郭志伟, 徐昌学, 路遥,等. 泡沫起泡性、稳定性及评价方法[J]. 化学工程师, 2006, 20(4):51-54.
[10] 韩慧慧. 汽轮机抗燃油酸值与泡沫超标的原因分析及预防措施[J]. 安徽化工, 2017(5):49-51.
作者简介：
邱嘉艳，女，土家族，1974年3月出生，重庆酉阳人。电力化学工程师，理学硕士，在广州粤能电力科技开发有限公司化学事业部工作，从事化学化验、电力设备故障分析与处理等研究工作。电话：020-87136634，通讯作者姓名：邱嘉艳
论文作者:邱嘉艳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/11
标签：汽轮论文; 机油论文; 泡沫论文; 特性论文; 机组论文; 倾向性论文; 原因论文; 《电力设备》2018年第3期论文;