摘要：介绍了主机润滑油油质对于机组安全运行的重要性，分析了现有润滑油监测手段存在的问题以及国内外油液分析技术的发展趋势，论证了应用油质在线监测技术对于主机润滑油系统的日常维护、状态监测与故障诊断的必要性和潜在价值，阐述了应用的基本思路和方案，为提高汽轮机油品和故障分析的精细化管理水平指明了方向。
关键词：润滑油；油液分析技术；在线油质监测；故障诊断
前言：燃气-蒸汽联合循环发电技术不断成熟，现在建设的循环发电厂不断增多，所设置的机组结构复杂程度高，且因工作参数特点影响，经常会发生变负荷问题。一旦机组出现运行故障，不仅会降低作业效率，情况严重的甚至会产生安全事故，因此需要结合以往经验确定故障原因，提前采取措施进行预防。
1 联合循环机组结构特点
燃气-蒸汽联合循环机组现在已经被广泛的应用到电厂中，机组结构复杂度比较高，本文以江西华电九江分布式式能源有限公司，两台GE公司燃机LM2500+G4和一台北重汽轮机BC25/17.7-4.9/1.2/0.5总容量为87MW机组作为研究对象，其将洁净天然气作为主要燃料。LM2500+G4燃机由GG和PT、发电机及相应的辅助系统和控制系统组成，采用一台燃机带一台发电机。每台LM2500+G4燃机为双轴设计，燃气体发生器（GG）与动力涡轮（PT）分离，靠空气动力耦合传动。GG排气机匣与PT进气机匣相连构成气流通道。GG排气首先进入高速透平做功驱动压气机转子，然后再进入动力透平（PT）做功。动力透平（PT）通过挠性联轴器与发电机轴相连，带动发电机以相同的转速旋转，发电机将机械能转换成电能。
2 主机润滑油被污染的危害
2.1 监测管理水平不高
目前，一些发电厂对石油污染的危害认识不足。电厂主要依靠手动离线测试和在线振动来监控主蒸汽机的旋转部件。当检测到振动或油异常时，通常会造成损失。由于无法进行在线油分析，在离线分析过程中丢失了设备运行中的大量异常信息，只能分析油本身的劣化信息。
2.2 缺乏必要的在线监测设备
大多数发电厂没有自己的油质在线监测设备，国外探测器更昂贵，可能不适合在线监测汽轮机油质量。目前的监测方法不能及时发现汽轮机油清洁度超标的现象，通常只有在油污对系统造成危害后才采取措施。在家用发电厂中，由于缺乏及时检测到涡轮机油中的大量固体颗粒污染物，因此存在严重损坏涡轮轴直径和轴承衬套的事件。因此，使用符合要求的监测设备和长期运行机组的油质清洁度在线监测是及时控制油污，减少油污危害的重要途径。
2.3 油质评判方法不实用
目前，大多数发电厂使用美国汽车工程协会的SAE749D标准或美国太空协会的NAS1638标准。这些标准有一个共同的特征，它基于固定的大小分布。以更多发电厂的NAS1638标准为例，电厂汽轮机油的两次污染程度检测结果如表1所示。根据NAS1638评估方法，污染程度均为12级。在两个测试结果中，尺寸分布为25-50μm的颗粒的数量几乎是三倍不同，并且50-100μm的颗粒的数量几乎是七倍。虽然清洁度等级结果均为12，但润滑油对机组的危害程度明显不同。因此，由当前的油质量评估方法确定的判断结果不能很好地反映出涡轮机油质量对油系统的损害程度。
为了弥补这些缺陷，ISO采用了清洁度标准ISO4406来描述两种颗粒浓度比的流体清洁度。该标准着重于将5-15μm颗粒的数量分成几个阶段，这更好地解决了NAS1638标准中要求实际系统中的颗粒尺寸分布难以同时满足五个尺寸分段的要求。用等级代码描述实际的流体清洁度是不可能的问题。
但这种方法不够精确，级与级之间分级过大，无法像NAS1638标准那样清楚地了解对系统危害最大的尺寸段污染颗粒的分布情况等问题。目前，已经研制的实时油液分析仪可以提供在线颗粒度测量，提供多达6个尺寸段的颗粒数，极大弥补简单评级的不足。
表1：某电厂汽轮机油清洁度检测结果
3 润滑油在线监测技术在汽轮机上的应用
3.1 汽轮机润滑油在线监测的技术优势
在日常维护检查中，传统的润滑剂监测需要先取油样并送到实验室进行化学分析，最后等待实验室的分析。该监测方法具有以下缺点。
（1）管道中的污染物通常以油团的形式存在。由于采样监测结果存在滞后现象，不可能立即反映污染物油团的频率和各种尺寸油团中颗粒的污染状况，并对该单元的运行状态进行诊断。设备故障预测存在严重滞后。
（2）在采样和运输过程中，容易引起二次污染，影响油粒监测的准确性，实验室分析结果的准确性不足。
（3）石油监测的采样和运输过程需要劳动力和物质资源，增加了油污监测的成本。
3.2 汽轮机润滑油在线监测的具体方案
所需监测参数。由于大多数润滑油测量参数是相关的，为了确保监测结果真实有效，并且参数分析统一，监测设备优选设计有多参数单传感器集成结构。这不仅确保同时且同时监测多个测量参数，而且还有效地避免了油测量流体的二次污染。
（1）粘度和温度。粘度是润滑油最重要的理化指标，也是选择润滑油等级的主要依据。在实验室离线测试油粘度时，通常将油加热至40℃，测量该温度下油的粘度指数，然后与国家标准进行比较，最后确定油粘度指数。然而，在实际使用中，油的温度不断变化，并且油的粘度将相应地波动。该方法不能准确预测实际使用中油的粘度，不可能判断油膜的厚度和润滑效果。通过涡轮机润滑油的在线监测装置，可以实时测量油的温度和粘度。根据不同温度下油的粘度指数，可以得出当前油的粘度-温度特性，精确地确定油的粘度和油质的劣化。实时监测润滑油的粘温特性对于保护设备的旋转部件和确保设备的安全性具有重要意义。
（2）水分。当涡轮机润滑油的含水量过高时，将导致润滑油的润滑性能恶化，速度调节降低，并引起冷却和冷却。即使油膜损坏，摩擦也增加，轴承过热。在严重的情况下，轴承损坏并且轴被烧毁。颈部磨损和腐蚀金属设备，导致紧急灭弧装置生锈和堵塞，导致速度控制系统失效，严重威胁到机组的安全运行。由于诸如手动经验和取样误差等因素，传统的油中水含量的离线监测通常导致监测数据的巨大差异，并且不能准确地反映实际操作的油系统的水分含量。在线监测设备安装在被测油路中，并在闭式循环油系统中实时监测水分数据。通过监测方法得到的分析结果可以更好地说明实际运行情况，更具说服力。
（3）粒径。管道中的污染物大多以油簇的形式存在。每次手动采样不一定采取污染物集中的油簇。这些受污染的油簇在与燃料箱和清洁油混合后通常可达到标准，但受污染的油团本身的粒度可能远高于NAS8标准。一旦被污染的油团中的颗粒进入轴承油膜，轴承衬套将不可避免地磨损异常。因此，有必要在线监测污染油群的频率和粒度水平。这样，一方面可以完成对滤芯劣化趋势的状态监测；另一方面，污染物出现的频率或不同尺寸段的颗粒的增加趋势可用于判断轴承衬套的可能磨损，启动滤油机或更换劣化的滤芯以避免轴承灌木异常磨损；此外，对于粒度监测，在线监测精度远高于实验室监测精度。实验室油中颗粒的离线监测不能准确反映实际的油质量，也不能准确反映管道中受污染油团的大颗粒信息。
结束语
综上所述，在线监测润滑油污染度等级及各通道详细颗粒数十分必要，有助于电厂提升油品精细化管理水平。
参考文献：
[1]丁淇德.燃气-蒸汽联合循环机组振动故障诊断与处理[J].河南科技，2013（16）：63.
[2]陈凯亮.燃气蒸汽联合循环发电机组故障诊断方法研究及应用[D].浙江大学，2013.
论文作者:于淑环
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：在线论文; 润滑油论文; 颗粒论文; 粘度论文; 机组论文; 离线论文; 标准论文; 《电力设备》2018年第16期论文;