汽轮机润滑油质乳化的原因分析及预防

汽轮机润滑油质乳化的原因分析及预防

一、汽轮机润滑油乳化的危害

对于高速旋转工作的汽轮机来说，润滑油在运行中各项参数直接影响着汽轮机的安全可靠性，包括油压、油温、油流量以及油品质量。若油质恶化，汽轮机油不但起不到应有的润滑和散热作用，反而造成极大的危害。国外曾经作过分析和统计，由于汽轮发电机组轴承和转子故障损伤，所造成的经济损失每年约1.5亿美元，其中三分之一则是因油系统故障引起的。而油质乳化是油品质量下降的重要原因。因此，汽轮机油乳化会给机组带来的很大的危害。汽轮机油乳化对机组安全运行的影响主要表现在以下几个方面：

1. 润滑油的粘附性不好，油对磨擦面的附着力不够，油膜受到破坏。

一种液体只有同时具备适当的粘附性和粘度，才能作为润滑油，且润滑油对于磨擦表面的附着力还必须大于润滑油本身分子间的磨擦力。这样，两个磨擦表面在相互滑动时，每一表面上都带动着一个附着油膜，形成两个磨擦表面之间的液体磨擦，转子在高速转动时，轴颈与轴瓦底部形成压力很高的油膜，支承转子重量在轴瓦中滑动。若油质乳化，就使润滑油的粘附性不好，油对磨擦面的附着力不够，油膜受到破坏，转子轴颈就可能和轴承的轴瓦发生干磨擦，使轴瓦烧损，机组强烈振动，甚至毁机。

2. 妨碍油的顺畅流动，使供油不足，影响散热，易引起轴承烧瓦事故。

汽轮机在运行中，润滑油需要带走的热量主要来自转子轴颈与轴承滑动磨擦所产生的热量，高温蒸汽通过汽轮机转子上的动叶片等部件传导到轴颈上的热量，以及发电机因转子电流过大发热和磁铁发热经发电机转子传递到轴颈处的热量。如果汽轮机油乳化，其乳化液沉积于油循环系统中，妨碍油的顺畅流动，使供油不足，影响散热，轴承与轴颈处温度不能控制在规定值内，易引起轴承烧瓦事故。

3. 酸值升高，产生较多的氧化沉淀物，恶化了油的抗乳化性能。

汽轮机油乳化，将加速汽轮机油的氧化，使酸值升高，产生较多的氧化沉淀物，从而延长了汽轮机的抗乳化时间，亦即恶化了油的抗乳化性能。汽轮机油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。抗乳化能力的大小，一般以油水乳化液分层的时间快慢即破乳化度来表示。若分层快，即破乳化时间短，其抗乳化能力强。破乳化度是评定油品抗乳化性能的质量标准，是汽轮机油的重要指标之一，GB1120-89标准规定，新汽轮机油破乳化度应部大于15min，运行中汽轮机油应不大于60min。

二. 汽轮机油乳化的原因分析

汽轮机油形成乳状液必须具有三个必要条件：一是必须有互不相溶（或不完全相溶）的两种液体；二是两种混合液中应有乳

化剂（能降低界面张力的表面活性剂）存在；三是要有形成乳化液的能量，如强烈的搅拌、循环、流动等。水分、激烈搅拌、乳化剂，均能引起汽轮机油乳化。其中，水分的存在和激烈搅拌是产生乳化的主要原因。

1. 汽轮机油中水分的存在，会加速油质的老化及产生乳化；同时会与油中添加剂作用，促使其分解，导致设备锈蚀。

因此找到汽轮机油中进水的主要原因也就是找到了油质乳化的主要原因。下面分析造成油中进水的主要原因，在工作实践中发现造成油中进水的主要原因有一下几个方面：

1). 轴封径向间隙调整过大，轴封漏汽沿轴窜入轴承室，造成油中带水。机组检修时，为了避免在启动过程中高速转动的轴系因过临界转速振动或转子热膨胀而碰磨轴封尖齿。一般在调整轴封时增大了轴封间隙。在机组正常运行中影响了轴封的严密性，造成了轴封漏汽沿轴窜入轴承室，这是油中进水的根本原因。

2). 轴封齿倒伏，密封作用降低造成油中进水。在轴封径向间隙调整过程中，考虑转子膨胀及轴系振动不全面，使轴封径向间隙过小，令机组在启动过程中因转子膨胀与轴系振动造成轴封尖齿与转子碰磨，尖齿倒伏，密封作用降低，造成轴封漏汽，使蒸汽沿轴窜入轴承室。

3). 轴封进汽联箱供汽压力过大，使轴封室成为正压，造成轴封漏气。

4). 轴封抽汽器抽气压力不足，抽气管堵塞，造成负压不足，使蒸汽沿轴窜出，造成轴封漏汽。

5). 盘车齿轮或靠背轮转动鼓风的抽吸作用，造成轴承箱内局部负压，吸入蒸汽。另外主油箱排烟风机出力太大，使轴承室负压增大，使轴封漏汽，更易进入润滑油系统。汽缸结合面变形、密封不严密，造成蒸汽泄漏，进入轴承室，使油中带水。

6). 运行参数异常导致冷油器冷却水侧压力高压油侧压力，并且冷油器泄漏。

2. 油中溶有空气，特别是在高温下，会加速油的氧化变质。

汽轮机运行中，因其油品气化变质而产生的环烷酸皂、胶体等物质都是乳化剂，使油更容易乳化。

3. 汽轮机油的乳化，与油品中的添加剂性能亦有关系。

汽轮机油添加剂(如抗氧化剂和防锈剂)，大都是具有一定表面活性的化合物或混合物。这些物质的分子结构中，一端是具有亲油性的非极性基团，另一端是具有一定表面活性的亲水性极性基团。虽然它们都溶解于油而不溶解于水，但在一定转速下极性基团对水就具有一定的亲合能力，增强了油水分离的难度，促进油质乳化。

4. 激烈搅拌。

在汽轮机高速旋转时，油和水被激烈而充分的搅拌，呈乳浊液态。此时，上述亲水的极性基团有了与水充分亲合的机会，当亲合力很大时，就会与水牢固的结合在一起。又由于亲油性的非

极性基团能溶于油中，从而通过这种物质的作用使水和油结合在一起。因此，这时水就不能与油分离，即产生乳化现象。

三、防止汽轮机油乳化的措施：

前面，对于汽轮机油乳化给机组运行带来严重后果以及产生乳化的原因都进行了充分地论述。因此，防止汽轮机油乳化应从汽轮机组设备的设计、制造、安装、运行维护、检修、以及油品和添加剂质量等方面着手，层层把关。防止轮机油乳化的措施总结归纳为一下几点：

1. 防止油系统进水。

预防和消除汽轮机油系统进水，是防止汽轮机油乳化的重要措施。为此，首先要确保产品设计和制造质量，汽封装置结构设计合理、零部件加工符合工艺标准、材质满足高温运行要求。二是在机组安装过程中，应严格按质量标准组装汽封，在保证汽封片不与大轴磨擦的前提下，尽量调小汽封间隙，并且在运行中具有自动调整间隙的性能；机组大修中，如发现汽封片缺损、断裂、倒伏，以及失去自动调整间隙性能等缺陷，应予修整或更换。三是对于已运行机组，确证汽封结构设计不合理而造成汽封漏汽量大时，可在端部汽封的外露轴段上加装阻汽环，以阻隔汽封漏汽窜入轴承箱内。四是加强设备运行中的监视和调整，如供给汽轮机端部汽封装置的蒸汽压力要适当，并符合规程要求。五是加大抽汽管道截面积，避免抽汽管堵塞，保持管道畅通。六是在运行中冷油器油侧的油压，必须大于水侧的水压，防止因其管束破损

使水进入油系统中。

2. 排除油中水分。

在汽轮机运行时，应随机投入油净化装置，以便及时对机组润滑用油和调节保安装置的压力油进行油水分离和杂质过滤。目前应用得比较广泛的YJG型油净化器，由沉淀箱、过滤箱、贮油箱、排油烟机、自动抽水器和精密滤油器等组成。这种油净器由于具有较大油容积，对油中水分、杂质的清除兼有重力分离、过滤与吸附净化作用，净化效率高，且运行安全可靠。此外，安装在油箱上的排油烟机应与汽轮机同时运行，并连续不断的抽走油中气体和水蒸汽，使其不能在油箱内凝结；同时，轴承箱上的通气孔(排气管)应畅通，避免轴承内产生负压而吸入蒸汽、湿气或凝结水珠。

3. 清除油管路清洗后的残液

在机组安装或大修中，如用热水或蒸汽冲洗油管路、冷油器油侧或油系统上的滤油器等部件的油垢，应在清洗后用压缩空气吹扫可能存留的残液或水珠，确信干燥后再将管接头封好待装复。

4. 保证汽轮机油质量

对于购进的汽轮机油，其质量应符合GB2537或GB11120-89标准，并应具备良好的粘附性、氧化安定性、防锈性、抗起泡沫性、空气释放性，以及抗乳性能及酸值指标。对于运行中的汽轮机油，除定期进行全面的检测外，平时亦应注意有关项目的监督

和取样检测，发现问题及时处理。

5. 油中添加抗乳化剂

为延长油的使用寿命和提高油的抗乳化性能，可根据运行中汽轮机油的油质情况，向油中添加抗乳化剂，以破坏油水界面上的乳化膜，将水释放出，达到除水目的。这里需要指出的是，所加入的添加剂应符合质量标准，尽可能降低或除去添加剂中亲水性能较强的成份，达到或高于汽轮机油标准所规定的抗乳化性能指标。目前在我国东北地区正在添加一种名为GPE15S-2（聚氧乙烯聚氧丙稀甘油硬脂酸脂）破乳化剂，该破乳化剂的优点是它可以在常温下直接溶于油中，不需要任何有机助溶剂，添加量约为12毫克/升。

6. 定期工作中的油箱放水，滤油工作，以及取样，化学分析，都应该引起足够的重视。