摘要：电厂运行中汽轮机油用于润滑、冷却汽轮机的轴承。汽轮机油在汽轮机的轴颈和轴瓦之间形成油膜，将轴颈与轴瓦间的固体摩擦转变为液体摩擦，减小摩擦阻力。同时通过汽轮机油的循环，及时将轴瓦内摩擦产生的大量热量散发出去，达到冷却降温目的。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，本文拟对汽轮机油泡沫特性、起泡原因及危害等进行分析，并在此基础上提出应对措施。
关键词：电厂运行；汽轮机油；起泡原因；应对措施
汽轮机优良的品质是汽轮机设备安全平稳运行的关键因素。近年来，随着国家一百万千瓦大型汽轮发电机的运行，对汽轮机油的质量提出了更高的要求，因汽轮机故障频率引起的问题也日益增多。因此，为保证汽轮机的安全、可靠运行，降低经济运行成本，笔者结合自己的工作经验，通过对客观因素的分析在汽轮机油差运行，运行中汽轮机的未来，提出了相应的对策系统内的油提高油品质量。本课题的研究对于延长汽轮机设备的使用寿命，降低发电厂的生产成本，提高企业经济效益具有重要的现实意义。。
1汽轮机油的泡沫特性
汽轮机油是矿物油的一种，为保证汽轮机组的安全经济运行，汽轮机油须具备以下性质：①良好的氧化安定性。汽轮机油工作条件恶劣，其循环速度快、频率高，在较高温度下和空气、金属直接接触，因此汽轮机油必须具备良好的热稳定性及产生的氧化沉淀物要少。②合适的粘度。汽轮机油的黏度值要求在较宽的温度带内变化较小，以保证不同温度下汽轮机组均得到可靠的润滑。国标GB/T7596-2008要求在40℃时46号汽轮机润滑油运动黏度值在41.4~50.6mm2/s间。③良好的抗乳化性。汽轮机油需具备良好的抗乳化能力，易于与水分离，避免机组在运行中因轴封不严密等原因引起的蒸汽漏入油系统导致乳化，影响润滑性能。④良好的防锈防腐性。汽轮机油本身是无腐蚀性的，但在运行中不可避免地混入蒸汽或水，造成设备锈蚀、磨损等不良后果，因此除提高设备密封性外，还要求汽轮机油具有良好的防锈性能。⑤良好的抗泡性和空气释放性，即汽轮机油在运行中产生的泡沫要少，以利于油品的正常循环和润滑，同时即便和空气接触形成雾沫后，也须快速消除泡沫。上述性质中，汽轮机油的抗泡性是一个非常重要的指标。所谓汽轮机油的泡沫特性是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，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。
2.1泡沫倾向性
泡沫倾向性是指泡沫生成的难易程度和泡沫生成量的多少，也称起泡性。从热力学角度讲，体系的表面张力越低，越有助于泡沫的产生。表面活性剂活性成分能够降低体系的表面张力，利于泡沫的产生；消泡剂则相反，其成分提高体系的表面张力，不利于泡沫的形成。
2.2泡沫稳定性
泡沫稳定性是指生成泡沫的持久性，即泡沫寿命，是研究泡沫重要方向。稳泡与消泡都属于泡沫稳定性的范畴，对于泡沫稳定性的研究有助于解释泡沫的衰变机理，掌握泡沫生成与破坏规律，探索维持或消除泡沫的途径。泡沫破裂方式有两种：气泡内部气体通过液膜向外界扩散和液膜排液。泡沫膜对泡沫稳定性有很大影响，因此对泡沫稳定性的研究也多集中于对泡沫膜的研究上。对于汽轮机油的泡沫特性，主要是研究、检测其抗泡性能。在石油产品技术标准中，汽轮机油的抗泡性以24℃、93℃、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。国内汽轮机油泡沫特性参照GB/T12579-2002执行，国外相应的试验方法有美国ASTMD892、德国DIN51566E和ISODP6247等。通过对汽轮机油泡沫特性进行测定，可以评定汽轮机油生成泡沫的倾向及泡沫的稳定性，从而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机会，保证汽轮机安全运行。
3汽轮机油泡沫产生的原因
泡沫是一种气液混合的多孔膜状分散体系，从不同角度可分为牛顿流体、稳定泡沫、雾等。汽轮机油若产生大量、持久、稳定的泡沫，对设备的安全运行、使用寿命极为不利。由于汽轮机油在润滑系统中是强迫循环方式，运行中或多或少会带入空气、蒸汽及水，油的不断循环紊流，其表面及内部会产生泡沫和气泡。这一现象在许多电厂多次出现，如某电厂300MW亚临界机组给水泵小汽轮机使用的L-TSA32型汽轮机油，设备运行中发现油箱充满泡沫，油位迅速上升导致油温过高联锁跳机，设备被迫停运。汽轮机油产生泡沫的原因众多，具体分析如下：
3.1化学组分的影响
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。不同牌号或同一牌号不同批次的润滑油所采用的基础油不同，而基础油中的环烷烃和芳香烃等有机类物质的相对比例也有所不同，一旦多组分化学物质自身内部或受外界原因发生作用产生反应，将直接影响油品的理化和使用性能。因此汽轮机油化学组分的繁杂以及添加剂的选择不当是造成油品劣化，产生泡沫的一个内在原因。
3.2外界杂质的影响
汽轮机运行时，轴颈密封处水汽、空气、轴承轴瓦及油系统金属和颗粒物质等杂质通过油循环进入润滑油中，导致润滑油氧化，并有助于泡沫、积垢和油泥的形成。研究表明，水汽和颗粒物进入油品是造成油品起泡的直接原因，因此外界杂质是润滑油起泡的另一个原因。
3.3流速、油压的影响
汽轮机润滑油的流速、油压也直接影响到油品的劣化变质。若油速太高，则回油箱冲力大，造成油箱中的油飞溅，形成泡沫，加速油品的起泡变质。油压的影响，即空穴现象的影响。在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而产生气泡的现象称为空穴现象。因此，在汽轮机润滑系统的任何地方，只要压力低于空气分离压，油品就会产生大量泡沫。
3.4确油箱结构的影响
汽轮机润滑油系统包括储油箱、油冷却器、滤网、油管道和旁路净化装置或过滤设备等。油箱除了用于存储供油系统的全部用油外，还起着分离油中空气、水分和各种杂质的作用。润滑油以循环往复的方式运行，处于剧烈搅拌紊流状态，若油箱结构欠合理或油的循环倍率过高，则油箱分离水、气的效果就差，导致气泡产生。
4汽轮机油中泡沫的危害及消除措施
汽轮机油的泡沫倾向性会引起的不良润滑、气穴现象和汽轮机油的溢流损失，导致设备损坏或被迫停运。泡沫的产生增加了汽轮机油的可压缩性，导致轴承振动、噪音增大，严重时会损坏设备；泡沫会使油泵的出口压力降低，油压上不去而影响油的循环；泡沫的形成还会产生虚假油位，严重时泡沫自油箱顶部外溢，威胁机组运行。此外润滑油泡沫中含有的空气，在高温下会加速油的氧化变质。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，为确保汽轮机组的正常运转，汽轮机油首先必须具有良好的抗起泡性能，即较小的泡沫倾向性和较低的泡沫稳定性，同时对于已经产生油沫的汽轮机油，应采取措施积极消泡。消泡的方法有多种，按原理可分为物理消泡法、化学消泡法、机械消泡法和自然消泡法，如缝隙式消泡器利用的就是机械消泡法。本文重点讨论汽轮机中汽轮机润滑油的消泡措施。
4.1基础油控制
通过对汽轮机油泡沫产生的原因分析可知，其内在因素为油品的化学组分。泡沫属于热力学不稳定体系，单一组分的油品不能形成稳定的泡沫。在汽轮机润滑油组分中，基础油所占的比例最大，约在97%以上，基础油的性质决定了汽轮机油的诸多重要性质。有研究表明汽轮机油对生产工艺及基础油性能的要求极为苛刻，基础油需为Ⅱ/Ⅲ类基础油或深度精制的基础油，因此，采取提高基础油的精制深度、提高汽轮机油的纯度和质量是减少或者消除不良泡沫的一个最根本的措施。基础油精制深度越深，油/气间的界面张力就越大，其中的分散相趋于合并，界面间的表面势能降低，油品表面性能越好，油中小气泡就能快速融合成大气泡并上升至液面，同时由于油品的表面张力较大，使气泡表面油膜快速破裂，实现消泡。
4.2适当加入与运行油具有良好相容性的消泡剂
消泡剂是低表面张力液体，具有不溶于要消泡的介质和正进入系数以及正展布系数等性质，其作用为破泡、消泡，减小表面张力，代表物有硅油、聚醚类、高级醇等等。消泡剂加入体系后，其分子杂乱无章地广布于液体表面，抑制弹性膜的形成，即终止泡沫的产生。当体系大量产生泡沫后，加入消泡剂，其分子立即散布于泡沫表面，快速铺展，形成很薄的双膜层，进一步扩散、渗透、层状入侵，从而取代原泡膜薄壁。由于其表面张力低，便流向产生泡沫的高表面张力的液体，这样低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断扩散、渗透，使其膜壁迅速变薄，泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引，这样，致使泡沫周围应力失衡，从而导致其“破泡”。不溶于体系的消泡剂分子再重新进入另一个泡沫膜的表面，如此重复，所有泡沫全部覆灭。要注意的是，消泡剂的加入量要严格控制，常用的硅烷消泡剂和非硅型消泡剂其少量加入即会严重影响油品的空气释放值，因此消泡剂在油品中的加入比例尤为关键，既要保证消泡又要保证空气释放值，如此才能长久起到消泡作用。
4.3减小空穴作用也是消泡的一个途径
目前关于此方面已有多种措施，如减小流经节流小孔前后的压力差，一般希望小孔前后压力比小于3.5；正确设计液压泵的结构参数，适当加大吸油管内径；提高零件的抗气蚀能力，增加其机械强度，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小零件表面粗糙度等等。另外，温度对泡沫稳定性也有较大影响。Gibbs原理指出，体系总是倾向于低表面能状态，而当温度升高时，分子运动加剧，导致泡沫体系能量升高，泡沫稳定性下降。刘德生等研究了温度对泡沫稳定性的影响，得出随温度升高，泡沫溶液粘度降低、排液速率加快、泡沫稳定性下降的结论。因此一定程度上可以通过适当提高温度来达到消泡的目的。
4.4运行油质管理
用滤油机对抗燃油进行滤油时，不能使用橡胶管作为滤油机进出口连接管，改用不锈钢软管连接则不会发生。
抗燃油有溶剂效应，对管道及设备油漆同样具有腐蚀作用，在检修清洗调节部套如溢流阀、逆止阀等时，曾发生将阀体上腐蚀下来的油漆带人节流孔而影响阀门正常工作的情况。
控制抗燃油的酸值，酸值升高表明抗燃油劣化变质或产生水解反应。酸值超标会使抗燃油产生设备腐蚀、沉淀物、起泡、气液分离等问题。当酸值超过0.2mgKOH/g时，应及时进行再生处理；当酸值超过0.4mgKOH/g时，使用再生处理已不能使酸值指标下降到0.2mgKOH/g以下，必须进行换油处理。
抗燃油防潮油控制一三芳基磷酸酯，它和其他矿物油的水解，特别是在一定的压力和温度，水的存在，它会逐渐使抗酸水解，增加的燃料、低电阻率和电阻率下降将加剧抗燃油系统腐蚀。抗燃油有很强的吸湿性，所以应注意油箱和油桶的密封性。防止空气中的水分被吸入油中，使油中水分增加。
控制抗燃油的颗粒度，颗粒度指标过高，会引起控制元件出现卡涩、节流孔堵塞及加速液压元件的磨损，加快抗燃油的老化。定期对抗燃油进行取样分析，检修期间坚持油循环的滤油时间，待油样分析合格（NAS分级≤6）后才能投入运行。
为了控制燃料的电阻率，电阻率的降低是由酸性物质的污染引起的。它会加剧燃料系统的电化学腐蚀，从而导致伺服阀调整套筒损坏。电阻率下降的原因包括颗粒物污染、含水率过高和油污染（混油作业）。要保持高电阻率，就必须及时更换滤芯，控制水分含量，防止油污染。目前，对不合格电阻率的处理方法是用滤油机的吸附剂过滤油，降低油中的酸含量，提高电阻率。
在控制反燃料油的回流温度和燃料油的局部热时，会发生氧化或热裂解，导致酸值或沉淀量增加，颗粒尺寸增大。双条件与当地的水热、耐油油、水解反应，易发生缩合反应，使防水油的酸值，也增加了，因此，为了避免局部加热，以防止过热的有效手段是运行在正常范围内运行的油温度控制。
4.5合理调整均压箱压力并控制汽封供汽压力
我厂均压箱压力的控制值设计为0.102MPa～0.118MPa，但运行的实践表明，该压力过高，在该压力下的汽封供汽量过大，必然会造成汽封漏汽量增大，进而使过多的蒸汽进入汽轮机前后轴承箱。经验表明，将均压箱的压力控制在0.05MPa左右，保持后汽封信号管有微量蒸汽冒出即可，最大限度地阻止汽封蒸汽进入油系统。
4.6精心操作
维修人员在维修油系统各部件时，特别是主油箱过滤器、油净化装置、油系统各观视窗、各轴瓦、前后轴承箱时，应精心操作，一方面要用正确的方法和程序对这些部件进行清理和维修；另一方面所有的密封面要加耐油密封硅胶，增大密封效果，防止水分及杂质从这些部位进入油系统。
5结论
汽轮机是火力发电厂三大主机之一，汽轮机的安全经济运行将直接影响整个电厂的安全经济运行。而汽轮机润滑油系统又是汽轮机安全运行的关键，因此对生产过程中出现的汽轮机油油质劣化、起泡等现象必须予以认真分析并采取有效措施加以解决，保证油品质量达到电厂运行中汽轮机油质量标准，以保证汽轮机的安全经济运行。
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论文作者:郭磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
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