【摘要】 论述了汽轮机油污染的危害及油污染监测的现状，对当前汽轮机油污染监测中存在的一些问题进行了初步的探讨并提出了汽轮机油污染在线监测的实施方法。
【关键词】 油污染监测；清洁度；评判方法
0 前言
汽轮机油质的好坏直接影响着汽轮机润滑油系统、氢气密封油系统和调节保安系统能否正常工作。西安热工研究院对国内200 mw及以上机组的颗粒度污染情况进行调查的结果表明：汽轮机油系统颗粒度污染超标在电厂是一个普遍存在的问题〔1〕。油中的污染物包括灰尘、土粒、砂粒、铁屑、金属微粒、漆皮、纤维物、空气及水分等，这些污染物对油系统危害极大。对汽轮机润滑油系统来说，润滑油中的固体颗粒在滑动轴承承载表面上会加快轴颈与瓦面磨损，使电厂汽轮机组轴颈拉毛磨损、车削成槽的现象频繁发生〔2〕。根某网局调查及有关资料介绍，1992~1994年投产的机组中就有5根转子返厂修理，1989-1994年已有12台次机组轴颈进行了电刷镀工作〔3~5〕。特别是近年来，我国新投产的国产300 mw机组，普遍存在或多或少的磨轴现象。对调速系统来说，颗粒状的固体污染物因各种原因侵入系统，随油流窜流在各原件和管道中，加大阀芯和阀套摩擦，调节系统动作迟缓，同时加快喷嘴和节流口的冲蚀磨损改变形状尺寸，最终影响调节系统的性能。尤其是目前大容量机组都采用以高压抗燃油作为工作介质的deh系统，其核心部件电液伺服阀是非常精密的电液转换原件，由油中污染颗粒引起的伺服阀失效的故障更容易发生。WwW.11665.com调查资料表明，在所有伺服阀的故障中因油污染(主要是固体颗粒污染)引起的堵塞、卡死、冲蚀等失效故障约占90%。此外，污染的密封油可使压差阀发生卡涩，动作不灵，跟踪性能差，平衡阀灵敏度降低，使得密封瓦氢侧油量增加，向发电机内大量进油。据调查，在国内运行的130多台200 mw汽轮发电机组中，都不同程度地存在着上述问题。氢密封系统向发电机内漏油是电厂普遍存在的一种现象。汽轮机油的污染使得油系统故障频繁发生，不仅严重影响了生产，也给电厂带来了很大的经济损失。长期以来，电厂对运行中的汽轮机油只能做常规化验，清洁度用目测法和放大镜观察法。油质的检验受检测人员水平的影响，电厂每隔一定时间取油样到专业部门进行颗粒度检测。这些检验方式不能满足对汽轮机油质检测的要求。
1 汽轮机油污染监测中存在的问题
随机组容量的增大及控制精度的提高，由油污染引起的机组故障逐渐增多，直接影响了机组的安全运行，对油污染的控制也越来越引起电厂的重视。目前，电厂在装机或大修后通过对油系统进行冲洗的办法，减少残留在汽轮机油中的残渣、焊渣等初始污染物，且大多数电厂都安装了油净化和过滤装置，在机组运行中当污染度超标时对汽轮机油进行过滤。但对汽轮机油污染的监测在电厂还是一项相对薄弱的工作，以致近年来由油污染引起的故障仍不断发生。笔者认为，目前我国汽轮机油污染的监测中仍存在许多问题。
1.1 监测管理水平不高
相对于以前的小容量机组，大容量机组(200mw及以上机组)轴颈尺寸增大，轴颈表面的线速度增大，象车削一样，很高的线速度使颗粒与轴颈更容易拉毛磨损；同时转子质量大，油膜薄，小容量机组运行中油膜厚度一般约为0.20 mm，而大机组的油膜厚度通过实测只有0.05 mm左右，当机组启动或惰走时油膜会更薄，使得汽轮机组轴颈更易受润滑油中更多的微小颗粒的损伤。目前，某些电厂对油质的认识仍停留在小机组的水平上，对油污染的危害认识不足，大多数电力安装部门，仅把油质检测停留在安装过程和油循环上，没有在油系统的选材、运输、保管、下料和安装上实行一套严格的、切实可行的监测管理制度。由于汽轮机油的清洁度涉及到汽轮机油系统设备的制造、运输、储存、安装及运行监督等各个环节，因此要想提高汽轮机油的质量必须有一个全系统、全方位的监测过程。
1.2 缺乏必要的检测设备
由于国内尚没有合适的油质清洁度检测仪，而国外的检测仪价格昂贵且无法应用于汽轮机油质的在线监测，电厂大都没有自己的颗粒计数仪。目前的检验方式不能及时发现汽轮机油清洁度超标现象，通常只有在油污染对系统产生危害后才采取措施。沙岭子机组由于基建阶段汽轮机油质量检验工作是靠人工外观目测或放大镜观察来进行的，未能及时发现汽轮机油中含大量的固体颗粒污染物，曾发生过机组轴颈、轴瓦严重损伤。因此，使用符合要求的检测设备对使用的汽轮机油质清洁度进行检测并对长期运行的机组实行清洁度在线检测是当前对污染度进行及时控制，减少油污染危害的一个重要途径。
1.3 目前的油质评判方法不能客观地描述油污染危害程度
开展对油污染监测与控制必须确定一个统一合理的清洁度分级标准。目前电厂大都沿用美国汽车工程协会的sa749d标准及美国航天协会的nasl638标准。它们有一个共同特点，即建立在一个固定的尺寸分布(一般为5个颗粒尺寸范围)的基础上。以电厂使用较多的nasl638标准为例，该标准按100 ml油液中5~15 μm、15~25μm、25~50μm、50~100μm和大于100μm 5个尺寸范围内最大允许颗粒数划分为12个污染等级，详见表1。电厂目前清洁度等级的评判方法是，根据检测结果，确定污染颗粒在各尺寸范围内的清洁度等级并取其中的最大值作为最终的清洁度等级评判结果。用该评判方法确定的评判结果存在如下问题：实际汽轮机油中颗粒尺寸分布难以同时满足5个尺寸范围的规定，使得nasl638标准在应用过程中往往出现大小尺寸范围内汽轮机油的清洁度等级相差很大。表2为某电厂汽轮机油的两次污染度检测结果，按上述评判方法，其污染度等级皆为12级。从表2中检测结果可看出，两次检测结果中，尺寸分布处于25~50 1μm的颗粒数相差将近3倍，50~100μm的颗粒数则相差近9倍。显然，虽然清洁度等级评定结果皆为12级，但汽轮机油对机组的危害程度显然不同。因此，按当前油质评定方法确定的评判结果不能很好地反映汽轮机油质对油系统的危害程度。
表1 nas1638清洁度等级标准
污染等级
颗粒尺寸范围（μm）
5~15
15~25
25~50
50~100
100
00
125
22
4
1
0
0
250
44
8
2
0
1
500
89
16
3
1
2
1000
178
32
6
1
3
2000
356
63
11
2
4
4000
712
126
22
4
5
8000
1425
253
45
8
6
16000
2850
506
90
16
7
32000
5700
1012
180
32
8
64000
11400
2025
360
64
9
128000
22800
4050
720
128
10
256000
45600
8100
1440
256
11
512000
91200
16200
2880
512
12
1024000
182400
32400
5760
1024
表2 某电厂汽轮机油清洁度检测结果
尺寸范围（μm）
5~15
15~25
25~50
50~100
＞100
清洁度等级
颗粒数（100 ml）
962570
14858
1315
47
1
12
颗粒数（100 ml）
976431
15536
3581
352
3
12
为弥补这些不足，一个最简单的方法就是采用单斜率的尺寸分布(即以单位体积内大于某一尺寸的颗粒数目来确定清洁度等级)。基于以上思想，国际标准化组织(iso通过了清洁度标准is04406，以两个颗粒浓度的等级之比来描述流体的清洁度。两个浓度的颗粒尺寸规定为5μm和15μm，大于5μm的颗粒代表由于微小的污染物引起的堵塞、淤积等情况，大于15μm的颗粒代表磨损等情况。此标准重点是将5~15μm颗粒数分成若干级，较好地解决了nasl638标准中当实际液压系统中颗粒尺寸分布难以同时满足5个尺寸段的规定，无法用一个等级代号来描述实际流体清洁度的的问题。但目前这种方法的使用也不够精确，如级与级之间分级过大、无法象nasl638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。
2汽轮机油污染监测问题的探讨
汽轮机油污染是国内电厂普遍存在问题，不仅给电厂造成很大的经济损失，也影响了机组的安全运行。影响机组油系统(包括润滑油系统、调节油系统和密封油系统)部件性能下降的主要因素是汽轮机油质清洁度、油系统部件的污染敏感度以及工作条件。因此，对汽轮机油污染进行有效的监测，将污染度控制在油系统部件要求的范围内，须进行如下工作。
2.1 安装油质在线监测设备
目前电厂在机组安装冲洗以及运行中常用的外观目测法、放大镜观察法及称重法来判断油质清洁度的方式已不能满足大容量机组对汽轮机油质的要求。电厂应安装油质在线监测设备，在机组安装、维修后进行油系统冲洗及在补充新油过程中对汽轮机油质进行检测，以保证汽轮机油质符合要求。同时，对运行中的汽轮机油的清洁度进行在线监测，在清洁度超标时及时滤油，不仅可以将汽轮机油质控制在系统所要求的目标清洁度范围内，还可根据汽轮机油清洁度的变化情况及时发现机组运行中出现的异常情况，在故障早期阶段采取措施，避免油污染危害的发生，保证机组安全可靠的运行。
2.2 消除在线监测中气泡、水对检测结果的影响
基于光测法检测原理，哈尔滨工业大学已研制出用于汽轮机油质污染的在线检测设备，在应用过程中发现，由于现场运行的汽轮机油中含有微小气泡，影响了检测精度。同时为消除汽轮机油中水对污染度检测结果的影响，建议在安装油质在线检测装置的同时，安装除气装置及汽轮机油微水含量检测装置对污染度检测结果进行修正，以提高检测精度，其安装原理图如图1所示。
2.3 改进目前的油质评判方法
若要通过油质监测有效地控制汽轮机油污染对系统产生的危害，汽轮机油质清洁度等级检测结果必须能够反映汽轮机油中固体颗粒对系统的危害程度。由于目前用各尺寸段内最大清洁度等级作为最终清洁度等级的评判方法不能真实的反映污染颗粒对系统的危害程度，建议污染度等级评判结果中保留各尺寸段内的污染度等级，相应地，汽轮机油系统对汽轮机油质清洁度的等级要求也按不同的尺寸段分别规定。
3结论
汽轮机油污染一直是汽轮机油系统最主要的失效根源。加强对汽轮机油的监测将汽轮机油污染度控制在规定范围内，不仅可以减少油系统故障的发生，保证机组更加安全可靠地运行，还可以延长油系统的使用寿命，为电厂带来显著的经济效益。
