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水电站用油及油的性质要求!

2015-12-15 21:42:00 234人浏览


   水电站用油的种类及作用

1. 水电站的用油种类

根据设备用油的要求和条件,水电站的用油主要分为润滑油和绝缘油两类。

1)润滑油

润滑油按照使用对象的不同又分为汽轮机油、机械油、空压机油、润滑脂等四种。

1)汽轮机油(原称透平油):调速器和水轮机主阀压油装置液压操作用油、推力轴承油槽和发电机上下导轴承油槽以及油润滑的水导轴承油槽用油均为此类油。

2)机械油:机械油的粘度较大,用于机组辅助设备机械润滑,如电动机、起重机和水泵等润滑用油。

3)空压机油:供空气压缩机润滑用。还具有活塞和气缸壁间的密封作用。

4)润滑脂(俗称黄油):供机组辅助机械的滚动轴承、两支点端盖式卧轴机组滚动轴承润滑用。

2)绝缘油

根据使用对象不同,绝缘油分为变压器油、断路器油两种。

1)变压器油:供机组电力设备绝缘和散热用,主要是变压器及电流、电压互感器等。

2)断路器油:供油断路器绝缘、消弧用。

2.油的作用

1)汽轮机油的作用

机组汽轮机油的主要作用为润滑、散热及液压操作用。

1)润滑作用

油在机组的运行件与约束件之间的间隙中形成油膜,以润滑油膜内部的液态摩檫,代替固体之间的干摩檫,从而减少设备的磨损和发热,延长设备的使用寿命,提高设备的机械效益和安全运行。

2)散热作用

3)液压操作

2绝缘油的作用

机组绝缘油主要用于电气设备的散热、消弧和绝缘。

(1)散热作用

(2)绝缘作用

(3)消弧作用

二. 油的质量标准

为了使机组的各种设备处于良好运行状态,对油的性能和成分有严格的要求。表3.1为国家规定的常用汽轮机油和绝缘油质量标准,现将其中部分指标介绍如下。

1  粘度

液体质点受外力作用后相对移动时,分子间产生的阻力称为粘度。油的粘度分为动力粘度、运动粘度和相对粘度。动力粘度和运动粘度又叫绝对粘度。

对汽轮机油来说,粘度大时,容易附着在金属表面,形成油膜,这是有利的;不利的是粘度过大会增加磨檫阻力,流动性差,散热作用不良。因此,要选用粘度合适的汽轮机油。一般地说,在轴承面传递压力大和转速低的设备中使用粘度较大的油,反之,使用粘度较小的油。

为便于流动散热,绝缘油的粘度应更小一些。

2  凝点

油品失去流动性的最高温度称为凝固点。当油品达到凝固点后,不能在管道和设备中流动,还会使润滑油的油膜受到破坏。对于绝缘油,也会大大减弱散热和灭弧作用。故在寒冷条件下使用的油品,要求有较低的凝固点。

3 闪点

在一定条件下加热油品,使油的温度逐渐增高,油的蒸气和空气混合后,遇火呈现兰色火焰并瞬间自行熄灭(闪光现象)时的最低温度,称闪点。闪点反映了油中是否含有较多沸点低易挥发的碳氢化合物。闪点低的油品,特别是绝缘油易引起燃烧和爆炸。规定汽轮机油的闪点用开口闪点测定器测定,绝缘油的闪点用闭口闪点测定器测定。

4酸值:中和质量为1g油中含有的有机酸所需氢化钾数量为油的酸值(或酸价),以mgKOH/g表示。

酸能腐蚀金属和纤维,同时酸和有色金属接触能形成皂化物,妨碍油在管道内的正常流动,将低油的润滑性能。因此,酸值越低越好。油品在使用过程中,酸值会因油的氧化作用而逐渐升高,并带来很多不良影响,故酸值是衡量油劣化程度的一个重要指标。当运行中的绝缘油酸值超过0.03mgKOH/g时,即需要处理或更换。

5抗氧化安定性:抗氧化安定性是指油品在较高温度下,抵抗和氧发生化学反应的性能。

油品氧化后,会生成有机酸、胶质和沥青状物质。有机酸会使酸值增加,胶质和沥青状沉淀物可能堵塞油路和过滤器,影响设备正常运行。因此要求油品抗氧化安定性要高。通常抗氧化安定性是通过测定氧化后沉淀物的含量和氧化后酸值来衡量的。

6破乳化时间

水与油一起搅拌能形成乳浊液。如果停止搅拌后,短时间内,油能离析出来并达到完全分层,则说明油抗乳化性能好。并将此时间(以min计)定为破乳化时间。润滑油乳化后,粘度增高,产生泡沫,使机械杂质不易沉淀,析出的水分还能破坏油膜,影响润滑效果,加速部件破损,同时也会加速油的氧化。

7水溶性酸或碱:油品中若含有无机酸或碱,将使与油接触的金属部件受到腐蚀,并加速油的劣化。

8机械杂质:机械杂质指油脂中所含灰尘,金属屑、纤维物、砂粒和结晶盐类等固体物质。

9透明度

10水分

对于新的绝缘油和汽轮机油不允许包含水分。但在运行中,水分可能由外界混入或由油氧化生成,将给设备带来不良的影响,必须加以重视。

    油的绝缘强度是表征油绝缘性质的一项指标,通常以浸入试油中相距一定距离电极的最小击穿电压表示。绝缘油中含有水分时能使绝缘强度降低,如果油中含有1/100000的水分,就可以使油的绝缘强度由50kV降低到18kV。当绝缘油中有水分和固体杂质同时存在时,使油的绝缘强度下降得更大。

汽轮机油中混入水分时,不但会形成乳化,而且还会加速油的劣化,造成油的酸值增大、油泥沉淀物增多和对金属的腐蚀。

 

三、油的劣化及其防止措施

1 油的劣化

    水轮发电机组设备用油在贮存与运行过程中,由于密封不严与运行中各种因素的影响,油中产生了水分,出现了杂质,增高了酸价,油中沉淀物增多,油的组成及性质发生了变化,改变了油原来的物理和化学性质,致使设备的安全经济运行得不到保证。机组用油发生的这种变化,称为油的劣化

    油劣化的性质与程度,取决因素有多种:新油组成成分和原有油的质量;油运行的方式和工作条件;油在运行过程中处于某种因素作用下的时间长短等。

    油劣化的危害决定于油劣化时的生成物及其劣化程度:对于劣化时产生的溶解于油中的有机酸,增大油的酸价,腐蚀金属和纤维,加快油的劣化;对于劣化时产生不溶解于油中的油泥沉淀物,在油冷却器附近或油箱及管道和阀门等处,将大大妨碍油的散热及循环,使管道中循环油量减少,导致操作水轮机导叶或主阀时,开关动作不灵,直接影响运行的安全;对于高温下运行所产生的氢和碳化氢等气体,将与油面的空气相混合成为爆炸物,对设备运行更是危险,应严加注意。

2 油劣化的原因及防止措施

    油劣化的根本原因是油在高温下和空气中的氧起了化学反应,油被氧化了。氧化后的油酸价增高,闪点降低,粘度增加,颜色加深,并有胶质状油泥沉淀物析出。这不但影响了油的润滑和散热作用,还会腐蚀金属,使操作系统失灵。

    促使油加速氧化的因素有以下几方面:

2.1 水分

    水分混入油后,造成油的乳化,促进油的氧化,从而增加油的酸价和腐蚀性。水分从下列几方面进入油中:略   

防止措施:应将用油设备密封,与空气隔绝,注意冷却水压不宜过高,防止油冷却器管渗漏。

2.2 温度

当油的温度过高时,会造成油的分解、蒸发和炭化,降低闪点,加速油的氧化。

油温升高将加速油的氧化,因为温度升高时,油吸收的氧气量增加,氧化作用随着加快。

油温升高将降低油的闪点,因为油吸收的空气量与温度成正比例,高温时吸气,低温时排气。高温时吸入空气中的氧与油进行氧化,所以排出气体中氧气已减少,而且带有甲烷,因而降低了油的闪点。

油温升高的原因是设备运行不良造成的,如机组过负荷,冷却水中断,油面过低或因轴承摩擦表面之间的润滑油膜被破坏而产生干摩擦等。由于机组安装不好,运转时摆度过大,机组运转条件不良而产生空化和振动等,都会影响机组油温升高。

防止措施:运行时保持油温在规定范围内,如温度过高,应开大冷却水管的阀门,加强油的冷却;同时应检查机组运转是否正常,如负荷是否过高,机组摆度和振动是否过大,水轮机是否产生空化等。

2.3 空气

空气中含有的氧和水分,会引起油的氧化。空气中沙粒和尘灰状矿物质自然降落,会增加油中机械杂质。油和空气除直接接触外,还可以泡沫形式接触。泡沫使油与空气接触面积增大,氧化速度加快。泡沫产生的主要原因是:

防止措施:设备的注油和排油管口应低于油面,运行人员加油速度不能太快,避免因油的过大冲击带入空气。

2.4 天然光线

含有紫外线的天然光线对油的氧化可起媒介作用,使油浑浊,质量降低。经天然光线照射后的油,在无日光照射的地方,劣化还会继续进行。

防止措施:要避免与日光长时间接触。

2.5 电流

电流通过油时,会对油进行分解,使油劣化,颜色变深,并生成油泥沉淀物。如发电机转子铁芯所产生的轴电流,通过轴颈后穿过轴承的油膜。

防止措施:搞好发电机的绝缘,在轴承座上加绝缘垫防轴电流流通。

2.6 其他因素

除以上五种因素影响油的劣化外,金属的氧化作用,充油设备安装和检修后清洗不干净留有赃物,以及油容器使用的油漆不当等因素,均会加剧油的劣化。

因此,运行中接受新油,贮存净油、向用油设备充油以及对油进行监督时,应注意控制两个因素,即油的水分和温升。

四、油的净化与再生

根据机组用油劣化变质程度的不同,劣化后的油可分为污油和废油两种。轻度劣化或仅被水分和机械杂质污染的油称为污油;深度劣化的油称为废油。污油的处理采用简单的机械净化方法可使用,称油的净化;废油的处理必须通过化学或物理化学的方法,才能使油恢复原有性质,称油的再生。

油的净化

1.1 澄清法

污油较长时间处在静止状态时,油中比重大的水和机械杂质便会沉淀到底部。

澄清法不能除去油中全部水分和杂质,净化沉淀的时间长  ,而且净化不彻底,故一般不能单独使用这种方法处理污油。但澄清法设备简单经济,对油质完全不产生损害,故水电厂中应用甚为广泛。

油澄清的速度与油的黏度和油层高度有关。油的粘度大、油层高,程度速度慢;反之则澄清速度快。适当提高油温可以减少油的粘度,加快沉淀速度。

1.2 压力过滤法

把油加压通过具有能够吸收水分和阻止一切机械杂质通过的过滤层,称为压力过滤。过滤层一用特制的过滤纸做过滤介质。压力过滤的设备,称为压力滤油机,其工作原理:

压力滤油机由齿轮油泵、滤油器、油槽、预过滤器、阀门等组成。滤油器是压滤机的主要工作部件,由15~20个铸铁滤板和滤框组成。在滤板与滤框之间放有特制的滤纸,并用螺旋夹将滤纸、滤板、滤框压紧,滤油时,起动油泵电动机,将污油从压滤机进油口吸入,通过预滤器粗滤,除去较大的杂质,再进入齿轮油泵。油泵对油产生挤压作用,迫使油流入滤油机右上角的脏油进口,然后通过滤框孔口流入两滤油纸时,因滤纸纤维有极细小的管孔而形成毛细管作用,不仅阻止杂质通过,还能吸收油中水分。过滤后除去了脏油中水分和机械杂质,净油通过滤油器下方的汇流管流处。当滤纸中的纤维管孔被水和杂质充满后,过滤纸必须更换清洗,经烘干后继续使用。

压力滤油机的滤油质量好,能彻底消除机械杂质,但无法彻底消除水分,操作简单,使用方便,中小型电站应用较多。但压力滤油机的生产率不如离心滤油机高。

1.3 真空滤油法

根据油和水的汽化温度不同,利用真空汽化将油中的气体和水分分离的办法称真空喷雾滤油法。利用这种方法处理绝缘油,速度快,效果好,水电厂中应用较广泛。

真空喷雾滤油的工作原理是:将污油用压力滤油机输送至加热器加温,当油温升高至50~70℃时,将油压向真空罐,通过喷嘴扩散成雾状,此时油中的水分和气体,在一定的温度和真空度下被汽化,使水分和气体从油中分离出来。再将水蒸气和气体用真空泵经油气分离档板抽吸出真空罐,使水和气体分离出来,达到净化油的目的。

真空滤油的操作程序为:

(1)将污油由压力滤油机在贮油罐内循环过滤,初步清除油中杂质和水分;

(2)将初步过滤的油输送到加热器加热,然后压向真空罐进行喷雾,使油喷成雾状;

(3)待真空罐内油位计达1/2油量时,停一台压滤机或用油泵将罐内的油抽回至贮油罐,如此不断循环,控制进入真空罐的油压为196~294kpa,并调节出油,使进出油量平衡。

真空滤油主要用于对绝缘油的净化处理,能在短时间内达到除水、脱氧,提高绝缘油的绝缘性能,增加绝缘电阻率,但不能消除油中的机械杂质。这种滤油方法的优点是:速度快、质量好、效率高。对于油量较大的用油设备注油和换油,可缩短检修时间。

2 油的再生(略)

§7.2油系统的设计

油系统的作用和组成:

1.油系统的任务

为保证机组设备的安全运行,油系统应完成下列任务:

(1)接受新油,并以自流或油泵压送方式将新油送入贮油桶。

(2)贮备净油,以供设备换用和添加。

(3)给设备充油。

(4)向运行设备添油,以弥补设备运行中油的损耗。

(5)检修时从设备中排出污油,以自流或油泵压送方式将污油送至污油桶(即运行油桶)。

(6)对污油桶中的污油进行净化处理。

(7)油的监督与维护主要任务是:分析、鉴定新油的品质;对运行油定期取样化验;对油系统进行检查、修理和清洗。

2.油系统组成

正确的油系统组成不仅能使机组可靠与经济地运行,从而缩短检修时间,而且能给允许管理提供灵活方便的良好条件。油系统一般由以下几部分组成。

1油库:油库放置各种贮存油的油槽或油桶等贮存设备。

2油处理室:油处理室放置各种输油和净油设备,中小型水电站主要有油泵、滤油机和电烘箱等。

3油化验室:油化验室放置油化验设备、仪器及药物等,对新油和运行油进行化验工作。

4)管网:管网是用管道把各用油设备与贮油设备连接起来,组成一个系统。

5)各种测量和控制元件:各种测量和控制元件,用以对机组润滑和操作系统进行监视和控制,如液位信号器、示流信号器、温度信号器和油水混合信号器等。

二.油系统图

将水轮发电机组各用油设备、贮油设备、净油设备及自动化元件用管道连接起来,表明这些设备连接和运行方式的图,称油系统图。

制定油系统图一般应遵循以下原则

(1)能使一台滤油机单独地工作,并可与另一台滤油机串联或并联工作。

(2)油能从任何一个贮油桶直接或经过油泵、滤油机进入任何一个用油设备或贮油桶;油也能从任何一个用油设备以上述方式进入任一贮油桶。

(3)绝缘油和汽轮机油、清油和污油的管路,尽量做到分开。

(4)经常操作的阀门应尽量集中,以便操作。在保证操作方便的基础上,力求管件最少,管子长度最短。

(5)应能满足保安、防火的要求。

下图为某小型水电站的汽轮机油系统图。机组设净油桶UOT和污油桶COT,净油桶贮备净油,容量应大于最大机组用油量,以便及时更换劣化油和污染油。 污油桶也称运行油桶,正常情况应为空桶,以便与净油桶互为备用,二者容积相同。两个油桶放在油库中,以主供排油管引入厂房内各机组用油部位。

事故排油一般应排入专设事故油槽,但可酌情变通。不允许排入下游河道,以免污染环境。

机组使用汽轮机油部位有径向推力轴承TB-GGB、发电机下导轴承GGB和水轮机轴承TGB、调速器油压装置和蝴蝶阀油压装置等。

主供排油管布置在厂房水轮机层下游侧靠天花板处(发电机层楼板下)。

为了保证用油设备的正常运行,在吊车梁下设置重力加油箱。重力加油箱与主供油管连接充油,在运行过程中的机组用油损耗以自流方式添油。

油系统接受新油通过油泵注入净油桶UOT,也可自流方式注入UOT(油车位置高于净油桶情况)。

油系统运行操作程序说明,见表3-2

3-2     油系统操作程序说明

序号

操作项目

使用设备

操作程序

1

接受新油

自流

油车、1、3、14、净油桶UOT

油泵

油车、1、3、17、油泵PU、18、22、14、净油桶UOT

2

新油过滤入桶

压滤机

油车、1、15、压滤机P、16、4、22、14、净油桶UOT

3

设备充油

油泵

净油桶UOT、13、18、油泵PU、17、5、23、重力加油箱GOF

4

重力加油箱充油

油泵

净油桶UOT、13、18、油泵PU、17、5、23、重力加油箱GOF

5

重力加油箱向机组充油

自流

重力加油箱GOF、24、6、4、10、污油桶COT

6

机组排油

油泵

机组排油设备、21、6、18、油泵PU、17、3、9、污油桶COT

7

重力加油箱排油

自流

重力加油箱GOF、24、6、4、10、污油桶COT

8

污油过滤

压滤机

污油桶COT、8、15、压滤机P、16、4、22、14、净油桶UOT

9

用油设备循环过滤

压滤机

用电设备、21、6、4、16、压滤机P、15、3、5、19、20、用电设备

10

事故排油

自流

净油桶UOT、(污油桶COT)、11(7)、排至事故油槽

11

取油样

自流

用油设备(油桶)、26(27、28)

12

污油输走

油泵

污油桶COT、8、3、17、油泵PU、18、4、2、油车

13

清洗管道

压滤机

压滤机P、15、3、5、25、6、4、16、压滤机

拟定系统图时,在不影响主机设备安全运行的条件下,管道阀门应尽可能的少,操作应简便。小型水电站的机组油系统,一般多为手动操作。向用油设备注油与添油应尽可能采用自流形式。

绝缘油系统图的拟定与汽轮机油系统图基本相同,只是绝缘油用户主要在厂外,用油设备少,系统图应更简单。

三  油系统设备选择

1.机组用油量估算

机组用油量决定油系统规模,用油量计算应以用油设备的制造厂家给的资料为准。油系统总用油量按下式计算:

V=ZV1+V2+ZV3                                  3-2

绝缘油用油总量亦可按(3-2)计算,只要按一台变压器和油开关的用油量代入式中V1、V2、V3即可。

2.油系统设备选择原则

1)贮油设备

汽轮机油和绝缘油各设两个油桶,即净油桶和污油桶。容积按最大设备充油量的1.1倍,加上全部设备45天的添油量。事故油槽容积为两油桶容积之和。

重力加油箱容积为0.51.0 m³,但不小于ZV3。

2)油净化设备

一个电站设一台压力滤油机,绝缘油、汽轮机油共用。压力滤油机生产率按容量最大一台机组的用油量在4~6h内净化,或在12~18h内滤清最大一台变压器用油量确定。

3)油泵

油泵是接受新油、设备充油、排油和净化时使用的输油设备,一般采用齿轮油泵,结构较简单,维护方便,价格便宜。

油泵生产率应能在2~4h内充满一台机组或在6~8h时充满一台变压器为标准确定。

小型水电站一般设一台油泵。油泵扬程应能满足输送高程要求。

4)管道

宜采用无缝钢管和有缝钢管,连接管采用软钢管、耐油橡胶管和软胶管。

主供油管和排油管按经验选取。一般,压力输油管径2550㎜,自流排油管径50100㎜,小型机组输油管径多用4050㎜。通向事故油槽管径不小于100㎜。油管不宜采用镀锌钢管。

四  油系统布置原则

1.油库

汽轮机油库一般布置在水轮机层副厂房中或安装间下面。绝缘油库多布置在厂外主变压器附近,可为露天。室内油库油桶间距离不小于0.8m,桶墙间距离不小于0.75m;室外油库的上述距离不小于1.5m。油桶前通道不小于1.5m

2.油处理室

油处理室应与油库相邻,管道和阀门沿墙布置,阀门距地面高度1.0~1.5m,离墙0.2m。设备间距离不小于1.5m ,设备距墙不小于1.0 m 。压力滤油机与油泵不宜固定。油桶事故排油阀应装在油处理室。油处理室应设6~8m2滤纸烘箱专用间。

3.管道

供排油管应与气、水管路一并考虑,一般沿水轮机层上下游墙或水轮机层顶板布置。

五  油系统保安防火要求

1.油库防火距离要求

(1)油库与邻近建筑物防火距离不小于12~14m。(2)露天油库与厂区公路路基边缘距离不小于10m

2.油库建筑防火要求

(1)厂内油库及油处理室隔墙应为防火墙,油库设两个门,门应向外开。制门材料耐火极限1.5h

(2)厂内油库及油处理室门应设拦油槛,槛高以最大油桶油量漫地不外溢为准。

3.事故排油、贮油桶及通风照明要求

(1)事故排油时间不得超过11min,一般为10min,事故排油管直径不小于100mm,事故排油阀应能在油库外控制。(2)直径大于3m的油桶上应设固定消火设备。油处理室应放制化学灭火器。

(3)油库及油处理室照明应为防爆灯。

(4)室内油库及油器具室每小时换气三次;处理室为五次;油化验室为三次。

§7.3  油系统的运行监督与维护

为保证水电厂机组设备安全经济运行,避免油类迅速劣化而发生设备事故,运行中必须对机组设备用油进行监督与维护。

一 油系统的监测

监测目的:减缓油的劣化,保证设备的可靠运行

促使油劣化的因素:

减缓油劣化的措施:1~6

二 油质的监测:

1 接受新油

水电厂新油一般由油槽车或油桶送至安装场。视电厂油库位置,采用自流方式或用油泵将新油送至贮油罐。运到的新油,均应按绝缘油和汽轮机油的标准进行全部试验。

3.2 向用油设备充油或添油

新装机组或大修后机组,投入运行前均需充油。正在运行的机组,由于蒸发或管件等设备密封不严漏损时,加速油的劣化。

3.3 运行中油的监督与维护

机组运行过程中,运行人员应经常对设备用油进行观察,并取油样化验分析,防止水分和杂质混入油中。油中的水分和杂质过多或油温过高,应及时分析研究,找到原因,从速处理。应及时掌握油质量的变化情况,定时取油样:新油及运行第一个月内,每隔10天取样化验一次;运行一个月后,每隔15天取样化验一次。当设备事故时,应进行简化,研究事故原因,并对可否继续使用作出判断。

3.4 油库存油的监督与维护

为了保证运行设备的及时添油和机组事故时更换净油,油库内应有足量存油,并必须进行经常检查。检查内容为油质是否合乎标准,油量检查必须经过简化,新油和污油均须进行。污油应经过滤机过滤,保证贮油罐或油槽的清洁。

三 油温的监测

油温应该按规程控制在一定范围内:油温过高,油易劣化; 油温过低,油粘度增大;一般透平油≤45℃, 绝缘油≤65℃

故障情况:1 冷却水中断,轴承工作不正常,导致油温升高;

         2冷却水过大或渗入油中,导致油温迅速降低.

四、油系统的检查、修理和清洗

为了掌握机组用油设备的现状是否正常,应及时对油系统进行检查。发现不正常应及时处理。如管道接头处漏油、油冷却器漏水、用油设备中油泥沉淀、金属及碎纸和棉纱等杂质混入油中等。及时掌握用油设备运行和油的变化规律,便可根据这些规律制订油的运行操作规程。

机组油系统的检查、修理工作应做到经常化,以保持设备随时处于良好状态。为保证设备的安全运行,应定期对用油设备、输出设备、净化设备和存油设备进行清洗。在输送新油与净油前,用油设备与输油管道必须经过严格清洗,以免设备与管道中残存的油泥、水分和机械杂质等污染新油和净油。

            

                                                                                                            


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