油液监测技术在汽轮机运行安全诊断中的应用探讨

一、引言

汽轮机因广泛应用于电力、石化等行业的生产中，其正常运行直接关系到生产的连续和经济稳定，由于长期在复杂工况下运行，汽轮机会发生各种故障，影响汽轮机性能和生产效率。油液是支持汽轮机润滑、冷却和液压控制系统正常工作的介质，油品的老化、污染会加速设备的磨损，油液分析是对油液的理化性能、磨损颗粒、污染物等进行监测和分析，从而判断汽轮机的运行状况和健康程度，发现设备故障和潜在问题，从而为设备的维护和管理提供科学依据，保障汽轮机安全稳定运行。

二、油液监测技术概述

(-) 油液监测技术原理

1. 理化性能分析原理

油的粘度、酸值、水分和闪点等理化性能反应油品的品质和使用情况，粘度表示油内部分子间的摩擦力大小，表示油的流动性及润滑性能。汽轮机油在运行时由于油温波动、油的氧化或混入杂质都会使粘度发生变化。酸值表示油中酸性的程度，油氧化产生的酸性物质会使酸值上升，腐蚀油系统和设备部件。水分的存在会使油的润滑性能恶化，破坏油膜，引起锈蚀。闪点表示油的燃烧性能，闪点降低往往表明油中混入了沸点低的物质，存在安全隐患。分析这些理化性能，判断油是否变质及变质的程度，可以为判断设备的运行状况提供一些依据。

2. 磨损颗粒分析原理

汽轮机运行时，摩擦副表面在接触和滑动摩擦的情况下产生磨损，产生金属磨粒，磨粒随油循环携带回油箱，传递设备磨损信息。根据颗粒计数原理，采用光学或电子显微镜、颗粒计数器等对油样中的磨损颗粒进行计数和粒度分析。当磨损颗粒数量急增，或颗粒尺寸有异常增大现象时，表明设备可能发生严重磨损。通过对颗粒的形状、表面纹理由等形貌特征分析，可推断磨损的类型，粘着磨损的颗粒一般比较大且形状不规则，磨粒磨损的颗粒比较多为长条形状或者块状，疲劳磨损的颗粒具有贝壳状纹理。不同的磨损颗粒特征可以作为故障诊断的依据。

3. 油液污染物分析原理

油液污染物有外来污染物 ( 灰尘、水分 ) 也有内部污染物 ( 氧化物、金属磨屑等 )，分析油液污染物，可以找出污染源和污染程度。使用元素分析 ( 光谱、能谱) 可以确定油液中的元素含量，如果油液中的某一种元素( 如铁、铜、铝等)含量相对较高，则可判断有磨损发生。分析油液污染物的成分及性质，可找出油液污染的原因，采取针对性的污染控制措施，避免设备受污染而造成设备事故。

( 二) 油液常用的分析方法

1. 光谱分析

光谱分析是根据不同元素的原子对光具有吸收或发射谱线的特性，确定油液中元素的种类和含量。原子发射光谱分析 (aes) 是用激发油液中的原子发射特征的原子光谱，根据光谱线的强弱与元素含量间的关系，进行定量分析金属和部分非金属元素的含量。原子吸收光谱分析 (aas) 是根据原子对特征波长光吸收的原理，测定元素含量。光谱分析法可以迅速而准确地分析油液微量元素的变化，有利于及早发现设备轻微磨损和污染。

2. 铁谱分析

铁谱分析是专门分析油液磨损颗粒的一种分析方法。它使用高梯度强磁场分离油液中含有的铁磁性颗粒，并按尺寸大小沉积在特制玻璃基片上制成铁谱片，然后使用显微镜观察分析铁谱片获取磨损颗粒的数量、尺寸、形貌和成分等信息。

3. 颗粒计数

颗粒计数是使用光散射原理或电阻法测量油液颗粒数量和尺寸分布。光散射颗粒计数器发射激光束，使用颗粒通过时光散射强度和角度变化来确定颗粒信息；电阻法颗粒计数器使用颗粒通过微小孔引起的电阻变化检测颗粒。颗粒计数可以用来实时监测油液颗粒污染程度，这对于控制油液清洁度、预防油液颗粒磨损故障至关重要。

三、油液监测技术在汽轮机运行安全诊断中的应用

(-) 磨损状态监测

1. 轴承磨损监测

汽轮机轴承在高速、重载的作用下，会发生磨损。油液监测可以用来监测轴承磨损状况。如果油液里轴承金属元素含量增加，油品里含有轴承材料元素，如巴氏合金轴承，油里锡、铅含量随轴承磨损增加而增加；油里磨损颗粒的数量和颗粒尺寸也发生变化。用光谱分析可以方便地监测元素含量的变化情况，用铁谱分析可以方便地监测磨损颗粒的形状和尺寸变化情况，从而判断轴承磨损情况。当油里锡含量增加而出现大量大尺寸疲劳磨损颗粒时，应判定轴承有疲劳磨损故障，应及时进行修理，避免轴承故障进一步恶化到轴承损坏事故。

2. 齿轮磨损监测

汽轮机齿轮传动在传递动力时，齿轮啮合点相互咬合会发生磨损。油液监测可以用来监测齿轮磨损状况。如果油液里铁、铜等元素含量增加，油里含有齿轮材料金属，油里铁元素含量随齿轮磨损而缓慢增加；如果齿轮是铜基合金齿轮，在齿轮磨损时可能出现铜含量增加，当齿轮磨损加剧时可能出现油里颗粒中有较大尺寸的粘着磨损颗粒。根据这些信息可以判断齿轮的磨损阶段，从而制定合理的维护计划，避免齿轮因磨损过度而造成设备故障。

( 二) 油液污染度检测

1. 水分污染 :

汽轮机润滑油里的进水会加剧油的乳化，影响润滑性能，引起设备部件锈蚀。油监测技术可以用经典方法如卡尺费休滴定法或者红外光谱法来检测油中的水分含量。卡尺费休滴定法是经典的水分测定方法，原理是碘与水分的定量反应，应用卡尺费休滴定法可以准确测定油液中的水分含量。油液里一旦发现有水分侵入，要及时用真空脱水装置或离心分离设备脱除水分，否则水分会加速设备的损坏。

2. 颗粒污染

油中的颗粒污染物会加剧设备磨损，影响汽轮机正常运行。油监测技术可以用颗粒计数法来检测油中的颗粒数量和颗粒尺寸分布，来评估油的污染度水平。当油里颗粒数量突然增多，大颗粒数量比例上升时，说明设备可能发生剧烈磨损或者外界有脏物落入。

（三）性能劣化评估

1. 油液氧化度

油在汽轮机运行影响 ( 如高温、与氧气接触 ) 作用下，油发生氧化反应，油性能逐渐劣化。通过分析油酸值、粘度、油中抗氧化剂含量等油液监测参数可以判断油被氧化程度。油酸值是油被氧化后重要度增加的参数，当酸值达到一定高值时表明油已经严重氧化，这时油应立即更换。油粘度也是油被氧化后重要变化的参数，油被氧化后生成的氧化产物会使油粘度增大。

2. 添加剂消耗

汽轮机润滑油都加注了各种添加剂，如抗磨剂、防锈剂、抗氧化剂等。油液监测就是通过分析油液中添加剂含量变化来判断油消耗添加剂情况。抗磨剂含量降低，会使油抗磨能力下降，设备易磨损。油液监测中定期分析油中添加剂含量，及时补充消耗添加剂，可以保持油液良好性能，延长油使用寿命，保障汽轮机正常运行。

四、总结

油液监测技术作为一种有效的设备状态监测手段，在汽轮机运行安全诊断中发挥着重要作用。通过对油液理化性能、磨损颗粒及污染物的分析，能够及时准确地发现汽轮机的磨损、污染及性能劣化等潜在问题，为设备的维护与管理提供科学依据。未来，应进一步加强对油液监测技术的研究与应用，不断探索新的分析方法和技术手段，提高监测的准确性和及时性，推动汽轮机运行安全诊断技术向更高水平发展。

参考文献

[1] 油液监测技术中磨粒图像处理的研究进展[J]. 闫建颖; 曹蔚; 韩昭; 陈子琦 ; 王栋 ; 瞿金秀 ; 张曼 . 机床与液压 ,2022(05)

[2] 浅谈油液监测技术的发展 [J]. 李茂华 ; 李小飞 ; 杨博 . 广州化工 ,2021(05)

[3]  油液监测磨损分析中铁谱谱片制备方法的应用 [J]. 安燕 . 甘肃冶金 ,2020(01)