Воздействие вредных веществ (трансформаторное масло). Эксплуатация турбинных масел: условия работы и старение
Турбинное масло относится к высококачественным дистиллятным маслам, получаемым в процессе перегонки нефти. В системе смазки и регулирования применяются турбинные масла (ГОСТ 32-53) следующих марок: турбинное 22п (турбинное с присадкой ВТИ-1), турбинное 22 (турбинное Л), турбинное 30 (турбинное УТ), турбинное 46 (турбинное Т) и турбинное 57 (турбо — редукторное). Масла первых четырех марок являются дистиллятны — ми продуктами, а последнее получают смешением турбинного масла с авиационным.
Помимо масел, выпускаемых согласно ГОСТ 32-53, широкое распространение получают турбинные масла, выпускаемые по Межреспубликанским техническим условиям (МРТУ). Это прежде всего сернистые масла с различными присадками, а также масла мало- сернистых нефтей Ферганского завода.
В настоящее время применяется цифровая маркировка масел: цифра, характеризующая сорт масла, представляет собой кинематическую вязкость данного масла при температуре 50°С, выраженную в санти — стоксах. Индекс «п» означает, что масло эксплуатируется с антиокислительной присадкой.
Стоимость масла находится в прямой зависимости от его марки, и чем выше вязкость. масла, тем оно дешевле. Каждый сорт масла должен применяться строго по его назначению, .и замена одного другим не допускается. Это особенно касается основного энергетического оборудования электростанций.
Области применения различных. масел определены следующим образом.
Турбинное масло 22 и 22п применяется для подшипников и системы регулирования турбогенераторов малой, средней и большой. мощности с частотой вращения ротора 3000 об/мин. Турбинное масло 22 применяется также для подшипников скольжения центробежных насосов с циркуляционной и кольцевой системой смазки. Турбинное 30 применяется для турбогенераторов с частотой вращения ротора 1500 об/мин и для судовых турбинных установок. Турбинные масла 46 и 57 используются для агрегатов, имеющих редукторы. между турбиной и приводом.
|
Таблица 5-2
|
Физико-химические свойства турбинных масел. приведены в табл. 5-2.
Турбинное масло должно отвечать нормам ГОСТ 32-53 (табл. 5-2) и отличаться высокой стабильностью своих свойств. Из основных свойств масла, характеризующих его эксплуатационные качества, ■важнейшими являются следующие:
Вязкость. Вязкость, или коэффициент внутреннего трения, характеризует потери на трение в масляном слое. Вязкость является важнейшей характеристикой турбинного масла, по которой и производится его маркировка.
От величины вязкости зависят такие важные в эксплуатационном отношении величины, как коэффициент теплоотдачи от масла к стенке, потеря мощности на трение в подшипниках, а также расход масла через маслопроводы, золотники, дозирующие шайбы.
Вязкость может быть выражена в единицах динамической, кинематической и условной вязкости.
Вязкостью динамической, или коэффициентом внутреннего трення, называется величина, равная отношению силы внутреннего трения, действующей на поверхность слоя жидкости при градиенте скорости, равном единице, к площади этого слоя.
Где Ди/ДI -градиент скорости; AS - площадь поверхности слоя, на которую действует сила внутреннего треиия.
В системе СГС единицей динамической вязкости является пуаз. Размерность пуаза: дн-с/см2 нли г/(см-с). В единицах технической системы динамическая вязкость имеет размерность кгс-с/м2.
Существует следующее отношение между динамической вязкостью, выраженной в системе СГС, и технической:
1 пуаз = 0,0102 кгс-с/м2.
В системе СИ за единицу динамической вязкости ‘принят 1 Н с/імг, или 1 Па с.
Соотношение между старыми н новыми единицами вязкости следующее:
1 пуаз = 0,1 Н с/мг=0,1 Па-с;
1 кгс с/м2=9,80665 Н с/м2 = 9,80665 Па-с.
Кинематической вязкостью называется величина, равная отношению динамической вязкости жидкости к ее плотности.
Единицей кинематической вязкости в системе СГС является с т о к с. Размерность стокса - см2/с. Сотая часть стокса называется сантистоксом. В технической системе и системе СИ кинематическая вязкость имеет размерность м2/с.
Вязкость условная, или вязкость в градусах Энглера, определяется как отношение времени истечения 200 мл испытываемой жидкости из вискозиметра типа ВУ или Энглера при температуре испытания ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при температуре 20°С. Величина этого отношения выражается как число условных градусов.
Если для испытания масла применяется вискозиметр типа ВУ, то вязкость выражается в условных единицах, при использовании вискозиметра Энглера вязкость выражается в градусах Энглера. Для характеристики вязкостных свойств турбинного масла пользуются как единицами кинематической вязкости, так и единицами условной вязкости (Энглера). Для перевода градусов условной вязкости (Энглера) в кинематическую можно воспользоваться формулой
V/=0,073193< - -, (5-2)
Где Vf - кинематическая вязкость в санти — стоксах при температуре t 3t - вязкость в градусах Энглера при температуре t Э - вязкость в градусах Энглера при 20°С.
Вязкость масла весьма сильно зависит от температуры (рис. 5-ііЗ), причем эта зависимость более резко
Рнс. 5-13. Зависимость вязкости турбинного масла от температуры.
22, 30, 46 - марки масла.
Выражена у тяжелых масел. Это значит, что для сохранения вязкостных свойств турбинного масла необходимо эксплуатировать его в достаточно узком диапазоне температур. Правилами технической эксплуатации этот диапазон устанавливается в пределах 35-70°С. Эксплуатация турбоагрегатов при более низких или высоких температурах масла не допускается.
Опытами установлено, что удельная нагрузка, которую может выдержать подшипник скольжения, 303- растает с увеличением вязкости масла. С повышением температуры уменьшается вязкость омазки и, следовательно, несущая способность подшипника, что в конечном счете может вызвать прекращение действия смазочного слоя и выплавление баббитовой заливки подшипника. Кроме того, при высоких температурах’масло быстрее окисляется и стареет. При низких температурах из-за увеличения вязкости сокращается расход масла через дозирующие шайбы маслопроводов. В таких условиях количество — масла, подаваемого в подшипник, уменьшается, и подшипник будет работать с повышенным нагревом масла.
Зависимость вязкости от давлення более точно может быть вычислена по формуле
Где v, - кинематическая вязкость при давлении р Vo - кинематическая вязкость при атмосферном давлении; р - давление, кгс/см2; а - постоянная, величина которой для минеральных масел равна 1,002-1,004.
Как видно нз таблицы, зависимость вязкости от давления менее выражена, чем зависимость вязкости от температуры, и при изменении давлення на несколько атмосфер этой зависимостью можно пренебречь.
Кислотное число является показателем содержания кислот в масле. Кислотное число представляет собой количество миллиграммов едкого кали, необходимого для нейтрализации 1 г масла.
В смазочных маслах минерального происхождения содержатся главным образом нафтеновые кислоты. Нафтеновые кислоты, несмотря на слабовыраженные кислотные свойства, при соприкосновении с металлами, особенно цветными, вызывают коррозию последних, образуя металлические мыла, которые могут выпадать в виде осадка. Корродирующее действие масла, содержащего органические кислоты, зависит от их концентрации и молекулярного веса: чем ниже молекулярный вес органических кислот, тем более они агрессивны. Это относится и к кислотам неорганического происхождения.
Стабильность масла характеризует сохранение его основных свойств в процессе длительной эксплуатации.
Для определения стабильности масло подвергают искусственному старению путем нагрева его с одновременной продувкой воздухом, после чего определяют процент осадка, кислотное число и содержание водорастворимых кислот. Ухудшение качеств искусственно состаренного масла не должно превышать норм, указанных в табл. 5-2.
Зольность масла - количество неорганических примесей, остающихся после сжигания навески масла в тигле, выраженное в процентах к маслу, взятому для сжигания. Зольность чистого масла должна быть минимальной. Высокая зольность указывает на плохую очистку масла, т. е. на наличие в масле различных солей и механических примесей. Повышенное содержание солей делает масло малоустойчивым к окислению. В маслах, содержащих антиокислительные присадки, допускается повышенная зольность.
Скорость деэмульсации является важнейшей эксплуатационной характеристикой турбинного масла.
Под скоростью деэмульсации понимается время в. минутах, в течение которого полностью разрушается эмульсия, образовавшаяся при пропускании пара через масло в условиях испытания.
Свежее и хорошо очищенное масло плохо смешивается с водой. Вода быстро отделяется от такого масла и оседает на дне бака даже ■при непродолжительном времени пребывания масла в нем. При плохом качестве масла вода полностью не отделяется в маслобаке, а образует с маслом довольно стойкую эмульсию, которая продолжает циркулировать в маслоеистеме. Наличие в масле водомасляной эмульсии изменяет вязкость. масла и все его основные характеристики, вызывает коррозию элементов маслосистемы, приводит к образованию шлама. Смазывающие свойства масла резко ухудшаются, что может привести к повреждению подшипников. Процесс старения масла при наличии эмульсий еще ‘более ускоряется.
Наиболее благоприятные условия для образования эмульсий создаются в масляных системах паровых турбин, поэтому к турбинным маслам. предъявляются требования высокой деэмульсирующей способности, т. е. способности масла быстро и полностью отделяться от воды.
Температурой вспышки масла называется та температура, до которой необходимо нагреть масло, чтобы пары его образовали с воздухом смесь, способную воспламениться при поднесении к ней открытого огня. (
Температура вспышки характеризует наличие в масле легких летучих углеводородов и испаряемость масла при его нагревании. Температура вспышки зависит от сорта и химического состава масла, причем с увеличением вязкости масла температура вспышки обычно увеличивается.
В процессе эксплуатации турбинного масла его температура вспышки понижается. Это объясняется испарением. низкокипящих фракций и явлениями разложения масла. Резкое уменьшение температуры вспышки говорит об интенсивном разложении масла, вызванном местными перегревами его. Температура вспышки определяет также и пожароопасность масла, хотя более характерной величиной в этом отношении является температура самовоспламенения масла.
Температурой самовоспламенения масла называется такая температура, при достижении которой масло воспламеняется без поднесения к нему открытого огня. Эта температура для турбинных масел примерно вдвое выше, чем температура вспышки, и зависит в основном от тех же характеристик, что и температура вспышки.
Механические примеси - различные твердые вещества, находящиеся в масле в виде осадка или во взвешенном состоянии.
Масло. может загрязняться механическими примесями в процессе хранения и транспортировки, а также в процессе эксплуатации. Особенно сильное загрязнение масла наблюдается при некачественной чистке. маслопроводов и маслобака после монтажа и ремонтов. Находясь в масле во взвешенном состоянии, механические примеси вызывают усиленный износ трущихся деталей. Согласно ГОСТ. механические примеси в турбинном масле должны отсутствовать.
Температура застывания масла является весьма важным показателем качества масла, позволяющим определить возможность работы масла при низких температурах. ‘Потеря подвижности масла с понижением его температуры происходит вследствие выделения и кристаллизации растворенных в масле твердых углеводородов.
Температурой застывания. масла называется та температура, при которой испытываемое масло в условиях опыта загустевает настолько, что при наклоне пробирки с маслом под углом 45° уровень масла остается неподвижным в течение 1 мин.
Прозрачность характеризует отсутствие в масле посторонних включений: механических загрязнений, воды, шлама.. Прозрачность масла проверяется путем охлаждения пробы масла. Масло, охлажденное до О °С, должно оставаться прозрачным.
В) Условия работы турбинного масла. Старение масла
Условия работы масла в масляной системе турбогенератора считаются тяжелыми вследствие постоянного действия целого ряда неблагоприятных для масла факторов. К ним относятся:
1. Воздействие высокой температуры
Нагрев масла в присутствии воздуха способствует усиленно. му его окислению. Изменяются и другие эксплуатационные характеристики масла. Вследствие испарения легкокипящих фракций увеличивается вязкость, уменьшается температура вспышки, ухудшается де — эмульсионная способность и т. д. Основной нагрев масла происходит в подшипниках турбины, где масло нагревается от 35-40 до 50-55°С. Масло главным образом нагревается за счет трения в масляном слое подшипника и частично за счет передачи тепла по валу от более нагретых частей ротора.
Температура масла, выходящего из подшипника, замеряется в сливной линии, что дает приблизительное представление о температурном режиме подшипника. Однако сравнительно низкая температура масла на сливе не исключает возможности местного перегрева масла вследствие несовершенства конструкции подшипника, некачественного изготовления или неправильной его сборки. Особенно это относится к упорным подшипникам, где различные сегменты могут быть нагружены по-разному. Такие местные перегревы способствуют усиленному старению масла, поскольку с увеличением температуры* свыше 75- 80°С окисляемость масла резко возрастает.
Масло может нагреваться и в самих картерах подшипников от соприкосновения с горячими стенками, нагреваемыми извне паром или за счет теплопередачи от корпуса турбины. Нагрев масла происходит также в системе регулирования- серводвигателях и маслопроводах, проходящих вблизи горячих поверхностей турбины и паропроводов.
2. Распыливание масла вращающимися деталями турбоагрегата
Все вращающиеся детали - муфты, зубчатые колеса, гребни на валу, уступы и заточки вала, центробежный регулятор скорости и др.- создают разбрызгивание масла в картерах подшипников и колонках центробежных регуляторов скорости. Распыленное масло приобретает весьма большую поверхность соприкосновения с воздухом, всегда находящимся в картере, и перемешивается с ним. В результате масло подвергается интенсивному воздействию кислорода воздуха и окисляется. Способствует этому также большая скорость, приобретаемая частицами масла относительно воздуха.
В картерах подшипников происходит постоянный обмен воздуха за счет подсасывания его в зазор по валу в связи с несколько пониженным давлением в картере. Понижение давления в картере можно объяснить эжектирующим действием сливных маслопроводов. Особенно интенсивно разбрызгивают масло подвижные муфты с принудительной смазкой. Поэтому для уменьшения окисления масла эти, муфты окружаются металлическими кожухами, уменьшающими разбрызгивание масла и вентиляцию воздуха. Защитные кожухи устанавливаются также и при жестких муфтах для того, чтобы уменьшить циркуляцию воздуха в картере и ограничить скорость окисления масла, находящегося в картере подшипника.
Для предотвращения вытекания масла из корпуса подшипника в осевом направлении весьма эффективны маслоотбойные кольца и канавки, выточенные в баббите у концов подшипника в местах выхода вала. Особенно большой эффект дает применение винтокана — вочных уплотнений УралВТИ.
3. Воздействие содержащегося в масле воздуха
Воздух в масле содержится в виде пузырьков различного диаметра и в растворенном виде. Захват воздуха маслом. происходит в местах наиболее интенсивного перемешивания масла с воздухом, а также в сливных маслопроводах, где масло не заполняет всего сечения трубы и подсасывает воздух.
Прохождение масла, содержащего воздух, через главный масляный насос сопровождается быстрым сжатием воздушных пузырьков. При этом температура воздуха в крупных пузырьках резко возрастает. Вследствие быстроты процесса сжатия воздух не успевает отдать тепло окружающей среде, и поэтому процесс сжатия следует считать адиабатическим. Выделяющееся тепло, несмотря на ничтожно малую абсолютную величину и на кратковременность воздействия, существенно катализирует процесс окисления масла. Пройдя иасос, сжатые пузырьки постепенно растворяются, а содержащиеся в воздухе примеси (пыль, зола, водяной пар и т. д.) переходят в масло и, таким образом, загрязняют и обводняют его.
Старение масла за счет содержащегося в нем воздуха особенно заметно в крупных турбинах, где давление, масла после главного маслонасоса велико, а это приводит к значительному повышению температуры воздуха в воздушных пузырьках со всеми вытекающими отсюда последствиями.
4. Воздействие воды и конденсирующегося пара
Основным источником обводнения масла в турбинах старых конструкций (без отсоса пара,из лабиринтовых уплотнений) является пар.
Выбивающийся из лабиринтовых уплотнений и подсасывающийся в корпус подшипника. Интенсивность обводнения в этом случае в значительной мере зависит от состояния лабиринтового уплотнения вала турбины и от расстояния между корпусами подшипника и турбины. Другим источником обводнения является неисправность парозапор — ной арматуры вспомогательного турбомаслонасоса. Вода попадает также в масло и из воздуха вследствие конденсации паров и через м а ело ох л а д ите ли.
В питательных турбонасосах с централизованной смазкой масло может обводняться за счет утечек воды из уплотнений насоса.
Особенно опасно обводнение масла, происходящее вследствие контакта масла с горячим паром. В этом случае масло не только обводняется, но и нагревается, что ускоряет старение масла. При этом образующиеся низкомолекулярные кислоты переходят в водный раствор и активно воздействуют на металлические поверхности, контактирующие с маслом. Наличие воды в масле способствует образованию шлама, который оседает на поверхности маслобака и маслопроводов. Попадая в линию смазки подшипников, шлам может закупорить отверстия в дозирующих шайбах, установленных на нагнетательных линиях, и вызвать перегрев или даже выплавление подшипника. Попадание шлама в систему регулирования. может нарушить нормальную работу золотников, букс и других элементов этой системы.
Проникновение горячего пара в масло также приводит к образованию масловодяной эмульсии. В этом случае поверхность соприкосновения масла с водой резко увеличивается, что облегчает растворение в воде ниэкомолекулярных кислот. Масловодяная эмульсия может попасть в систему смазки и регулирования турбины и существенно ухудшить условия ее работы.
5. Воздействие металлических поверхностей
Циркулируя в маслосистеме, масло постоянно находится в контакте с металлами: чугуном, сталью, бронзой, баббитом, что способствует окислению масла. Вследствие ‘воздействия иа металлические. поверхности кислот образуются продукты коррозии, попадающие в. масло. Некоторые металлы оказывают каталитическое действие на процессы окисления турбинного масла.
Все эти постоянно действующие неблагоприятные условия вызывают старение масла.
Под старением мы понимаем изменение физико-химических
Свойств турбинного масла в сторону ухудшения его эксплуатационных качеств.
Признаками старения масла являются:
1) увеличение вязкости масла;
2) увеличение кислотного числа;
3) понижение температуры вспышки;
4) появление кислой реакции водной вытяжки;
5) появление шлама и механических примесей;
6) уменьшение прозрачности.
Интенсивность старения масла
Зависит от качества залитого масла, уровня эксплуатации маслохозяй — ства и конструктивных особенностей турбоагрегата и маслосистемы.
Масло, имеющее признаки старения, согласно нормам еще считается годным. к эксплуатации, если:
1) кислотное число не превышает 0,5 мг КОН на 1 г масла;
2) вязкость масла не отличается от первоначальной более чем на 25%;
3) температура вспышки понизилась не более чем на 10°С от. первоначальной;
4) реакция водной вытяжки - нейтральная;
5) масло прозрачно и не содержит воды и шлама.
При отклонении одной из перечисленных характеристик масла от норм и невозможности восстановить качество его на работающей турбине масло в кратчайший срок подлежит замене.
Важнейшим условием качественной эксплуатации маслохозяйства турбинного цеха является тщательный и систематический контроль качества масла.
Для масла, находящегося в эксплуатации, и предусматриваются два вида контроля: цеховой контроль и сокращенный анализ. Объем и периодичность этих видов контроля иллюстрируются табл. 5-4.
При ненормально быстром ухудшении качеств эксплуатируемого масла сроки проведения испытаний могут быть сокращены. Испытания в этом случае проводятся по особому графику.
Масло, поступающее на электростанцию, подвергается лабораторному испытанию по всем показателям. В том случае, если один или несколько показателей не соответствуют установленным нормам на свежее масло, необходимо полученную партию свежего масла отправить обратно. Анализ масла производится также и перед заливкой его в баки паровых турбин. Масло, находящееся в резерве, подвергается анализу не реже 1 раза в 3. года.
Процесс старения масла, находящегося в непрерывной эксплуатации, приводит к тому, что масло теряет свои первоначальные свойства и становится непригодным к использованию. Дальнейшая эксплуатация такого масла невозможна, и требуется его замена. Однако, учитывая высокую стоимость турбинного масла, а также количества, в которых оно применяется на электростанциях, рассчитывать на полную замену масла нельзя. Необходимо регенерировать отработанное масло с целью дальнейшего использования.
Регенерацией масла называется восстановление первоначальных физико-химических свойств бывших в зксплутации масел.
Сбор и регенерация использованных масел являются одним из эффективных способов их эконо-
Мии. Нормы сбора и регенерации турбинного масла приведены в табл. 5-5.
Существующие методы регенерации использованных масел разделяются на физические, физико-химические и химические.
К физическим методам относятся методы, при которых в процессе регенерации не меняются химические свойства регенерируемого масла. Основными из этих методов являются отстой, фильтрация и се — па рация. С помощью указанных методов достигается очистка ‘масел от нерастворенных в масле примесей и воды.
К физико-химическим методам регенерации относятся методы, при которых частично меняется химический состав обрабатываемого масла. Наиболее распространенными из физико-химических методов являются очистка масла адсорбентами, а также промывка масла горячим конденсатом.
К химическим методам регенерации относится очистка масел различными химическими реагентами (серной кислотой, щелочью и др.). Этими методами пользуются для восстановления масел, претерпевших в процессе эксплуатации значительные химические изменения.
|
Таблица 5-4
|
Выбор способа регенерации определяется характером старения масла, глубиной изменения его эксплуатационных качеств, а также требованиями, предъявляемыми к качеству регенерации масла. При выборе способа регенерации нужно учитывать также и стоимостные показатели этого процесса, отдавая предпочтение по возможности наиболее простым и дешевым методам.
Некоторые методы регенерации позволяют вести очистку масла на работающем оборудовании в отличие от способов, требующих полного слива масла из маслосистемы. С эксплуатационной точки зрения методы непрерывной регенерации более предпочтительны, поскольку они позволяют удлинить срок службы масла без перезаливки и не допускают глубоких отклонений эксплуатационных показателей масла от нормы. Однако непрерывная регенерация масла на работающей турбине может быть осуществлена лишь при использовании малогабаритного оборудования, не загромождающего помещение и допускающего легкий монтаж и демонтаж. К такому оборудованию относятся сепараторы, фильтры, адсорберы.
При наличии более сложного и громоздкого оборудования последнее размещается в отдельном помещении, и процесс очистки в этом случае производится со сливом масла. Наиболее дорогостоящее оборудование для регенерации масла нерационально использовать для одной станции, если учитызать периодичность его работы. Поэтому такие установки часто выполняются передвижными. Для крупных блочных станций с значительным объемом масла, находящегося в эксплуатации, оправдывают себя и стационарные регенеративные установки любого типа.
Рассмотрим основные методы очистки и регенерации турбинного масла.
Отстой. Наиболее простым и дешевым методом отделения от масла воды, шлама и механических примесей является отстой масла в специальных баках-отстойниках с коническими днищами. В этих баках с течением времени происходит расслоение сред с различным удельным весом. Чистое масло, имеющее меньший удельный вес, перемещается в верхнюю часть бака, а вода и механические примеси скапливаются внизу, откуда и удаляются через специальную задвижку, установленную в низшей точке бака.
Роль отстойника выполняет и масляный бак. Масляные баки также имеют конические или наклонные днища для сбора воды и шлама и их последующего удаления. Однако в масляных баках отсутствуют надлежащие условия для расслоения масловодяной эмульсии. Масло в баке находится в постоянном движении, что вызывает перемешивание верхних и нижних слоев. Находящийся в масле невыделившийся воздух сглаживает разницу между плотностями отдельных компонентов масловодяной смеси и затрудняет их расслоение. Кроме того, время нахождения масла в маслобаке не превышает 8-10 мин, что явно недостаточно для качественного отстоя масла.
В баке-отстойнике масло находится в более благоприятных условиях, так как время отстоя ничем не ограничивается. Недостатком этого метода является малая производительность при значительном времени отстоя. Такие отстойники занимают много места и увеличивают пожароопасность помещения.
Сепарация. Более производительным методом очистки масла от воды и примесей является сепарация масла, заключающаяся в отделении взвешенных частиц и воды от масла за счет центробежных сил, возникающих в барабане сепаратора, вращающегося с высокой частотой.
По принципу действия маслоочиститель — ные сепараторы разделяются на два типа: тихоходные с частотой вращения от 4500 до 8000 об/мин и быстроходные с частотой вращения порядка 18 000-20000 об/мин. Тихоходные сепараторы, имеющие барабан, оснащенный тарелками, нашли наибольшее распространение в отечественной практике. На рис. 5-14 и 5-15 приводятся схема устройства и габаритные размеры тарельчатых сепараторов.
Сепараторы также подразделяются на вакуумные, в которых обеспечивается удаление из масла, помимо механических примесей и взвешенной влаги, также частично растворенной влаги н воздуха, и на сепара
торы открытого типа. iB зависимости от характера загрязнений очистка масла сепараторами может производиться способом осветления (кларификация) и способом очистки і(лурификация).
Очистку масла способом осветления применяют для отделения твердых механических примесей, шлама, а также для отделения воды, содержащейся в масле в столь незначительном количестве, что непосредственного удаления ее не требуется. В этом случае отделяемые от масла примеси остаются в грязевике барабана, откуда периодически удаляются. Удаление из масла загрязнений способом очистки применяют в тех случаях, когда масло значительно обводнено и представляет собой в сущности смесь двух жидкостей с разными плотностями. В этом случае и вода, и масло выводятся из сепаратора непрерывно.
Турбинное масло, загрязненное механическими примесями и незначительным количеством влаги (до 0,3%), очищают по способу осветления. При более значительном обводнении - по способу очистки. На рис. 5-114 левая сторона барабана изображена собранной на работу по способу осветления, а правая - по способу очистки. Стрелками показаны потоки масла и отсепарированной воды.
Переход от одного способа работы сепаратора к другому требует переборки барабана и отводящих маслопроводов.
Производительность барабана, собранного по способу осветления на 20-30% выше, чем прн сборке его по способу очистки. Для увеличения производительности сепаратора масло предварительно подогревают до 60-65°С в электрическом подогревателе. Этот подогреватель комплектуется вместе с сепаратором и имеет терморегулятор, ограничивающий. температуру подогрева масла.
С помощью сепаратора очистку масла можно вести на работающей турбине. Такая необходимость обычно возникает при значительном обводнении масла. В этом случае всасывающий патрубок сепаратора подсоединяется к самой нижней точке грязного отсека маслобака, а очищенное масло направляется в чистый отсек. При наличии па станции двух сепараторов их можно подсоединить последовательно, причем первый сепаратор должен быть собран по схеме очистки, а второй - по схеме осветления. Это значительно повышает качество очистки масла.
|
|
|
Рис. 5-15. Общий вид и габаритные размеры сепаратора НСМ-3. |
Фильтрация. Фильтрацией масла называется отделение нерастворимых в масле примесей посредством пропуска (продавлива — ния) через пористую фильтрующую среду. В качестве фильтрующего материала применяют фильтровальную бумагу, картон, войлок, мешковину, бельтинг и др. Для фильтрации турбинных масел широко используются рамочные фильтр-прессы. Рамочный фильтр-пресс имеет свой ма — слонасос ротационного или вихревого типа, который под давлением 0,294-0,49 МПа (3-5 кгс/см2) пропускает масло через фильтрующий материал, зажатый между специальными рамками. Загрязненный фильтрующий материал систематически заменяется новым. Общий вид фильтр-пресса приведен на рис. 5-16. Фильтрация масла с помощью фильтр-пресса обычно сочетается с очисткой его в сепараторе. Сильно обводненное маслС) нерационально пропускать через фильтр — пресс, поскольку фильтрующий материал быстро загрязняется, а картон и бумага теряют механическую прочность. Более разумной является схема, по которой масло пропускается сначала через сепаратор, а затем через фильтр-пресс. При этом очистку масла можно производить на работающей турбине. При наличии двух последовательно работающих сепараторов фильтр-пресс можно включить после второго по ходу масла сепаратора, собранного по схеме кларификации. Это позволит добиться особо высокой степени очистки масла.
ЛМЗ применяет в фильтр-прессе специальную ткань типа «фильтр-бельтинг» с организацией процесса фильтрования под малым перепадом. Этот способ весьма эффективен при сильном засорении масла адсорбентом, а сам фильтр не нуждается в систематическом обслуживании.
‘Во ВТИ разработан ватный фильтр, который также с успехом применяется.
Для обеспечения нормального функционирования маслосистемы турбоагрегата надлежит не только непрерывно чистить масло, но периодически (после ремонтов) очищать и всю систему.
Принятый ламинарный режим течения масла в трубопроводах системы со скоростью, не превышающей 2 м/с, способствует отложению шлама и грязи на внутренних и особенно на холодных поверхностях.
ЦКБ Главэнергоремоита разработан и проверен на практике гидродинамический способ очистки маслосистем . Он заключается в следующем: вся маслосистема, исключая подшипники, очищается прокачиванием масла со скоростью выше рабочей в 2 раза и более при температуре 60- бб^С. Этот способ основан на организации турбулентного течения в пристенной области, при котором шлам и продукты коррозии за счет механического воздействия потока масла смываются с внутренних поверхностей и выносятся в фильтры.
Гидродинамический способ очистки имеет следующие преимущества:
1) не нарушается пассивирующая пленка, образовавшаяся в результате длительного контакта металла с эксплуатационным маслом;
2) исключает образование коррозии на баббитовых и азотированных поверхностях;
3) не требует химических растворов для смыва отложений;
4) исключает разборку маслосистемы (кроме мест установки перемычек);
5) сокращает на 20-40% трудоемкость очистки и позволяет сократить длительность капитального ремонта турбоагрегата на 2-3 сут.
Эксплуатация масла, использованного для очистки систем, показала, чго физико — химические свойства его не ухудшаются, следовательно, очистка маслосистем может производиться эксплуатационным маслом.
Адсорбция. В основу этого метода очистки турбинных масел положено явление поглощения растворенных в масле веществ твердыми высокопористыми материалами (адсорбентами). Посредством адсорбции производится удаление из масла органических и низкомолекулярных кислот, смол и других растворенных в нем примесей.
В качестве адсорбентов применяются различные материалы: силикагель (БЮг), окись алюминия и различные отбеливающие земли, химический состав которых в основном характеризуется содержанием БіОг и А1203 (бокситы, диатомиты, сланцы, отбеливающие глины). Адсорбенты обладают сильно разветвленной системой пронизывающих их капилляров. Вследствие этого они обладают весьма большой удельной поверхностью поглощения на 1 г вещества. Так, например, удельная поверхность активированного угля достигает 1000 м2/г, си — ликагеля и окиси алюминия 300-400 м2/г, отбеливающих земель ilOO-300 м2/г.
Помимо общей поверхности, эффективность адсорбции зависит от размера пор и от величины поглощаемых молекул. Диаметр отверстий -(пор) в поглотителях составляет величину порядка нескольких десятков ангстрем. Эта величина соизмерима с размером поглощаемых молекул, вследствие чего некоторые высокомолекулярные соединения не будут поглощаться особо мелкопористыми адсорбентами. Так, например, активированный уголь не может быть применен для очистки масла вследствие своей мелкопористой структуры. В качестве адсорбентов для турбинного масла могут применяться материалы с размерами пор в 20-60 ангстрем, что позволяет поглощать высокомолекулярные соединения, такие, как смолы и органические кислоты.
Получивший большое распространение силикагель хорошо — поглощает смолистые вещества и несколько хуже органические кислоты. Окись алюминия, наоборот, хорошо извлекает из масел органические, особенно низкомолекулярные, кислоты и хуже поглощает смолистые вещества.
Эти два поглотителя относятся к искусственным адсорбентам и обладают высокой стоимостью, особенно окись алюминия. Более дешевыми являются природные адсорбенты (глины, бокситы, диатомиты), хотя эффективность их значительно ниже.
Очистка адсорбентами может осуществляться двумя. методами: контактным и перколяционным.
Контактный метод обработки масла заключается в смешении масла с тонкоразмолотым порошком адсорбента. Перед очисткой. масло должно быть подогрето. Очистка от адсорбента производится путем пропуска масла через пресс-фильтр. Адсорбент при этом теряется.
Процесс перколяционного фильтрования заключается в пропускании масла, нагретого до 60-80 °С, через слой зернистого адсорбента, загруженного в специальные аппараты (адсорберы). В этом случае адсорбент имеет вид гранул с размерами зерна 0,5 мім и выше. При перколяционном методе восстановления масел в отличие от контактного метода возможны восстановление и повторное использование адсорбентов. Это удешевляет процесс очистки и, кроме того, позволяет применять для обработки масла более эффективные дорогие адсорбенты.
Степень использования адсорбента, а также качество очистки масла при перколяционном методе, как правило, выше, чем при контактном способе. Кроме того, пер- коляционный метод — позволяет восстанавливать масло без слива его из маслобака, на работающем оборудовании. Все эти обстоятельства. привели. к тому, это этот метод нашел преимущественное распространение в отечественной практике.
Адсорбер передвижного типа изображен на рис. 5-17. Он представляет собой сварной цилиндр, заполняемый гранулированным адсорбентом. Крышка и дно адсорбера съемные. В верхней части адсорбера установлен фильтр для задерживания мелких частиц адсорбента. Фильтрование імасла происходит снизу вверх. Это обеспечивает наи — боле полное вытеснение воздуха и уменьшает засорение фильтра. Для удобства выемки отработанного адсорбента аппарат может поворачиваться вокруг своей оси на 180°.
Адсорбент обладает свойством поглощать не только продукты старения масла, но и воду. Поэтому,
|
|
Прежде чем подвергнуться обработке адсорбентом, масло должно быть тщательно очищено от воды и шла — їма. Без этого условия адсорбент быстро потеряет свои поглощающие свойства и очистка масла будет некачественной. В общей схеме обработки масла адсорбция должна стоять после очистки масла через сепараторы и фильтр-прессы. При ■наличии на станции двух сепараторов роль фильтр-пресса может выполнять один из сепараторов, работающий в режиме кларификации.
Использованный адсорбент может быть легко восстановлен путем продувки через него горячего воздуха с температурой около 200ЦС. На рис. 5-18 изображена установка для восстановления адсорбентов, включающая в себя вентилятор для прокачки воздуха, электрический нагреватель для его подогрева и бак — реактиватор, куда загружается восстанавливаемый адсорбент.
Адсорбционная очистка не может быть использована для масел, содержащих присадки, так как последние (кроме ионола) полностью удаляются адсорбентами.
Промывка конденсатом. Этот вид обработки масла применяется при увеличении кислотного числа масла и появлении в нем низкомолекулярных водорастворимых кислот.
Как показала практика, вследствие промывки масла улучшаются и другие его показатели: повышается деэмульсионная способность, уменьшается количество шлама и механических примесей. Для улучшения растворимости кислот масло и конденсат следует подогреть до температуры 70-809С. Количество конденсата, необходимого для промывки, составляет 50-100% количества промываемого масла. Необходимыми условиями качественной промывки являются хорошее перемешивание масла с конденсатом и создание возможно большей поверхности их соприкосновения. Для обеспечения этих условий удобно воспользо-
Ваться сепаратором, где вода и. масло находятся в мелкодисперсном состоянии и хорошо перемешиваются друг с другом. Низкомолекулярные кислоты переходят при этом из масла в воду, с которой они и отводятся из сепаратора. Шлам и примеси, находящиеся. в масле, увлажняются, их плотность увеличивается, вследствие чего улучшаются условия их сепарации.
Промывку масла.конденсатом можно производить и в отдельном бачке, где циркуляция воды и масла осуществляется с помощью пара или специальным насосом. Такую промывку можно осуществлять во время ремонта турбины. Масло при этом забирается из маслобака и после промывки поступает в резервную емкость.
Обработка щелочами применяется при глубокой изношенности масла, когда все предыдущие методы восстановления эксплуатационных свойств масла оказываются недостаточными.
Щелочь применяется для. нейтрализации в маслах органических кислот, остатков свободной серной кислоты (яри обработке масла кислотой), удаления эфиров и других соединений, которые при взаимодействии с щелочью образуют соли, переходящие в водный раствор и удаляемые последующей обработкой масла.
Для регенерации отработанных масел чаще всего применяется 2,5- 4%-ный едкий натр или 5-14%-ный тринатрийфосфат.
Обработку масла щелочами можно производить в сепараторе аналогично тому, как это осуществляется при промывке масла конденсатом. Процесс ведется при температуре 40-90°С. Для сокращения расхода щелочи, а также улучшения качества очистки масло должно быть предварительно обезвожено в сепараторе. ‘Последующая обработка масла после восстановления его щелочью заключается в промывке его горячим конденсатом и обработке адсорбентами.
Поскольку использование химических реагентов требует предварительной и последующей обработки масла, появились комбинированные установки для глубокой регенерации масла, где все этапы обработки масла соединены в единый технологический процесс. Эти установки в зависимости от применяемой схемы регенерации масла имеют довольно сложное оборудование и выполняются как стационарными, так и передвижными.
Каждая схема включает в себя специфическое для данного метода обработки оборудование: насосы, баки-мешалки, отстойники, фильтр — прессы и др. Имеются также универсальные установки, позволяющие вести процесс регенерации масел по любому методу.
Применение присадок является наиболее современным и эффективным методом сохранения фйзико — химических свойств масла в процессе длительной эксплуатации.
Присадками называются высокоактивные химические соединения, добавляемые в масло в незначительном количестве, позволяющие поддерживать основные эксплуатационные характеристики масла на требуемом уровне в течение длительного срока работы. Присадки, добавляемые к турбинным маслам, должны отвечать целому ряду требований. Эти соединения должны быть достаточно дешевы, применяться в малых количествах, хорошо растворяться в масле при рабочей температуре, не давать осадков и взвесей, не вымываться водой и не извлекаться адсорбентами. Действие присадок должно давать одинаковый эффект, для масел различного происхождения и различной степени изношенности. Кроме того, стабилизируя одни показатели, присадки не должны ухудшать другие эксплуатационные показатели масла.
Нужно отметить, что присадок, удовлетворяющих всем этим требованиям, пока еще нет. Кроме того, не существует соединения, способного стабилизировать сразу все эксплуатационные показатели масла. Для этой цели существуют композиции различных присадок, каждая из которых воздействует на тот или иной показатель.
Для масел нефтяного происхождения разработаны самые различные присадки, из которых для турбинного масла важнейшими являются антиокислительная, антикоррозийная и деэмульгирующая.
Главной по своему значению является антиокислительная присадка, стабилизирующая кислотное число масла. Именно по этому показателю при неблагоприятных условиях эксплуатации масло стареет быстрее всего. Длительное время основным типом антиокислительной присадки отечественного производства была присадка ВТИ-1. Эта присадка достаточно активна, хорошо растворяется в масле, применяется в малых количествах (0,01% массы масла). Недостатком этой присадки является то, что она пригодна только для стабилизации свежих масел. У масел, бывших в эксплуатации и частично окислившихся, она уже не может задержать процесс дальнейшего окисления.
В этом отношении лучшие характеристики имеет присадка ВТИ-8. Она более активна и, кроме того, пригодна как для свежих масел, так и для масел, бывших в употреблении. В качестве недостатка следует отметить способность этого соединения выделять через некоторое время взвесь, вызывающую помутнение масла. Для устранения этого явления масло в начальной стадии эксплуатации необходимо пропустить через фильтр-пресс. Присадка ВТИ-8 добавляется в количестве 0,02-0,025% массы масла.
Наиболее эффективным антиокислителем, получившим широкое распространение как у нас, так и за рубежом, является 2,6-дитретичный бутил-4-метилфенол, получивший в СССР название ДБК (ионол). Эга присадка легко растворяется в масле, не дает осадков, не извлекается из масла адсорбентами, не разрушается при обработке масла щелочью и металлическим натрием. Присадка удаляется лишь при очистке масла серной кислотой. Применение присадки ДБК в 2-5 раза удлиняет срок работы хорошо очищенного масла. Единственный недостаток этого антиокислителя - увеличенный по сравнению с другими присадками расход (0,2-0,5%). Имеются также основания к тому, чтобы и эту норму увеличить.
Антикоррозийные присадки применяются с целью защиты металла от действия кислот, содержащихся в свежем масле, а также продуктов окисления масла. Антикоррозийный эффект сводится к образованию на металле защитной пленки, защищающей его от коррозии. Одной из наиболее эффективных антикоррозийных присадок является присадка В-15/41, представляющая эфир алкенил-янтарной кислоты. Антикоррозийные присадки могут в некоторой мере повышать кислотное число масел и уменьшать их стабильность. Поэтому антикоррозийные присадки применяются в минимально необходимой концентрации совместно с антиокислительными присадками.
Деэмульгирующие присадки (деэмульгаторы) - вещества, применяемые для разрушения нефтяных и масляных эмульсий. Деэмульгаторы представляют собой водные растворы нейтрализованно- ного кислого гудрона или эмульсии минерального масла высокой степени очистки с водным раствором натриевых солей нефтяных и сульфо — нефтяных кислот. В последнее время в качестве деэмульгаторов были предложены новые соединения - ди — проксамины. Наиболее эффективным из них является дипрокса — мин-157 [ДПК-157], разработанный ВНИИНП.
При ремонте магистральных газопроводов необходимо выполнять правила техники безопасности, изложенные в ГОСТах, ОСТах системы стандартов безопасности труда (ССБТ) и других нормативных документах.
Основные производственные опасности и вредности на объекте состоят в следующем:
* на сравнительно узкой полосе, в рабочей зоне одновременно производятся работы и осуществляются транспортные операции, что приводит к сосредоточению в отдельных местах большого числа механизмов и движению транспорта мимо двигающихся людей в стесненных условиях;
* опасные работы, связанные с опусканием в траншею плетей из труб и т.п.;
* насыщение воздуха вредными газами, парами бензина, пыльными брызгами изоляционной мастики при проведении изоляционных работ;
* возможность поражения электрическим током при проведении сварочных работ;
* работы зачастую проводятся в темное время суток без достаточного освещения рабочей зоны и рабочих мест.
Поэтому строительная площадка, участки работ, рабочие места, проезды и подходы к ним в темное время суток должны быть освещены соответственно. Освещенность должна быть равномерной, без слепящего действия осветительных приспособлений на работающих. При сборочно-сварочных работах для освещения рабочих мест в темное время суток должны применяться стационарные светильники напряжением 220 В, подвешенные на высоте не менее 2,5 м. Напряжение переносных светильников не должно превышать 12В.
Процессами повышенной опасности при строительстве трубопроводов являются - погрузка, выгрузка труб и трубных секций подъёмными средствами, транспортировка их трубовозами и плетевозами.
Вредное воздействие вредных веществ на организм человека
На эксплуатируемом объекте основными взрывопожароопасными, вредными и токсичными веществами являются: газ, этилмеркаптан (одорант), метанол.
Обслуживающий персонал, работая на действующем объекте, должен знать состав, основные свойства газов и его соединений. Действие вредных веществ, применяемых в производстве, на организм человека зависит от токсических свойств вещества, его концентрации и продолжительности воздействия. Профессиональные отравления и заболевания возможны только в том случае, если концентрация токсичного вещества в воздухе рабочей зоны превышает определенный предел.
Таблица 6 - Сведения об опасных веществах на объектах ООО «Газпром трансгаз Чайковский»
|
Наименование опасного вещества |
Класс опасности |
Характер воздействия на человека |
|
|
Газ природный (свыше 90% -метан) |
Природный газ относится к воспламеняющимся газам (приложение 2 к ФЗ-116 от 21.07.97) Главные опасности для человека связаны: с возможной утечкой и воспламенением газа с последующим воздействием тепловой радиации на людей; с высоким давлением газа в трубопроводах и сосудах, при разгерметизации которых возможно осколочное поражение людей; с удушьем при 15-16%-м снижении содержания кислорода в воздухе, вытесненного газом. |
||
|
Масло турбинное Тп-22с |
Масло турбинное относится к горючим жидкостям, используемым в технологическом процессе (приложение 2 к ФЗ-116 от 21.07.97). Главные опасности связаны: с возможной утечкой и воспламенением масла с последующим развитием пожара и воздействием тепловой радиации на людей; c возможностью попадания масла на кожу, в глаза, что вызывает их раздражение. |
||
|
Одорант природного газа, поступающего в систему коммунального распределения после ГРС (этилмеркаптан) |
Одорант относится к токсичным веществам (приложение 2 к ФЗ-116 от 21.07.97). В зависимости от количества воздействующего на человека одоранта и индивидуальных особенностей организма возможны: головная боль, тошнота, судороги, паралич, остановка дыхания, смерть |
||
|
Метанол (средство предотвращения гидратообразования) |
Метанол относится к токсичным веществам (приложение 2 к ФЗ-116 от 21.07.97). 5-10 гр. приема метанола внутрь вызывает тяжелое отравление, сопровождающееся головной болью, головокружением, тошнотой, болью в желудке, общей слабостью, мельканием в глазах или потерей зрения в тяжелых случаях. 30 г является смертельной дозой |
Природный газ - бесцветная смесь легких природных газов, легче воздуха, не обладает ощутимым запахом (для придания запаха добавляют одорант). Пределы взрываемости 5,0... 15,0 % объемных. ПДК в воздухе производственных помещений 0,7 % объемных, в пересчете на углеводороды 300 мг/м 3 . Температура самовоспламенения 650°С.
При больших концентрациях (более 10 %) действует удушающе, так как возникает кислородная недостаточность, в результате повышения концентрации газа (метана) до уровня не ниже 12 % переносится без заметного действия, до 14 % приводит к легкому физиологическому расстройству, до 16 % вызывает тяжелое физиологическое действие, до 20 % - уже смертельно опасное удушье.
Этилмеркаптан (одорант) - употребляются для придания запаха газам, транспортируемым по магистральному газопроводу, даже в небольших концентрациях вызывают головную боль и тошноту, а в высоких концентрациях действуют на организм подобно сероводороду в значительной концентрации токсичен, действует на центральную нервную систему, вызывая судороги, паралич и смерть.. ПДК этилмеркаптана в воздухе рабочей зоны 1 мг/м 3 .
Одорант легко испаряется и горит. Отравление возможно при вдыхании паров, всасывании через кожу. По своей токсичности он напоминает сероводород.
Концентрация паров этилмеркаптана 0,3 мг/м 3 - является предельной. Пары этилмеркаптана в определенной смеси с воздухом образует взрывчатую смесь. Пределы взрываемости 2,8 - 18,2%.
Метан - в чистом виде не токсичен, но при содержании его в воздухе 20 % и более наблюдается явление удушья, потеря сознания и смерть. Предельные углеводороды с увеличением молекулярного веса проявляют больше токсичных свойств. Так пропан вызывает головокружение при двухминутном пребывании в атмосфере, содержащей 10 % пропана. ПДК (предельно допустимая концентрация) равна 300 мг/м 3 .
Этилмеркаптан взаимодействует с железом и его окислами, образуя склонные к самовозгоранию меркантиды железа (пирофорные соединения).
Чтобы обеспечить безопасные условия для выполнения различных видов строительно-монтажных работ и исключить травматизм, рабочие и инженерно - технический персонал обязаны хорошо знать и соблюдать основные правила техники безопасности.
В связи с этим, рабочие и инженерно - технический персонал, занятые на строительстве или ремонте трубопроводов, проходят обучение по своей специальности и правилам техники безопасности. Проверку знаний оформляют соответствующими документами согласно действующим отраслевым положениям о порядке проверки знаний правил, норм и инструкций по охране труда.
До начала работ по ремонту газопроводов организация, эксплуатирующая газопровод, обязана:
* дать письменное разрешение на производство работ по ремонту газопровода;
* очистить полость газопровода от конденсата и отложений;
* выявить и обозначить места утечки газа;
* отключить газопровод от действующей магистрали;
* выявить и обозначить места залегания газопровода на глубине менее 40 см;
* обеспечить связью ремонтно-строительные участки с диспетчерской, ближайшей компрессорной станцией, ближайшим домом обходчика и другими необходимыми пунктами;
* обеспечить техническую и пожарную безопасность при ремонтных работах.
После отключения и снятия давления в газопроводе производятся планировочные и вскрышные работы.
Вскрытие газопровода производят вскрышным экскаватором с соблюдением следующих условий безопасности:
* вскрытие газопровода необходимо вести на 15-20 см ниже нижней образующей, что облегчает строповку трубы при ее подъеме из траншеи;
* запрещается производство других работ и нахождение людей в зоне действия рабочего органа вскрышного экскаватора.
Расположение механизмов и других машин около траншеи должно быть за призмой обрушения грунта.
Огневые работы на газопроводе следует производить в соответствии с требованиями Типовой инструкции по безопасному ведению огневых работ на газовых объектах Мингазпрома СССР, 1988.
К электросварочным работам допускаются электросварщики, прошедшие установленную аттестацию и имеющие соответствующие удостоверения. При работе с очистной машиной необходимо следить за тем, чтобы на ней был установлен пенный или углекислый огнетушитель.
Турбинное масло относится к высококачественным дистиллятным маслам, получаемым в процессе перегонки нефти. В системе смазки и регулирования применяются турбинные масла (ГОСТ 32-53) следующих марок: турбинное 22п (турбинное с присадкой ВТИ-1), турбинное 22 (турбинное Л), турбинное 30 (турбинное УТ), турбинное 46 (турбинное Т) и турбинное 57 (турбо - редукторное). Масла первых четырех марок являются дистиллятны - ми продуктами, а последнее получают смешением турбинного масла с авиационным.
Помимо масел, выпускаемых согласно ГОСТ 32-53, широкое распространение получают турбинные масла, выпускаемые по Межреспубликанским техническим условиям (МРТУ). Это прежде всего сернистые масла с различными присадками, а также масла мало- сернистых нефтей Ферганского завода.
В настоящее время применяется цифровая маркировка масел: цифра, характеризующая сорт масла, представляет собой кинематическую вязкость данного масла при температуре 50°С, выраженную в санти - стоксах. Индекс «п» означает, что масло эксплуатируется с антиокислительной присадкой.
Стоимость масла находится в прямой зависимости от его марки, и чем выше вязкость. масла, тем оно дешевле. Каждый сорт масла должен применяться строго по его назначению, .и замена одного другим не допускается. Это особенно касается основного энергетического оборудования электростанций.
Области применения различных. масел определены следующим образом.
Турбинное масло 22 и 22п применяется для подшипников и системы регулирования турбогенераторов малой, средней и большой. мощности с частотой вращения ротора 3000 об/мин. Турбинное масло 22 применяется также для подшипников скольжения центробежных насосов с циркуляционной и кольцевой системой смазки. Турбинное 30 применяется для турбогенераторов с частотой вращения ротора 1500 об/мин и для судовых турбинных установок. Турбинные масла 46 и 57 используются для агрегатов, имеющих редукторы. между турбиной и приводом.
|
Таблица 5-2
|
Физико-химические свойства турбинных масел. приведены в табл. 5-2.
Турбинное масло должно отвечать нормам ГОСТ 32-53 (табл. 5-2) и отличаться высокой стабильностью своих свойств. Из основных свойств масла, характеризующих его эксплуатационные качества, ■важнейшими являются следующие:
Вязкость. Вязкость, или коэффициент внутреннего трения, характеризует потери на трение в масляном слое. Вязкость является важнейшей характеристикой турбинного масла, по которой и производится его маркировка.
От величины вязкости зависят такие важные в эксплуатационном отношении величины, как коэффициент теплоотдачи от масла к стенке, потеря мощности на трение в подшипниках, а также расход масла через маслопроводы, золотники, дозирующие шайбы.
Вязкость может быть выражена в единицах динамической, кинематической и условной вязкости.
Вязкостью динамической, или коэффициентом внутреннего трення, называется величина, равная отношению силы внутреннего трения, действующей на поверхность слоя жидкости при градиенте скорости, равном единице, к площади этого слоя.
Где Ди/ДI -градиент скорости; AS - площадь поверхности слоя, на которую действует сила внутреннего треиия.
В системе СГС единицей динамической вязкости является пуаз. Размерность пуаза: дн-с/см2 нли г/(см-с). В единицах технической системы динамическая вязкость имеет размерность кгс-с/м2.
Существует следующее отношение между динамической вязкостью, выраженной в системе СГС, и технической:
1 пуаз = 0,0102 кгс-с/м2.
В системе СИ за единицу динамической вязкости "принят 1 Н с/імг, или 1 Па с.
Соотношение между старыми н новыми единицами вязкости следующее:
1 пуаз = 0,1 Н с/мг=0,1 Па-с;
1 кгс с/м2=9,80665 Н с/м2 = 9,80665 Па-с.
Кинематической вязкостью называется величина, равная отношению динамической вязкости жидкости к ее плотности.
Единицей кинематической вязкости в системе СГС является с т о к с. Размерность стокса - см2/с. Сотая часть стокса называется сантистоксом. В технической системе и системе СИ кинематическая вязкость имеет размерность м2/с.
Вязкость условная, или вязкость в градусах Энглера, определяется как отношение времени истечения 200 мл испытываемой жидкости из вискозиметра типа ВУ или Энглера при температуре испытания ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при температуре 20°С. Величина этого отношения выражается как число условных градусов.
Если для испытания масла применяется вискозиметр типа ВУ, то вязкость выражается в условных единицах, при использовании вискозиметра Энглера вязкость выражается в градусах Энглера. Для характеристики вязкостных свойств турбинного масла пользуются как единицами кинематической вязкости, так и единицами условной вязкости (Энглера). Для перевода градусов условной вязкости (Энглера) в кинематическую можно воспользоваться формулой
V/=0,073193< - -, (5-2)
Где Vf - кинематическая вязкость в санти - стоксах при температуре t\ 3t - вязкость в градусах Энглера при температуре t\ Э - вязкость в градусах Энглера при 20°С.
Вязкость масла весьма сильно зависит от температуры (рис. 5-ііЗ), причем эта зависимость более резко
Рнс. 5-13. Зависимость вязкости турбинного масла от температуры.
22, 30, 46 - марки масла.
Выражена у тяжелых масел. Это значит, что для сохранения вязкостных свойств турбинного масла необходимо эксплуатировать его в достаточно узком диапазоне температур. Правилами технической эксплуатации этот диапазон устанавливается в пределах 35-70°С. Эксплуатация турбоагрегатов при более низких или высоких температурах масла не допускается.
Опытами установлено, что удельная нагрузка, которую может выдержать подшипник скольжения, 303- растает с увеличением вязкости масла. С повышением температуры уменьшается вязкость омазки и, следовательно, несущая способность подшипника, что в конечном счете может вызвать прекращение действия смазочного слоя и выплавление баббитовой заливки подшипника. Кроме того, при высоких температурах"масло быстрее окисляется и стареет. При низких температурах из-за увеличения вязкости сокращается расход масла через дозирующие шайбы маслопроводов. В таких условиях количество - масла, подаваемого в подшипник, уменьшается, и подшипник будет работать с повышенным нагревом масла.
Зависимость вязкости от давлення более точно может быть вычислена по формуле
Где v, - кинематическая вязкость при давлении р\ Vo - кинематическая вязкость при атмосферном давлении; р - давление, кгс/см2; а - постоянная, величина которой для минеральных масел равна 1,002-1,004.
Как видно нз таблицы, зависимость вязкости от давления менее выражена, чем зависимость вязкости от температуры, и при изменении давлення на несколько атмосфер этой зависимостью можно пренебречь.
Кислотное число является показателем содержания кислот в масле. Кислотное число представляет собой количество миллиграммов едкого кали, необходимого для нейтрализации 1 г масла.
В смазочных маслах минерального происхождения содержатся главным образом нафтеновые кислоты. Нафтеновые кислоты, несмотря на слабовыраженные кислотные свойства, при соприкосновении с металлами, особенно цветными, вызывают коррозию последних, образуя металлические мыла, которые могут выпадать в виде осадка. Корродирующее действие масла, содержащего органические кислоты, зависит от их концентрации и молекулярного веса: чем ниже молекулярный вес органических кислот, тем более они агрессивны. Это относится и к кислотам неорганического происхождения.
Стабильность масла характеризует сохранение его основных свойств в процессе длительной эксплуатации.
Для определения стабильности масло подвергают искусственному старению путем нагрева его с одновременной продувкой воздухом, после чего определяют процент осадка, кислотное число и содержание водорастворимых кислот. Ухудшение качеств искусственно состаренного масла не должно превышать норм, указанных в табл. 5-2.
Зольность масла - количество неорганических примесей, остающихся после сжигания навески масла в тигле, выраженное в процентах к маслу, взятому для сжигания. Зольность чистого масла должна быть минимальной. Высокая зольность указывает на плохую очистку масла, т. е. на наличие в масле различных солей и механических примесей. Повышенное содержание солей делает масло малоустойчивым к окислению. В маслах, содержащих антиокислительные присадки, допускается повышенная зольность.
Скорость деэмульсации является важнейшей эксплуатационной характеристикой турбинного масла.
Под скоростью деэмульсации понимается время в. минутах, в течение которого полностью разрушается эмульсия, образовавшаяся при пропускании пара через масло в условиях испытания.
Свежее и хорошо очищенное масло плохо смешивается с водой. Вода быстро отделяется от такого масла и оседает на дне бака даже ■при непродолжительном времени пребывания масла в нем. При плохом качестве масла вода полностью не отделяется в маслобаке, а образует с маслом довольно стойкую эмульсию, которая продолжает циркулировать в маслоеистеме. Наличие в масле водомасляной эмульсии изменяет вязкость. масла и все его основные характеристики, вызывает коррозию элементов маслосистемы, приводит к образованию шлама. Смазывающие свойства масла резко ухудшаются, что может привести к повреждению подшипников. Процесс старения масла при наличии эмульсий еще "более ускоряется.
Наиболее благоприятные условия для образования эмульсий создаются в масляных системах паровых турбин, поэтому к турбинным маслам. предъявляются требования высокой деэмульсирующей способности, т. е. способности масла быстро и полностью отделяться от воды.
Температурой вспышки масла называется та температура, до которой необходимо нагреть масло, чтобы пары его образовали с воздухом смесь, способную воспламениться при поднесении к ней открытого огня. (
Температура вспышки характеризует наличие в масле легких летучих углеводородов и испаряемость масла при его нагревании. Температура вспышки зависит от сорта и химического состава масла, причем с увеличением вязкости масла температура вспышки обычно увеличивается.
В процессе эксплуатации турбинного масла его температура вспышки понижается. Это объясняется испарением. низкокипящих фракций и явлениями разложения масла. Резкое уменьшение температуры вспышки говорит об интенсивном разложении масла, вызванном местными перегревами его. Температура вспышки определяет также и пожароопасность масла, хотя более характерной величиной в этом отношении является температура самовоспламенения масла.
Температурой самовоспламенения масла называется такая температура, при достижении которой масло воспламеняется без поднесения к нему открытого огня. Эта температура для турбинных масел примерно вдвое выше, чем температура вспышки, и зависит в основном от тех же характеристик, что и температура вспышки.
Механические примеси - различные твердые вещества, находящиеся в масле в виде осадка или во взвешенном состоянии.
Масло. может загрязняться механическими примесями в процессе хранения и транспортировки, а также в процессе эксплуатации. Особенно сильное загрязнение масла наблюдается при некачественной чистке. маслопроводов и маслобака после монтажа и ремонтов. Находясь в масле во взвешенном состоянии, механические примеси вызывают усиленный износ трущихся деталей. Согласно ГОСТ. механические примеси в турбинном масле должны отсутствовать.
Температура застывания масла является весьма важным показателем качества масла, позволяющим определить возможность работы масла при низких температурах. "Потеря подвижности масла с понижением его температуры происходит вследствие выделения и кристаллизации растворенных в масле твердых углеводородов.
Температурой застывания. масла называется та температура, при которой испытываемое масло в условиях опыта загустевает настолько, что при наклоне пробирки с маслом под углом 45° уровень масла остается неподвижным в течение 1 мин.
Прозрачность характеризует отсутствие в масле посторонних включений: механических загрязнений, воды, шлама.. Прозрачность масла проверяется путем охлаждения пробы масла. Масло, охлажденное до О °С, должно оставаться прозрачным.
В) Условия работы турбинного масла. Старение масла
Условия работы масла в масляной системе турбогенератора считаются тяжелыми вследствие постоянного действия целого ряда неблагоприятных для масла факторов. К ним относятся:
1. Воздействие высокой температуры
Нагрев масла в присутствии воздуха способствует усиленно. му его окислению. Изменяются и другие эксплуатационные характеристики масла. Вследствие испарения легкокипящих фракций увеличивается вязкость, уменьшается температура вспышки, ухудшается де - эмульсионная способность и т. д. Основной нагрев масла происходит в подшипниках турбины, где масло нагревается от 35-40 до 50-55°С. Масло главным образом нагревается за счет трения в масляном слое подшипника и частично за счет передачи тепла по валу от более нагретых частей ротора.
Температура масла, выходящего из подшипника, замеряется в сливной линии, что дает приблизительное представление о температурном режиме подшипника. Однако сравнительно низкая температура масла на сливе не исключает возможности местного перегрева масла вследствие несовершенства конструкции подшипника, некачественного изготовления или неправильной его сборки. Особенно это относится к упорным подшипникам, где различные сегменты могут быть нагружены по-разному. Такие местные перегревы способствуют усиленному старению масла, поскольку с увеличением температуры* свыше 75- 80°С окисляемость масла резко возрастает.
Масло может нагреваться и в самих картерах подшипников от соприкосновения с горячими стенками, нагреваемыми извне паром или за счет теплопередачи от корпуса турбины. Нагрев масла происходит также в системе регулирования- серводвигателях и маслопроводах, проходящих вблизи горячих поверхностей турбины и паропроводов.
2. Распыливание масла вращающимися деталями турбоагрегата
Все вращающиеся детали - муфты, зубчатые колеса, гребни на валу, уступы и заточки вала, центробежный регулятор скорости и др.- создают разбрызгивание масла в картерах подшипников и колонках центробежных регуляторов скорости. Распыленное масло приобретает весьма большую поверхность соприкосновения с воздухом, всегда находящимся в картере, и перемешивается с ним. В результате масло подвергается интенсивному воздействию кислорода воздуха и окисляется. Способствует этому также большая скорость, приобретаемая частицами масла относительно воздуха.
В картерах подшипников происходит постоянный обмен воздуха за счет подсасывания его в зазор по валу в связи с несколько пониженным давлением в картере. Понижение давления в картере можно объяснить эжектирующим действием сливных маслопроводов. Особенно интенсивно разбрызгивают масло подвижные муфты с принудительной смазкой. Поэтому для уменьшения окисления масла эти, муфты окружаются металлическими кожухами, уменьшающими разбрызгивание масла и вентиляцию воздуха. Защитные кожухи устанавливаются также и при жестких муфтах для того, чтобы уменьшить циркуляцию воздуха в картере и ограничить скорость окисления масла, находящегося в картере подшипника.
Для предотвращения вытекания масла из корпуса подшипника в осевом направлении весьма эффективны маслоотбойные кольца и канавки, выточенные в баббите у концов подшипника в местах выхода вала. Особенно большой эффект дает применение винтокана - вочных уплотнений УралВТИ.
3. Воздействие содержащегося в масле воздуха
Воздух в масле содержится в виде пузырьков различного диаметра и в растворенном виде. Захват воздуха маслом. происходит в местах наиболее интенсивного перемешивания масла с воздухом, а также в сливных маслопроводах, где масло не заполняет всего сечения трубы и подсасывает воздух.
Прохождение масла, содержащего воздух, через главный масляный насос сопровождается быстрым сжатием воздушных пузырьков. При этом температура воздуха в крупных пузырьках резко возрастает. Вследствие быстроты процесса сжатия воздух не успевает отдать тепло окружающей среде, и поэтому процесс сжатия следует считать адиабатическим. Выделяющееся тепло, несмотря на ничтожно малую абсолютную величину и на кратковременность воздействия, существенно катализирует процесс окисления масла. Пройдя иасос, сжатые пузырьки постепенно растворяются, а содержащиеся в воздухе примеси (пыль, зола, водяной пар и т. д.) переходят в масло и, таким образом, загрязняют и обводняют его.
Старение масла за счет содержащегося в нем воздуха особенно заметно в крупных турбинах, где давление, масла после главного маслонасоса велико, а это приводит к значительному повышению температуры воздуха в воздушных пузырьках со всеми вытекающими отсюда последствиями.
4. Воздействие воды и конденсирующегося пара
Основным источником обводнения масла в турбинах старых конструкций (без отсоса пара,из лабиринтовых уплотнений) является пар.
Выбивающийся из лабиринтовых уплотнений и подсасывающийся в корпус подшипника. Интенсивность обводнения в этом случае в значительной мере зависит от состояния лабиринтового уплотнения вала турбины и от расстояния между корпусами подшипника и турбины. Другим источником обводнения является неисправность парозапор - ной арматуры вспомогательного турбомаслонасоса. Вода попадает также в масло и из воздуха вследствие конденсации паров и через м а ело ох л а д ите ли.
В питательных турбонасосах с централизованной смазкой масло может обводняться за счет утечек воды из уплотнений насоса.
Особенно опасно обводнение масла, происходящее вследствие контакта масла с горячим паром. В этом случае масло не только обводняется, но и нагревается, что ускоряет старение масла. При этом образующиеся низкомолекулярные кислоты переходят в водный раствор и активно воздействуют на металлические поверхности, контактирующие с маслом. Наличие воды в масле способствует образованию шлама, который оседает на поверхности маслобака и маслопроводов. Попадая в линию смазки подшипников, шлам может закупорить отверстия в дозирующих шайбах, установленных на нагнетательных линиях, и вызвать перегрев или даже выплавление подшипника. Попадание шлама в систему регулирования. может нарушить нормальную работу золотников, букс и других элементов этой системы.
Проникновение горячего пара в масло также приводит к образованию масловодяной эмульсии. В этом случае поверхность соприкосновения масла с водой резко увеличивается, что облегчает растворение в воде ниэкомолекулярных кислот. Масловодяная эмульсия может попасть в систему смазки и регулирования турбины и существенно ухудшить условия ее работы.
5. Воздействие металлических поверхностей
Циркулируя в маслосистеме, масло постоянно находится в контакте с металлами: чугуном, сталью, бронзой, баббитом, что способствует окислению масла. Вследствие "воздействия иа металлические. поверхности кислот образуются продукты коррозии, попадающие в. масло. Некоторые металлы оказывают каталитическое действие на процессы окисления турбинного масла.
Все эти постоянно действующие неблагоприятные условия вызывают старение масла.
Под старением мы понимаем изменение физико-химических
Свойств турбинного масла в сторону ухудшения его эксплуатационных качеств.
Признаками старения масла являются:
1) увеличение вязкости масла;
2) увеличение кислотного числа;
3) понижение температуры вспышки;
4) появление кислой реакции водной вытяжки;
5) появление шлама и механических примесей;
6) уменьшение прозрачности.
Интенсивность старения масла
Зависит от качества залитого масла, уровня эксплуатации маслохозяй - ства и конструктивных особенностей турбоагрегата и маслосистемы.
Масло, имеющее признаки старения, согласно нормам еще считается годным. к эксплуатации, если:
1) кислотное число не превышает 0,5 мг КОН на 1 г масла;
2) вязкость масла не отличается от первоначальной более чем на 25%;
3) температура вспышки понизилась не более чем на 10°С от. первоначальной;
4) реакция водной вытяжки - нейтральная;
5) масло прозрачно и не содержит воды и шлама.
При отклонении одной из перечисленных характеристик масла от норм и невозможности восстановить качество его на работающей турбине масло в кратчайший срок подлежит замене.
Важнейшим условием качественной эксплуатации маслохозяйства турбинного цеха является тщательный и систематический контроль качества масла.
Для масла, находящегося в эксплуатации, и предусматриваются два вида контроля: цеховой контроль и сокращенный анализ. Объем и периодичность этих видов контроля иллюстрируются табл. 5-4.
При ненормально быстром ухудшении качеств эксплуатируемого масла сроки проведения испытаний могут быть сокращены. Испытания в этом случае проводятся по особому графику.
Масло, поступающее на электростанцию, подвергается лабораторному испытанию по всем показателям. В том случае, если один или несколько показателей не соответствуют установленным нормам на свежее масло, необходимо полученную партию свежего масла отправить обратно. Анализ масла производится также и перед заливкой его в баки паровых турбин. Масло, находящееся в резерве, подвергается анализу не реже 1 раза в 3. года.
Процесс старения масла, находящегося в непрерывной эксплуатации, приводит к тому, что масло теряет свои первоначальные свойства и становится непригодным к использованию. Дальнейшая эксплуатация такого масла невозможна, и требуется его замена. Однако, учитывая высокую стоимость турбинного масла, а также количества, в которых оно применяется на электростанциях, рассчитывать на полную замену масла нельзя. Необходимо регенерировать отработанное масло с целью дальнейшего использования.
Регенерацией масла называется восстановление первоначальных физико-химических свойств бывших в зксплутации масел.
Сбор и регенерация использованных масел являются одним из эффективных способов их эконо-
Мии. Нормы сбора и регенерации турбинного масла приведены в табл. 5-5.
Существующие методы регенерации использованных масел разделяются на физические, физико-химические и химические.
К физическим методам относятся методы, при которых в процессе регенерации не меняются химические свойства регенерируемого масла. Основными из этих методов являются отстой, фильтрация и се - па рация. С помощью указанных методов достигается очистка "масел от нерастворенных в масле примесей и воды.
К физико-химическим методам регенерации относятся методы, при которых частично меняется химический состав обрабатываемого масла. Наиболее распространенными из физико-химических методов являются очистка масла адсорбентами, а также промывка масла горячим конденсатом.
К химическим методам регенерации относится очистка масел различными химическими реагентами (серной кислотой, щелочью и др.). Этими методами пользуются для восстановления масел, претерпевших в процессе эксплуатации значительные химические изменения.
|
Таблица 5-4
|
Выбор способа регенерации определяется характером старения масла, глубиной изменения его эксплуатационных качеств, а также требованиями, предъявляемыми к качеству регенерации масла. При выборе способа регенерации нужно учитывать также и стоимостные показатели этого процесса, отдавая предпочтение по возможности наиболее простым и дешевым методам.
Некоторые методы регенерации позволяют вести очистку масла на работающем в отличие от способов, требующих полного слива масла из маслосистемы. С эксплуатационной точки зрения методы непрерывной регенерации более предпочтительны, поскольку они позволяют удлинить срок службы масла без перезаливки и не допускают глубоких отклонений эксплуатационных показателей масла от нормы. Однако непрерывная регенерация масла на работающей турбине может быть осуществлена лишь при использовании малогабаритного оборудования, не загромождающего помещение и допускающего легкий монтаж и демонтаж. К такому оборудованию относятся сепараторы, фильтры, адсорберы.
При наличии более сложного и громоздкого оборудования последнее размещается в отдельном помещении, и процесс очистки в этом случае производится со сливом масла. Наиболее дорогостоящее оборудование для регенерации масла нерационально использовать для одной станции, если учитызать периодичность его работы. Поэтому такие установки часто выполняются передвижными. Для крупных блочных станций с значительным объемом масла, находящегося в эксплуатации, оправдывают себя и стационарные регенеративные установки любого типа.
Рассмотрим основные методы очистки и регенерации турбинного масла.
Отстой. Наиболее простым и дешевым методом отделения от масла воды, шлама и механических примесей является отстой масла в специальных баках-отстойниках с коническими днищами. В этих баках с течением времени происходит расслоение сред с различным удельным весом. Чистое масло, имеющее меньший удельный вес, перемещается в верхнюю часть бака, а вода и механические примеси скапливаются внизу, откуда и удаляются через специальную задвижку, установленную в низшей точке бака.
Роль отстойника выполняет и масляный бак. Масляные баки также имеют конические или наклонные днища для сбора воды и шлама и их последующего удаления. Однако в масляных баках отсутствуют надлежащие условия для расслоения масловодяной эмульсии. Масло в баке находится в постоянном движении, что вызывает перемешивание верхних и нижних слоев. Находящийся в масле невыделившийся воздух сглаживает разницу между плотностями отдельных компонентов масловодяной смеси и затрудняет их расслоение. Кроме того, время нахождения масла в маслобаке не превышает 8-10 мин, что явно недостаточно для качественного отстоя масла.
В баке-отстойнике масло находится в более благоприятных условиях, так как время отстоя ничем не ограничивается. Недостатком этого метода является малая производительность при значительном времени отстоя. Такие отстойники занимают много места и увеличивают пожароопасность помещения.
Сепарация. Более производительным методом очистки масла от воды и примесей является сепарация масла, заключающаяся в отделении взвешенных частиц и воды от масла за счет центробежных сил, возникающих в барабане сепаратора, вращающегося с высокой частотой.
По принципу действия маслоочиститель - ные сепараторы разделяются на два типа: тихоходные с частотой вращения от 4500 до 8000 об/мин и быстроходные с частотой вращения порядка 18 000-20000 об/мин. Тихоходные сепараторы, имеющие барабан, оснащенный тарелками, нашли наибольшее распространение в отечественной практике. На рис. 5-14 и 5-15 приводятся схема устройства и габаритные размеры тарельчатых сепараторов.
Сепараторы также подразделяются на вакуумные, в которых обеспечивается удаление из масла, помимо механических примесей и взвешенной влаги, также частично растворенной влаги н воздуха, и на сепара
торы открытого типа. iB зависимости от характера загрязнений очистка масла сепараторами может производиться способом осветления (кларификация) и способом очистки і(лурификация).
Очистку масла способом осветления применяют для отделения твердых механических примесей, шлама, а также для отделения воды, содержащейся в масле в столь незначительном количестве, что непосредственного удаления ее не требуется. В этом случае отделяемые от масла примеси остаются в грязевике барабана, откуда периодически удаляются. Удаление из масла загрязнений способом очистки применяют в тех случаях, когда масло значительно обводнено и представляет собой в сущности смесь двух жидкостей с разными плотностями. В этом случае и вода, и масло выводятся из сепаратора непрерывно.
Турбинное масло, загрязненное механическими примесями и незначительным количеством влаги (до 0,3%), очищают по способу осветления. При более значительном обводнении - по способу очистки. На рис. 5-114 левая сторона барабана изображена собранной на работу по способу осветления, а правая - по способу очистки. Стрелками показаны потоки масла и отсепарированной воды.
Переход от одного способа работы сепаратора к другому требует переборки барабана и отводящих маслопроводов.
Производительность барабана, собранного по способу осветления на 20-30% выше, чем прн сборке его по способу очистки. Для увеличения производительности сепаратора масло предварительно подогревают до 60-65°С в электрическом подогревателе. Этот подогреватель комплектуется вместе с сепаратором и имеет терморегулятор, ограничивающий. температуру подогрева масла.
С помощью сепаратора очистку масла можно вести на работающей турбине. Такая необходимость обычно возникает при значительном обводнении масла. В этом случае всасывающий патрубок сепаратора подсоединяется к самой нижней точке грязного отсека маслобака, а очищенное масло направляется в чистый отсек. При наличии па станции двух сепараторов их можно подсоединить последовательно, причем первый сепаратор должен быть собран по схеме очистки, а второй - по схеме осветления. Это значительно повышает качество очистки масла.
|
|
|
Рис. 5-15. Общий вид и габаритные размеры сепаратора НСМ-3. |
Фильтрация. Фильтрацией масла называется отделение нерастворимых в масле примесей посредством пропуска (продавлива - ния) через пористую фильтрующую среду. В качестве фильтрующего материала применяют фильтровальную бумагу, картон, войлок, мешковину, бельтинг и др. Для фильтрации турбинных масел широко используются рамочные фильтр-прессы. Рамочный фильтр-пресс имеет свой ма - слонасос ротационного или вихревого типа, который под давлением 0,294-0,49 МПа (3-5 кгс/см2) пропускает масло через фильтрующий материал, зажатый между специальными рамками. Загрязненный фильтрующий материал систематически заменяется новым. Общий вид фильтр-пресса приведен на рис. 5-16. Фильтрация масла с помощью фильтр-пресса обычно сочетается с очисткой его в сепараторе. Сильно обводненное маслС) нерационально пропускать через фильтр - пресс, поскольку фильтрующий материал быстро загрязняется, а картон и бумага теряют механическую прочность. Более разумной является схема, по которой масло пропускается сначала через сепаратор, а затем через фильтр-пресс. При этом очистку масла можно производить на работающей турбине. При наличии двух последовательно работающих сепараторов фильтр-пресс можно включить после второго по ходу масла сепаратора, собранного по схеме кларификации. Это позволит добиться особо высокой степени очистки масла.
ЛМЗ применяет в фильтр-прессе специальную ткань типа «фильтр-бельтинг» с организацией процесса фильтрования под малым перепадом. Этот способ весьма эффективен при сильном засорении масла адсорбентом, а сам фильтр не нуждается в систематическом обслуживании.
"Во ВТИ разработан ватный фильтр, который также с успехом применяется.
Для обеспечения нормального функционирования маслосистемы турбоагрегата надлежит не только непрерывно чистить масло, но периодически (после ремонтов) очищать и всю систему.
Принятый ламинарный режим течения масла в трубопроводах системы со скоростью, не превышающей 2 м/с, способствует отложению шлама и грязи на внутренних и особенно на холодных поверхностях.
ЦКБ Главэнергоремоита разработан и проверен на практике гидродинамический способ очистки маслосистем . Он заключается в следующем: вся маслосистема, исключая подшипники, очищается прокачиванием масла со скоростью выше рабочей в 2 раза и более при температуре 60- бб^С. Этот способ основан на организации турбулентного течения в пристенной области, при котором шлам и продукты коррозии за счет механического воздействия потока масла смываются с внутренних поверхностей и выносятся в фильтры.
Гидродинамический способ очистки имеет следующие преимущества:
1) не нарушается пассивирующая пленка, образовавшаяся в результате длительного контакта металла с эксплуатационным маслом;
2) исключает образование коррозии на баббитовых и азотированных поверхностях;
3) не требует химических растворов для смыва отложений;
4) исключает разборку маслосистемы (кроме мест установки перемычек);
5) сокращает на 20-40% трудоемкость очистки и позволяет сократить длительность капитального ремонта турбоагрегата на 2-3 сут.
Эксплуатация масла, использованного для очистки систем, показала, чго физико - химические свойства его не ухудшаются, следовательно, очистка маслосистем может производиться эксплуатационным маслом.
Адсорбция. В основу этого метода очистки турбинных масел положено явление поглощения растворенных в масле веществ твердыми высокопористыми материалами (адсорбентами). Посредством адсорбции производится удаление из масла органических и низкомолекулярных кислот, смол и других растворенных в нем примесей.
В качестве адсорбентов применяются различные материалы: силикагель (БЮг), окись алюминия и различные отбеливающие земли, химический состав которых в основном характеризуется содержанием БіОг и А1203 (бокситы, диатомиты, сланцы, отбеливающие глины). Адсорбенты обладают сильно разветвленной системой пронизывающих их капилляров. Вследствие этого они обладают весьма большой удельной поверхностью поглощения на 1 г вещества. Так, например, удельная поверхность активированного угля достигает 1000 м2/г, си - ликагеля и окиси алюминия 300-400 м2/г, отбеливающих земель ilOO-300 м2/г.
Помимо общей поверхности, эффективность адсорбции зависит от размера пор и от величины поглощаемых молекул. Диаметр отверстий -(пор) в поглотителях составляет величину порядка нескольких десятков ангстрем. Эта величина соизмерима с размером поглощаемых молекул, вследствие чего некоторые высокомолекулярные соединения не будут поглощаться особо мелкопористыми адсорбентами. Так, например, активированный уголь не может быть применен для очистки масла вследствие своей мелкопористой структуры. В качестве адсорбентов для турбинного масла могут применяться материалы с размерами пор в 20-60 ангстрем, что позволяет поглощать высокомолекулярные соединения, такие, как смолы и органические кислоты.
Получивший большое распространение силикагель хорошо - поглощает смолистые вещества и несколько хуже органические кислоты. Окись алюминия, наоборот, хорошо извлекает из масел органические, особенно низкомолекулярные, кислоты и хуже поглощает смолистые вещества.
Эти два поглотителя относятся к искусственным адсорбентам и обладают высокой стоимостью, особенно окись алюминия. Более дешевыми являются природные адсорбенты (глины, бокситы, диатомиты), хотя эффективность их значительно ниже.
Очистка адсорбентами может осуществляться двумя. методами: контактным и перколяционным.
Контактный метод обработки масла заключается в смешении масла с тонкоразмолотым порошком адсорбента. Перед очисткой. масло должно быть подогрето. Очистка от адсорбента производится путем пропуска масла через пресс-фильтр. Адсорбент при этом теряется.
Процесс перколяционного фильтрования заключается в пропускании масла, нагретого до 60-80 °С, через слой зернистого адсорбента, загруженного в специальные аппараты (адсорберы). В этом случае адсорбент имеет вид гранул с размерами зерна 0,5 мім и выше. При перколяционном методе восстановления масел в отличие от контактного метода возможны восстановление и повторное использование адсорбентов. Это удешевляет процесс очистки и, кроме того, позволяет применять для обработки масла более эффективные дорогие адсорбенты.
Степень использования адсорбента, а также качество очистки масла при перколяционном методе, как правило, выше, чем при контактном способе. Кроме того, пер- коляционный метод - позволяет восстанавливать масло без слива его из маслобака, на работающем оборудовании. Все эти обстоятельства. привели. к тому, это этот метод нашел преимущественное распространение в отечественной практике.
Адсорбер передвижного типа изображен на рис. 5-17. Он представляет собой сварной цилиндр, заполняемый гранулированным адсорбентом. Крышка и дно адсорбера съемные. В верхней части адсорбера установлен фильтр для задерживания мелких частиц адсорбента. Фильтрование імасла происходит снизу вверх. Это обеспечивает наи - боле полное вытеснение воздуха и уменьшает засорение фильтра. Для удобства выемки отработанного адсорбента аппарат может поворачиваться вокруг своей оси на 180°.
Адсорбент обладает свойством поглощать не только продукты старения масла, но и воду. Поэтому,
|
|
Прежде чем подвергнуться обработке адсорбентом, масло должно быть тщательно очищено от воды и шла - їма. Без этого условия адсорбент быстро потеряет свои поглощающие свойства и очистка масла будет некачественной. В общей схеме обработки масла адсорбция должна стоять после очистки масла через сепараторы и фильтр-прессы. При ■наличии на станции двух сепараторов роль фильтр-пресса может выполнять один из сепараторов, работающий в режиме кларификации.
Использованный адсорбент может быть легко восстановлен путем продувки через него горячего воздуха с температурой около 200ЦС. На рис. 5-18 изображена установка для восстановления адсорбентов, включающая в себя вентилятор для прокачки воздуха, электрический нагреватель для его подогрева и бак - реактиватор, куда загружается восстанавливаемый адсорбент.
Адсорбционная очистка не может быть использована для масел, содержащих присадки, так как последние (кроме ионола) полностью удаляются адсорбентами.
Промывка конденсатом. Этот вид обработки масла применяется при увеличении кислотного числа масла и появлении в нем низкомолекулярных водорастворимых кислот.
Как показала практика, вследствие промывки масла улучшаются и другие его показатели: повышается деэмульсионная способность, уменьшается количество шлама и механических примесей. Для улучшения растворимости кислот масло и конденсат следует подогреть до температуры 70-809С. Количество конденсата, необходимого для промывки, составляет 50-100% количества промываемого масла. Необходимыми условиями качественной промывки являются хорошее перемешивание масла с конденсатом и создание возможно большей поверхности их соприкосновения. Для обеспечения этих условий удобно воспользо-
Ваться сепаратором, где вода и. масло находятся в мелкодисперсном состоянии и хорошо перемешиваются друг с другом. Низкомолекулярные кислоты переходят при этом из масла в воду, с которой они и отводятся из сепаратора. Шлам и примеси, находящиеся. в масле, увлажняются, их плотность увеличивается, вследствие чего улучшаются условия их сепарации.
Промывку масла.конденсатом можно производить и в отдельном бачке, где циркуляция воды и масла осуществляется с помощью пара или специальным насосом. Такую промывку можно осуществлять во время ремонта турбины. Масло при этом забирается из маслобака и после промывки поступает в резервную емкость.
Обработка щелочами применяется при глубокой изношенности масла, когда все предыдущие методы восстановления эксплуатационных свойств масла оказываются недостаточными.
Щелочь применяется для. нейтрализации в маслах органических кислот, остатков свободной серной кислоты (яри обработке масла кислотой), удаления эфиров и других соединений, которые при взаимодействии с щелочью образуют соли, переходящие в водный раствор и удаляемые последующей обработкой масла.
Для регенерации отработанных масел чаще всего применяется 2,5- 4%-ный едкий натр или 5-14%-ный тринатрийфосфат.
Обработку масла щелочами можно производить в сепараторе аналогично тому, как это осуществляется при промывке масла конденсатом. Процесс ведется при температуре 40-90°С. Для сокращения расхода щелочи, а также улучшения качества очистки масло должно быть предварительно обезвожено в сепараторе. "Последующая обработка масла после восстановления его щелочью заключается в промывке его горячим конденсатом и обработке адсорбентами.
Поскольку использование химических реагентов требует предварительной и последующей обработки масла, появились комбинированные установки для глубокой регенерации масла, где все этапы обработки масла соединены в единый технологический процесс. Эти установки в зависимости от применяемой схемы регенерации масла имеют довольно сложное оборудование и выполняются как стационарными, так и передвижными.
Каждая схема включает в себя специфическое для данного метода обработки оборудование: насосы, баки-мешалки, отстойники, фильтр - прессы и др. Имеются также универсальные установки, позволяющие вести процесс регенерации масел по любому методу.
Применение присадок является наиболее современным и эффективным методом сохранения фйзико - химических свойств масла в процессе длительной эксплуатации.
Присадками называются высокоактивные химические соединения, добавляемые в масло в незначительном количестве, позволяющие поддерживать основные эксплуатационные характеристики масла на требуемом уровне в течение длительного срока работы. Присадки, добавляемые к турбинным маслам, должны отвечать целому ряду требований. Эти соединения должны быть достаточно дешевы, применяться в малых количествах, хорошо растворяться в масле при рабочей температуре, не давать осадков и взвесей, не вымываться водой и не извлекаться адсорбентами. Действие присадок должно давать одинаковый эффект, для масел различного происхождения и различной степени изношенности. Кроме того, стабилизируя одни показатели, присадки не должны ухудшать другие эксплуатационные показатели масла.
Нужно отметить, что присадок, удовлетворяющих всем этим требованиям, пока еще нет. Кроме того, не существует соединения, способного стабилизировать сразу все эксплуатационные показатели масла. Для этой цели существуют композиции различных присадок, каждая из которых воздействует на тот или иной показатель.
Для масел нефтяного происхождения разработаны самые различные присадки, из которых для турбинного масла важнейшими являются антиокислительная, антикоррозийная и деэмульгирующая.
Главной по своему значению является антиокислительная присадка, стабилизирующая кислотное число масла. Именно по этому показателю при неблагоприятных условиях эксплуатации масло стареет быстрее всего. Длительное время основным типом антиокислительной присадки отечественного производства была присадка ВТИ-1. Эта присадка достаточно активна, хорошо растворяется в масле, применяется в малых количествах (0,01% массы масла). Недостатком этой присадки является то, что она пригодна только для стабилизации свежих масел. У масел, бывших в эксплуатации и частично окислившихся, она уже не может задержать процесс дальнейшего окисления.
В этом отношении лучшие характеристики имеет присадка ВТИ-8. Она более активна и, кроме того, пригодна как для свежих масел, так и для масел, бывших в употреблении. В качестве недостатка следует отметить способность этого соединения выделять через некоторое время взвесь, вызывающую помутнение масла. Для устранения этого явления масло в начальной стадии эксплуатации необходимо пропустить через фильтр-пресс. Присадка ВТИ-8 добавляется в количестве 0,02-0,025% массы масла.
Наиболее эффективным антиокислителем, получившим широкое распространение как у нас, так и за рубежом, является 2,6-дитретичный бутил-4-метилфенол, получивший в СССР название ДБК (ионол). Эга присадка легко растворяется в масле, не дает осадков, не извлекается из масла адсорбентами, не разрушается при обработке масла щелочью и металлическим натрием. Присадка удаляется лишь при очистке масла серной кислотой. Применение присадки ДБК в 2-5 раза удлиняет срок работы хорошо очищенного масла. Единственный недостаток этого антиокислителя - увеличенный по сравнению с другими присадками расход (0,2-0,5%). Имеются также основания к тому, чтобы и эту норму увеличить.
Антикоррозийные присадки применяются с целью защиты металла от действия кислот, содержащихся в свежем масле, а также продуктов окисления масла. Антикоррозийный эффект сводится к образованию на металле защитной пленки, защищающей его от коррозии. Одной из наиболее эффективных антикоррозийных присадок является присадка В-15/41, представляющая эфир алкенил-янтарной кислоты. Антикоррозийные присадки могут в некоторой мере повышать кислотное число масел и уменьшать их стабильность. Поэтому антикоррозийные присадки применяются в минимально необходимой концентрации совместно с антиокислительными присадками.
Деэмульгирующие присадки (деэмульгаторы) - вещества, применяемые для разрушения нефтяных и масляных эмульсий. Деэмульгаторы представляют собой водные растворы нейтрализованно- ного кислого гудрона или эмульсии минерального масла высокой степени очистки с водным раствором натриевых солей нефтяных и сульфо - нефтяных кислот. В последнее время в качестве деэмульгаторов были предложены новые соединения - ди - проксамины. Наиболее эффективным из них является дипрокса - мин-157 [ДПК-157], разработанный ВНИИНП.
Турбинные масла предназначены для смазывания и охлаждения подшипников различных турбоагрегатов: паровых и газовых турбин, гидротурбин, турбокомпрессорных машин.
Эти же масла используют в качестве рабочих жидкостей в циркуляционных системах, гидравлических системах различных промышленных механизмов.
Общие требования и свойства
Какие свойства особенно важны?
Во-первых, высокую окислительную стойкость, малое осадкообразование, водостойкость, т.к. вода может оказаться в системе смазки в процессе работы, антикоррозионная защита.
Эти рабочие качества получаются благодаря применению качественной нефти, тщательной очистки перед добавлением пакета присадок, повышающих противоокислительные, противокоррозионные и даже противоизносные технические свойства.
Турбинное масло в паровых турбинах, электрических насосах и турбонасосах должно соответствовать таким стандартам: кислотное число в пределах 0,3 мг КОН/г; в масле не должна содержаться вода, шлам и механические примеси.
Характеристики масла после окисления согласно ГОСТ 981-75:
- Кислотное число – не выше 0,8 мг КОН/г
- Массовая доля осадка – не выше 0,15 %
Стабильность вычисляют при температурной отметке +120 °С, временном отрезке – 14 ч, расходе кислорода 200 мл/мин.
Инструкция по эксплуатации оговаривает и контроль за коррозионными свойствами масла. При возникновении коррозии добавьте в масло антикоррозийную присадку.
Вот масло Тп-30 при работе в гидротурбинах должно отвечать таким стандартам: кислотное число – не выше 0,6 мг КОН/г; в масле не должна содержаться вода, шлам и прочие механические примеси; процентное содержание растворенного шлама – в пределах 0,01.
В случае уменьшения кислотного числа масла Тп-30 до 0,1 мг КОН/г и дальнейшем его повышении масло подвергается тщательной проверке для увеличения рабочего срока службы. Имеется в виду введение антиокислителя и очистка масла от шлама.
Масло полностью заменяется, если сделан вывод о невозможности его восстановления.
Перечень отечественных турбинных масел
Масло Тп-22С включает в себя набор присадок, повышающих противоокислительные и противокоррозионные свойства.
Рассчитано для применения в паровых турбинах, работающих на высоких оборотах, и в турбокомпрессорах, когда вязкость масла обеспечивает достижение требуемых антиизносных качеств. Это самое распространенное турбинное масло.
Масло Тп-22Б изготавливают из парафинистой нефти, очищенной растворителями. В его составе есть присадки, повышающие антиокислительные и антикоррозионные качества.
Если сопоставить его с маслом Тп-22С, то в масле Тп-22Б более высокие антиокислительные свойства, продолжительный рабочий срок, малое осадкообразование при эксплуатации.
Не имеет аналогов среди российских турбинных масел в случае использования для турбокомпрессоров на производстве аммиака.
Масла Тп-30, Тп-46 изготавливаются из парафинистой нефти с использованием очищения растворителем. В составе есть присадки, повышающие противоокислительные, противокоррозионные и прочие свойства масла.
Где используют масло Тп-30? В гидротурбинах, ряде турбо-, центробежных компрессоров. Турбинное масло Тп-46 применяют в судовых паросиловых установках, оборудованных редукторами, работающими под тяжелой нагрузкой.
Масла Т22, Т30, Т46, Т57 вырабатывают из высококачественной малосернистой беспарафинистой нефти. Нужные рабочие качества масла достигаются благодаря правильному подбору сырья и очищению.
Масла отличаются вязкостью и в их составе нет присадок. Однако на отечественном рынке такие масла присутствуют в довольно ограниченном количестве.
Масло Т22 имеет такие же сферы использования, что и масла Тп-22С и ТП-22Б.
Масло Т30 применяют в гидравлических турбинах, паровых турбинах, работающих на низких оборотах, турбинных и центробежных компрессорах с сильнонагруженными редукторами. Масло Т46 разработано для судовых паротурбинных установок и иных судовых механизмов, оборудованных гидроприводом.
Таблица 1. Характеристики турбинных масел
| Показатели | Тп-22С | Тп-22Б | Тп-30 | Тп-46 | Т22 | Т30 | Т46 | Т57 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| температуре +50 °С, мм 2 /с |
20-23 | - | - | - | 20-23 | 28-32 | 44-48 | 55-59 |
|
Кинематическая вязкость при температуре +40 °С, мм 2 /с |
28,8-35,2 | 28,8-35,2 | 41,4-50,6 | 61,2-74,8 | - | - | - | - |
| Индекс вязкости, не менее | 90 | 95 | 95 | 90 | 70 | 65 | 60 | 70 |
| 0,07 | 0,07 | 0,5 | 0,5 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,05 | |
| +186 | +185 | +190 | +220 | +180 | +180 | +195 | +195 | |
| -15 | -15 | -10 | -10 | -15 | -10 | -10 | - | |
| Массовая доля водорастворимых кислот и щелочей | Отсутствие | - | Отсутствие | |||||
| Массовая доля механических примесей | Отсутствие | |||||||
| Массовая доля фенола | Отсутствие | |||||||
| Массовая доля серы, %, не более | 0,5 | 0,4 | 0,8 | 1,1 | - | - | - | - |
| Стабильность против окисления, не более: осадок, %, (маc. доля) | 0,005 | 0,01 | 0,01 | 0,008 | 0,100 | 0,100 | 0,100 | - |
| Стабильность против окисления не более: летучие низкомолекулярные кислоты, мг КОН/г | 0,02 | 0,15 | - | - | - | - | - | - |
| Стабильность против окисления, не более: кислотное число, мг КОН/г | 0,1 | 0,15 | 0,5 | 0,7 | 0,35 | 0,35 | 0,35 | - |
| Стабильность против окисления в универсальном приборе, не более: осадок, %, (маc доля) | - | - | 0,03 | 0,10 | - | - | - | - |
| Стабильность против окисления в универсальном приборе, не более: кислотное число, мг КОН/г | - | - | 0,4 | 1,5 | - | - | - | - |
| Зольность базового масла, %, не более | - | - | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,010 | 0,030 |
| Число деэмульсации, с, не более | 180 | 180 | 210 | 180 | 300 | 300 | 300 | 300 |
| Коррозия на стальном стержне | Отсутствие | - | - | - | - | |||
| Коррозия на медной пластинке, группа | - | - | 1 | 1 | Отсутствие | |||
| Цвет, ед ЦНТ, не более | 2,5 | 2,0 | 3,5 | 5,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 4,5 |
| Плотность при +20 °С, кг/м 3 , не более | 900 | - | 895 | 895 | 900 | 900 | 905 | 900 |
Таблица 2. Условия окисления при определении стабильности по методу ГОСТ 981-75
|
Масло |
Температура, °С |
Длительность |
Расход кислорода, мл/мин |
|---|---|---|---|
|
Тп-22С |
+130 |
24 |
83 |
|
Тп-22Б |
+150 |
24 |
50 |
|
Тп-30 |
+150 |
15 |
83 |
|
Тп-46 |
+120 |
14 |
200 |
Масло для судовых газовых турбин вырабатывают из трансформаторного масла, в которое заливают противозадирную и антиокислительную присадки. Таким маслом смазывают и понижают температуру редукторов и подшипников газовых турбин на судах.
Таблица 3. Технические характеристики масла для судовых газовых турбин
| Показатели | Норма |
|---|---|
| Кинематическая вязкость при температуре +50 °С, мм 2 /с | 7,0-9,6 |
| Кинематическая вязкость при температуре +20 °С, мм 2 /с | 30 |
| Кислотное число, мг КОН/г, не более | 0,02 |
| Температура вспышки в открытом тигле, °С, не ниже | +135 |
| Температура застывания, °С, не выше |
-45 |
| Зольность, %, не более | 0,005 |
| Стабильность против окисления: массовая доля осадка после окисления, %, не более | 0,2 |
| Стабильность против окисления: кислотное число, мг КОН/г, не более | 0,65 |
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………… ………….……….4
1. Требования к турбинным маслам……………………………………………….….6
2.Композиции турбинных масел………………………………………………………6
3.Турбинные смазочные материалы…………………………… ……………………..8
4.Мониторинг и техническое обслуживание турбинных масел………….………..14
5.Срок службы масел для паровых турбин……………………………… ……….…15
6.Масла для газовых турбин – применение и требование……………………...…..16
Заключение…………………………………………………… ……………………….19
Библиографический список……………………………………………………….…. 20
Введение.
Паровые турбины существуют
уже более 90 лет. Они представляют собой
двигатели с вращающими элементами, которые
превращают энергию пара в механическую
работу в одну или несколько ступеней.
Паровая турбина обычно связана с приводно
машиной, чаще всего через коробку передач.
Рис.1 Паровая турбина
ЛМЗ
Температура
пара может достигать 560 °С, а давление
находится в пределах от 130 до 240 атм. Повышение
эффективности за счет повышения температуры
и давления пара является фундаментальным
фактором при совершенствовании паровых
турбин. Однако высокие температуры и
давления повышают требования к смазочным
материалам, применяемым для смазки турбин.
Изначально турбинные масла изготавливались
без присадок и не могли удовлетворить
этим требованиям. Поэтому уже около 50
лет в паровых турбинах применяются масла
с присадками. Такие турбинные масла содержат
ингибиторы окисления и антикоррозийные
агенты и при условии соблюдения некоторых
специфических правил обеспечивают высокую
надежность. Современные турбинные масла
также содержат небольшое количество
противозадирных и противоизносных присадок,
которые защищают смазываемые узлы от
износа. Паровые турбины применяются на
электростанциях для привода электрогенераторов.
На обычных электростанциях их выходная
мощность составляет 700-1000 МВт, тогда
как на атомных электростанциях эта цифра
составляет около 1300 МВт.
Рис.2.Схема газотурбинной электростанции комбинированного цикла.
1.Требования
к турбинным маслам.
Требование к турбинным
маслам определяются собственно турбинами
и специфическими условиями их эксплуатации.
Масло в системах смазки и управления
паровых и газовых турбин должно
выполнять следующие функции:
- гидродинамической смазки
всех подшипников и каробок передач;
- рассеивания тепла;
- функциональной жидкости
для контуров управления и
безопасности;
- предупреждения возникновения
трения и износа ножек зубьев
в коробках передач турбин
при ударных ритмах работы
турбин.
Нарду с этим механика –
динамическими требованиями турбинные
масла должны обладать следующими физика
– химическими характеристиками:
- стойкостью к старению
при длительной эксплуатации;
- гидролитической стабильностью
(особенно если применяются присадки);
- антикоррозийными свойствами
даже в присутствии воды/пара, конденсата;
- надёжным водоотделением
(паров и выделением конденсированной
воды);
- быстрым деаэрированием
– низким вспениванием;
- хорошей фильтруемостью и
высокой степенью чистоты.
Только тщательно подобранные базовые масла, содержащие специальные присадки, могут удовлетворять этим строгим требованиям к смазочным материалам для паровых и газовых трубин.
2.Композиции турбинных масел.
Современные смазочные материалы
для турбин содержит специальные
парафиновые масла с хорошими
вязкостно – температурными характеристиками,
а также антиоксиданты и ингибиторы
коррозии. Если турбины с зубчатыми коробками
передач нуждаются в высокой степени несущей
способности (например: ступень отказа
при испытании на шестереночном стенде
FZG не ниже 8DIN 51 354-2, то в масло вводят противозадирные
присадки.
В настоящее
время турбинные базовые масла
получают исключительно экстракцией
и гидрированием. Такие операции,
как очистка и последующая
гидроочистка под высоким давлением,
в значительной степени определяют
и влияют на такие характеристики,
как окислительная стабильность,
вододеление, деаэрация и ценообразование.
Это особенно справедливо в отношении
вододеления и деаэрации, так как эти свойства
не могут быть существенно улучшены с
помощью присадок. Турбинные масла, как
правило, получают из специальных парафиновых
фракций базовых масел.
В турбинные масла для
улучшения их окислительной стабильности
вводят фенольные антиоксиданты
в сочетании с аминными антиоксидантами.
Для улучшения антикоррозионных свойств
применяют не эмульгируемые антикоррозийные
агенты и пассиваторы цветных металлов.
Загрязнение водой или водяным паром не
оказывают вредного влияния, так как эти
вещества остаются во взвешенном состоянии.
При применении стандартных турбинных
масел в турбинах с зубчатой коробкой
передач в масла вводят небольшие концентрации
термически стойких и стойких к окислению противозадирных/ противоизносных
присадок с длительным сроком службы (фосфорорганические
и/или сернистые соединения). Кроме того,
в турбинных маслах применяют не содержащие
силиконов антипенные и депрессорные
присадки.
Следует обратить пристальное внимание
на полное исключение силиконов в антипенной
присадке. Кроме того, эти присадки не
должны отрицательно влиять на деаэрационные
характеристики (очень чувствительные)
масла. Присадки не должны содержать золы
(например, не содержать цинка). Чистота
турбинного масла в резервуарах в соответствии
с ISO 4406 должна быть в пределах 15/12. Необходимо
полностью исключить контакты турбинного
масла и различных контуров, проводов,
кабелей, изоляционных материалов, содержащих
силиконы (строго соблюдать при производстве
и применении).
3.Турбинные
смазочные материалы.
Для газовых и паровых
турбин обычно в качестве смазочных
материалов применяются специальные
парафиновые минеральные масла.
Они служат для защиты подшипников
вала турбины и генератора, а также
коробки передач в соответствующих
конструкциях. Эти масла также
могут применяться в качестве
гидравлической жидкости в системах
управления и безопасности. В гидравлических
системах, эксплуатируемых под давлением
около 40 атм (если имеются раздельные контуры
для смазочного масла и масла для регулирования,
так называемые спиральные контурные
системы) обычно применяются огнестойкие
синтетические жидкости типа HDF-R . В 2001 г.
был пересмотрен DIN 51 515 под названием «Смазочные
и управляющие жидкости для турбин» (часть
1-L-TD официальный сервис, спецификации),
а новые так называемые высокотемпературные
турбинные масла описаны в DIN 1515, часть 2
(часть 2-L-TG смазочные материалы и управляющие
жидкости для турбин - для высокотемпературных
условий эксплуатации, спецификации).
Следующий стандарт - ISO 6743, часть 5, семейство Т (турбины),
классификация турбинных масел; последний
вариант стандарта DIN 51 515, опубликованный
в 2001/2004 гг., содержит классификацию турбинных
масел, которая приведена в табл. 1.
Таблица
1. DIN 51515 классификация турбинных
масел.
Требования,
выдвигаемые в DIN 51 515-1 - масла для паровых
турбин и DIN 51 515-2 - высокотемпературные
турбинные масла, приведены в табл. 2 .
Таблица
2. Высокотемпературные турбинные
масла.
| Испытания |
Предельные
значения |
Сопоставимы
с ISO* стандартами |
|||||||||
| Группа
смазочных масел |
TD32 |
TD46 |
TD68 |
TD 100 |
|||||||
| Класс
вязкости по ISO1) |
ISO VG32 |
ISO VG46 |
ISO VG 68 |
ISO VG100 |
DIN 51 519 |
ISO 3448 |
|||||
| Кинематическая
вязкость: при 40°С Минимальная, мм2/с Максимальная,
мм2/с |
DIN 51 562-1 или DIN51 562-2 или DIN EN ISO 3104 |
ISO 3104 |
|||||||||
|
41,441,4 |
90,0 110 |
||||||||||
| Температура
вспышки, минимальная, °С |
160 |
185 |
205 |
215 |
DIN ISO 2592 |
ISO 2592 |
|||||
| Деаэрационные
свойства при 50°С максимальные, мин. |
5 |
5 |
6 |
Не
нормируется |
DIN 51 381 |
_ |
|||||
| Плотность
при 15°С, максимальная, г/мл |
|
DIN 51 757 или DIN EN ISO 3675 |
ISO 3675 |
||||||||
| Температура
застывания, максимальная, °С |
?-6 |
?-6 |
?-6 |
?-6 |
DIN ISO 3016 |
ISO 3016 |
|||||
| Кислотное
число,мг КОН/г |
Должно
быть указано поставщиком |
DIN 51558,
часть 1 |
ISO 6618 |
||||||||
| Зольность
(оксидная зола) %масс. |
Должно
быть указано поставщиком |
DIN EN ISO 6245 |
ISO 6245 |
||||||||
| Содержание
воды, максимальное, мг/кг |
150 |
DIN 51 777-1 |
ISO/D1S 12
937 |
||||||||
| Уровень
чистоты, минимальный |
20/17/14 |
DIN ISO 5884с DIN
ISO 4406 |
ISO 5884
с ISO 4406 |
||||||||
| Водоотделение
(после обработки паром), максимальное,
с |
300 |
300 |
300 |
300 |
4 51 589,
часть 1 |
- |
|||||
| Медная
коррозия, максимальная Коррозионная
агрессивность (3 ч при 100°С) |
2-100 A3 |
DIN EN ISO 2160 |
ISO 2160 |
||||||||
| Защита
от коррозии стали, максимальная |
Отсутствие ржавчины |
DIN 51 585 |
ISO 7120 |
||||||||
| Стойкость
к окислению (TOST)3) Время в часах до достижения
дельта NZ 2,0 мг КОН/г |
2000 |
2000 |
1500 |
1000 |
DIN 51 587 |
ISO 4263 |
|||||
| Ступень
1 при 24°С, максимально, мл |
450/0 |
ISO 6247 |
|||||||||
| Ступень
II при 93°С, максимально, мл |
100/0 |
||||||||||
| Ступень
III при 24°С после 93°С, максимально, мл |
450/0 |
ISO 6247 |
|||||||||
*) Международная организация стандартизации
1)Средняя вязкость при 40 °С в мм2/с.
2) Образец масла должен храниться без контакта со светом перед испытанием.
3) Испытание на стойкость к окислению должно проводиться по типовой методике, в связи с продолжительностью испытания.
4) Температура испытания составляет 25 °С и должна быть указана поставщиком, если потребителю нужны значения при низких температурах.
Приложение А (нормативное) для турбинных масел с противозадирными присадками. Если поставщик турбинного масла также поставляет набор турбинных зубчатых передач, то масло должно выдерживать минимум восьмую ступень нагрузки по DIN 51 345, часть 1 и часть 2 (FZG).
Рис.3
Принцип работы газовой турбины.
Атмосферный
воздух поступает в воздухозаборник
1 через систему фильтров и подается
на вход многоступенчатого осевого
компрессора 2. Компрессор сжимает атмосферный
воздух, и подает его под высоким
давлением в камеру сгорания 3 , куда
через форсунки подается и определенное
количество газового топлива. Воздух и
топливо перемешиваются и воспламеняются.
Топливовоздушная смесь сгорает, выделяя
большое количество энергии. Энергия
газообразных продуктов сгорания преобразуется
в механическую работу за счёт вращения
струями раскаленного газа лопаток
турбины 4. Часть полученной энергии
расходуется на сжатие воздуха в
компрессоре 2 турбины. Остальная часть
работы передаётся на электрический
генератор через ось привода 7.
Эта работа является полезной работой
газовой турбины. Продукты сгорания,
которые имеют температуру порядка
500-550 °С, выводятся через выхлопной тракт
5 и диффузор турбины 6, и могут быть далее
использованы, например, в теплоутилизаторе,
для получения тепловой энергии.
Таблица
3. ISO 6743-5 Классификация турбинных смазочных
масел в сочетании с ISO/CD 8068
Рис.
4 Турбины компании «Siemens».
Спецификация
согласно ISO 6743-5 и в соответствии с ISO CD 8086
«Смазочные материалы. Индустриальные
масла и родственные им продукты (класс L)-
Семейство T (турбинные масла), ISO-L-Т все еще
находится в стадии рассмотрения»(2003).
4.Мониторинг
и техническое обслуживание турбинных
масел.
В нормальных
условиях вполне достаточно производить
мониторинг масла с интервалом в
1 год. Как правило, эта процедура осуществляется
в лабораториях производителя. Кроме того,
необходима еженедельная визуальная проверка
для своевременного обнаружения и удаления
загрязняющих масло примесей. Наиболее
надежным методом является фильтрование
масла с помощью центрифуги в байпасном
контуре. При эксплуатации турбины следует
учитывать загрязнение окружающего турбину
воздуха газами и другими частицами. Такой
метод, как подпитка утраченного масла
(освежение уровней содержания присадок),
заслуживает внимания. Фильтры, сита, а
также такие параметры, как температура
и уровень масла, должны проверяться регулярно.
В случае продолжительного простоя (более
двух месяцев) масло следует ежедневно
рециркулировать, а также регулярно проверять
содержание воды в нем.
Контроль
отработанных:
- огнестойких
жидкостей в турбинах;
- отработанных
смазочных масел в турбинах;
- отработанных
масел в турбинах, осуществляют
в лаборатории поставщика масла.
5.Срок службы масел
для паровых турбин.
Обычный
срок службы паровых турбин составляет
100 000 ч. Однако уровень антиоксиданта
снижается до 20-40% от уровня в свежем
масле (окисление, старение). Срок жизни
турбины в значительной степени
зависит от качества турбинного базового
масла, условий эксплуатации - температуры
и давления, скоости циркуляции масла,
фильтрации и качества технического обслуживания
и, наконец, от количеств подпитанного
свежего масла (это помогает поддерживать
адекватные уровни присадок). Температура
масла в турбине зависит от нагрузки на
подшипники, размеров подшипников и скорости
течения масла. Радиационная теплота может
также быть важным параметром. Фактор
циркуляции масла, т. е. отношение между
объемом потока h-1 и объемом емкости с маслом,
должен быть в пределах от 8 до 12 ч-1. Такой
относительно низкий фактор циркуляции
масла обеспечивает эффективное разделение
газообразных, жидких и твердых загрязнителей,
тогда как воздух и другие газы могут быть
выпущены в атмосферу. Кроме того, низкие
факторы циркуляции снижают термические
нагрузки на масло (в минеральных маслах
скорость окисления увеличивается вдвое
при повышении температуры на 8-10 К). Во
время эксплуатации турбинные масла подвергаются
значительному обогащению кислородом.
Турбинные смазочные материалы испытывают
воздействие воздуха в ряде точек вокруг
турбины. Температуры подшипников могут
контролироваться с помощью термоэлементов.
Они очень высоки и могут достигать 100
°С, а в смазочном зазоре даже выше. Температура
подшипников может достигать 200 °С при
локальном перегреве. Такие условия могут
встречаться только в больших объемах
масла и при высокой скорости циркуляции.
Температура масла, сливаемого с подшипников
скольжения, обычно находится в пределах
70-75 °С, а температура масла в баке может
достигать 60-65 °С в зависимости от фактора
циркуляции масла. Масло остается в баке
в течение 5-8 мин. За это время воздух,
увлеченный потоком масла, деаэрируется,
твердые загрязнители выпадают в осадок
и их выделяют. Если температура в баке
выше, то компоненты присадок с более высоким
давлением насыщенных паров могут испариться.
Проблема испарения усложняется при установке
устройств экстракции паров. Максимальная
температура подшипников скольжения ограничивается
пороговыми температурами вкладышей подшипников
из белого металла. Эти температуры составляют
около 120 °С. В настоящее время разрабатывают
вкладыш подшипников из металлов, менее
чувствительных к высоким температурам.
6.Масла для газовых
турбин – применение и требование.
Газотурбинные
масла применяются в стационарных
турбинах, используемых для выработки
электроэнергии или тепловой энергии.
Компрессорные воздуховки нагнетают
давление газа, который подается в камеры
сгорания, до 30 атм. Температуры сгорания
зависят от типа турбины и могут достигать
1000 °С (обычно 800-900 °С). Температуры выхлопных
газов обычно колеблются около 400-500 °С.
Газовые турбины с мощностью до 250 МВт
применяются в городских и пригородных
системах парового отопления, в бумагоделательной
и химической промышленности. Преимущества
газовых турбин заключаются в их компактности,
быстроте запуска (<10 минут), атакже в
малом расходе масла и воды. Масла для
паровых турбин на базе минеральных масел
применяются для обычных газовых турбин.
Однако следует помнить о том, что температура
некоторых подшипников в газовых турбинах
выше, чем в паровых турбинах, поэтому
возможно преждевременное старение масла.
Кроме того, вокруг некоторых подшипников
могут образовываться «горячие участки»,
где локальные температуры достигают
200-280 °С, при этом температура масла в
баке сохраняется на уровне порядка 70-90
°С (горячий воздух и горячие газы могут
ускорить процесс старения масла). Температура
масла, поступающего в подшипник, чаще
всего бывает в пределах 50- 55 °С, а температура
на выходе из подшипника достигает 70-75
°С. В связи с тем, что объем газотурбинных
масел обычно меньше, чем объем масел в
паровых турбинах, а скорость циркуляции
выше, их срок службы несколько короче.
Объем масла для электрогенератора мощностью
40-60 МВт («General Electric») составляет приблизительно
600-700 л, а срок службы масла - 20 000-30 000 ч.
Для этих областей применения рекомендуются
полусинтетические турбинные масла (специально
гидроочищенные базовые масла) - так называемые
масла группы III - или полностью синтетические
масла на базе синтетических ПАО. В гражданской
и военной авиации газовые турбины применяются
в качестве тяговых двигателей. Так как
в этих турбинах температура очень высокая,
для их смазки применяют специальные маловязкие
(ISO VG10, 22) синтетические масла на базе насыщенных
сложных эфиров (например, масла на базе
сложных эфиров полиолов). Эти синтетические
сложные эфиры, применяемые для смазки
авиационных двигателей или турбин, имеют
высокий индекс вязкости, хорошую термическую
стойкость, окислительную стабильность
и превосходные низкотемпературные характеристики.
Некоторые из этих масел содержат присадки.
Их температура застывания находится
в пределах от -50 до -60 °С. И, наконец,
эти масла должны отвечать всем требованиям
военных и гражданских спецификаций на
масла для авиационных двигателей. Смазочные
масла для турбин самолетов в некоторых
случаях могут также применяться для смазки
вертолетных, судовых, стационарных и
индустриальных турбин. Применяются также
авиационные турбинные масла, содержащие
специальные нафтеновые базовые масла
(ISO VG 15-32) с хорошими низкотемпературными
характеристиками.
Рис. 5 Газовая турбина компании « General Elektrik» отправляется заказчику.
Заключение.
Турбинные масла предназначены
для смазывания и охлаждения подшипников
различных турбоагрегатов: паровых
и газовых турбин, гидротурбин, турбокомпрессорных
машин. Эти же масла используют в
качестве рабочих жидкостей в
системах регулирования турбоагрегатов,
а также в циркуляционных и
гидравлических системах различных
промышленных механизмов.Несмотря на
различия в условиях применения автомобильные
и авиационные бензины характеризуются
в основном общими показателями качества,
определяющими их физико-химические и
эксплуатационные свойства.
Турбинные
масла должны обладать хорошей стабильностью
против окисления, не выделять при длительной
работе осадков, не образовывать стойкой
эмульсии с водой, которая может проникать
в смазочную систему при эксплуатации,
защищать поверхность стальных деталей
от коррозионного воздействия. Перечисленные
эксплуатационные свойства достигаются
использованием высококачественных нефтей,
применением глубокой очистки при переработке
и введением композиций присадок, улучшающих
антиокислительные, деэмульгирующие,
антикоррозионные, а в некоторых случаях
противоизносные свойства масел.
Согласно правилам технической
эксплуатации электрических станций
и сетей Российской Федерации (РД
34.20.501-95 РАО "ЕЭС России") нефтяное
турбинное масло в паровых
турбинах, питательных электро- и
турбонасосах должно удовлетворять
следующим нормам: кислотное число
не более 0,3 мг КОН/г; отсутствие воды, видимого
шлама и механических примесей; отсутствие
растворенного шлама; показатели масла
после окисления по методу ГОСТ 981-75:
кислотное число не более 0,8 мг КОН/г,
массовая доля осадка не более 0,15 %.
В то же время согласно инструкции
по эксплуатации нефтяных
турбинных масел (РД 34.43.102-96 РАО "ЕЭС России"),
применя
и т.д.................