Теплоэнергетика, 2022, № 8, стр. 31-38

За последние годы были внесены изменения в методики определения показателей качества огнестойких жидкостей. В 2018 г. был переиздан ГОСТ [1] и веден ГОСТ [2]. Кроме того, в ноябре 2019 г. производитель паровых турбин ПАО “Силовые машины” в Информационном письме [3] сообщил о дополнительных требованиях к следующим показателям качества свежих и находящихся в эксплуатации огнестойких масел:

склонность к пенообразованию;

время деаэрации;

гидролитическая стабильность;

стабильность к окислению, кислотное число;

потенциал лакообразования;

испытание на воспламенение в коллекторе.

В табл. 1 приведены требования к показателям качества масел, находящихся в эксплуатации [4].

В целях корректировки локальных нормативных документов генерирующих компаний в 2017–2018 гг. в НИУ МЭИ совместно с ПАО “Мосэнерго” были проведены научно-исследовательские работы, посвященные разработке технических требований и рекомендаций к производству смазочных материалов (турбинного масла и пр.) на отечественных предприятиях для замещения импортных масел, используемых на объектах ПАО “Мосэнерго”. Результатом исследований стал регламент требований к качеству новых турбинных масел при организации их применения в оборудовании филиалов ПАО “Мосэнерго”. В этих требованиях определены мероприятия, направленные на выбор наиболее надежных турбинных и гидравлических масел для оборудования электрических станций ПАО “Мосэнерго”. Регламент распространяется на турбинные и другие смазочные масла классов вязкости 32 и 46, применяемые в тепломеханическом оборудовании электрических станций ПАО “Мосэнерго”, и может быть использован в компаниях, входящих в группу ООО “Газпром энергохолдинг”, а также других заинтересованных генерирующих компаниях.

В табл. 2 приведены нормируемые показатели качества турбинных масел Reolube OMTI и Fyrquel L [9].

Далее рассматриваются вопросы применения огнестойких масел в системах регулирования паровых турбин (ПТ) на ТЭС-А и ТЭС-Б, расположенных в центральной части России, и на ТЭС-В и ТЭС-Г в южной части России.

В 2008 г. в систему регулирования паровой турбины ПТ-1 ТЭС-А залили огнестойкое масло марки Fyrquel L, показатели качества которого соответствовали нормативным значениям [9]. В течение 5 лет эксплуатации при однократной полной замене масла наблюдалось изменение значений показателей качества с превышением нормативного времени деаэрации (рис. 1). Значения остальных показателей оставались в пределах нормативных. В 2013 г. в период капитального ремонта, несмотря на отсутствие превышения нормы по кислотному числу, которое является браковочным показателем согласно [10], была выполнена промывка маслосистемы регулирования с полной заменой масла на аналогичное масло марки Fyrquel L. В 2015 и 2017 гг. выполняли частичные замены масла (на 15–20% общего объема в течение одной замены).

Рис. 1.

Кислотное число (а), содержание водорастворимых кислот (б), класс промышленной чистоты (в), время деаэрации (г) масел в системе регулирования ПТ-1 на ТЭС-А. 1 – Fyrquel L; 2 – Reolube OMTI; 3 – замена масла; 4 – [9]; 5 – [12]

В апреле 2018 г. в период капитального ремонта в связи с превышением кислотным числом нормируемого значения была проведена полная замена на масло марки Reolube OMTI-32. Промывку маслосистемы осуществляли в интенсивном режиме с применением дополнительных средств, способствующих уменьшению количества масла, остающегося в системе от предыдущей заливки. После капитального ремонта показатели качества масла соответствовали нормативным значениям.

В 2007 г. в систему регулирования паровой турбины ПТ-1 ТЭС-Б было залито огнестойкое масло марки Reolube OMTI-32, показатели качества которого соответствовали нормативным значениям. В течение 4 лет эксплуатации наблюдалось повышение кислотного числа до 0.99 мг КОН/г и содержания водорастворимых кислот до 0.47 мг КОН/г (рис. 2). Остальные показатели оставались в пределах нормативных. В 2011 г. в период капитального ремонта в связи с превышением кислотным числом нормативного значения была проведена полная замена масла на аналогичное масло марки Reolube OMTI-32. Качество свежего масла соответствовало нормативному по всем основным показателям. По итогам следующей четырехлетней эксплуатации динамика изменения основных эксплуатационных показателей была даже хуже, чем в предыдущий период.

Рис. 2.

Кислотное число (а), содержание водорастворимых кислот (б), класс промышленной чистоты (в), время деаэрации (г) масел в системе регулирования ПТ-1 на ТЭС-Б. 6 – [4]. Остальные обозначения см. рис. 1

В 2016 г. при капитальном ремонте была проведена полная замена на масло марки Reolube OMTI-32. Через 3.5 года эксплуатации кислотное число достигло предельных допустимых значений. В июле 2020 г. была выполнена очистка масла на очистительной установке, оснащенной ионообменными фильтрами, что позволило снизить кислотное число до 0.752 мг КОН/г, время деаэрации изменилось до 526 с. При этом потенциал лакообразования снизился незначительно – до 74.2.

В 2008 г. в систему регулирования паровой турбины ПТ-2 ТЭС-Б было залито огнестойкое масло марки Fyrquel L, показатели качества которого соответствовали нормативным значениям. В течение 4 лет эксплуатации наблюдалось повышение кислотного числа до 1.0 мг КОН/г (рис. 3). Значения остальных показателей оставались в пределах нормативных. В 2012 г. в период капитального ремонта в связи с превышением нормы по кислотному числу была проведена полная замена масла на огнестойкое масло марки Fyrquel L, качество которого соответствовало нормативным требованиям.

Рис. 3.

Кислотное число (а), содержание водорастворимых кислот (б), класс промышленной чистоты (в), время деаэрации (г) масел в системе регулирования ПТ-2 на ТЭС-Б. Обозначения см. рис. 1

В 2017 г. в период капитального ремонта в связи с превышением нормативных значений по всем показателям была проведена полная замена на масло Reolube OMTI-32. По состоянию на октябрь 2020 г. продолжительность эксплуатации масла Reolube OMT-32 составляла 4 года 2 месяца. К этому сроку время деаэрации достигло 996 с, потенциал лакообразования составлял 85.1. Значения остальных показателей соответствовали нормативным.

В 2019 г. в системы регулирования паровых турбин ПТ-1, ПТ-2 ТЭС-В и ПТ-1, ПТ-2 ТЭС-Г было залито отечественное огнестойкое масло Reolube OMTI-32, показатели качества которого при эксплуатации в течение 1.5 года приведены в табл. 3.

Вопросы эксплуатации огнестойких жидкостей к настоящему времени во многом являются предметом обсуждения в научной среде, и эксплуатирующие компании не имеют четких указаний по осуществлению контроля их качества (за исключением информации, опубликованной в [10]). Отсутствие нормативных документов, обязательных для применения, в этой области может привести к возникновению аварийных ситуаций и повреждению оборудования. Выполнение новых требований изготовителей турбин по контролю показателей качества свежих огнестойких жидкостей (ОЖ) [4] (например, потенциала лакообразования) зачастую не обеспечивается их производителями. В связи с возможностью локальных перегревов масла в маслоохладителях целесообразно контролировать дополнительные показатели качества свежего масла.

В последние годы активно развивается технология производства ОЖ на основе бутилированных фенилфосфатов. Их свойства отличаются от свойств ОЖ, изготовленных на основе триксиленилфосфатов, что требует разработки нормативных документов по применению и контролю качества новых ОЖ в турбомашиностроении. Основные эксплуатационные характеристики качества жидкостей на основе бутилфенилфосфатов немного отличаются от характеристик жидкостей, произведенных на основе триксиленилфосфатов (более высокие начальное время деаэрации, пенообразование и т.д.). Существенно лучшие характеристики таких жидкостей по токсичности, с учетом современного развития химической индустрии, могут вывести их в будущем на первый план среди эксплуатационных жидкостей в системах автоматического регулирования паровых турбин. Это вызывает необходимость разработки новых нормативных документов по применению и контролю качества ОЖ на основе бутилфенилфосфатов.

Ухудшение качества ОЖ происходит вследствие гидролиза и естественного термоокислительного старения, интенсивность которого зависит от условий эксплуатации и начального качества этих жидкостей. Процесс ускоряется при наличии воды и повышении температуры, времени воздействия высоких температур, присутствия влаги и металлических катализаторов (в первую очередь меди). Приведенные ранее данные по применению ОЖ разных марок (Reolube, Fyrquel) в различных энергосистемах России, а также данные, опубликованные в [11], позволяют выполнить анализ динамики ухудшения основных показателей их качества. В среднем через 4 года интенсивной эксплуатации наблюдается характерное резкое повышение кислотного числа. Таким образом, в эксплуатирующих организациях необходимо особое внимание обращать на обеспечение обязательных и факультативных нормативных требований, предъявляемых к огнестойким жидкостям [4].

Можно выделить следующие наиболее значимые факторы, влияющие на продление эксплуатационного ресурса огнестойких жидкостей:

условия хранения свежего и эксплуатационного масла;

поддержание оптимального режима эксплуатации;

регулярное использование маслоочистительных установок, которые должны обеспечивать удаление влаги, механических примесей, воздуха, шлама и продуктов деградации масла, т.е. комплексную очистку эксплуатационного масла от загрязнений;

необходимость регулярного мониторинга качества эксплуатационного масла с начала заливки свежего масла (определение влагосодержания, кислотного числа, содержания воды, времени деаэрации и дополнительных показателей качества).

Контроль за недавно введенными ПАО “Силовые машины” показателями качества ОЖ должен быть обеспечен приборами, внесенными в Госреестр средств измерений и аттестованными в установленном порядке.

Продолжительность службы ОЖ на обследованных объектах составляет в среднем 4 года. В то же время он не соответствует нормативным срокам, декларируемым основными производителями огнестойких жидкостей, и зависит от многих факторов, в том числе от изначального качества продукта. На исследуемых объектах контролируются разные наборы параметров (например, на ТЭС-В и ТЭС-Г не контролируются класс промышленной чистоты, содержание водорастворимых кислот и потенциал лакообразования). На ТЭС-А и ТЭС-Б отсутствует регулярный контроль содержания воды в ОЖ. Указанные факты позволяют судить о разрозненности нормативной базы в энергетике, в частности в исследуемой области знаний. Отсутствие единых требований по обязательным для контроля показателям может приводить к повышению аварийности и увеличению эксплуатационных расходов.

В соответствии с [3] критериями превышения нормативных значений эксплуатационных ОЖ являются склонность к пенообразованию, время деаэрации, способность отделяться от воды и потенциал лакообразования. Но согласно [10] единственным критерием отбраковки для огнестойких масел является кислотное число. В данном случае в эксплуатирующих организациях возникает неопределенность по продолжительности эксплуатации масла, в котором кислотное число превысило нормируемое значение. Руководитель организации должен принять решение либо об аварийном останове оборудования, либо о продолжении его работы до ближайшего планового останова. В инструкции по эксплуатации огнестойких турбинных масел [4] содержится требование о замене масла при невозможности восстановить его качество без останова турбоагрегата при отклонении выше нормы значения одного из нормируемых показателей. В соответствии с предложениями заводов ‒ изготовителей паровых турбин необходимо внести в инструкции по эксплуатации огнестойких турбинных масел в генерирующих компаниях корректировки контролируемых норм качества и определить (уточнить) перечень показателей, по которым можно отбраковывать масло в случае невозможности его очистки в условиях электростанции. Эффективные современные маслоочистительные установки позволяют значительно продлить срок службы ОЖ. Как подсказывает зарубежный опыт эксплуатации мощного паросилового оборудования, целесообразно и необходимо, чтобы маслоочистительное оборудование присутствовало в штатном составе турбоагрегатов. Нужно комплексное решение по качеству исходной ОЖ, подготовке маслосистем перед заливом масла, единым требованиям к эксплуатационным характеристикам при приеме и применении ОЖ, эффективной комплексной очистке огнестойких жидкостей и возможности восстановления качества отработанных огнестойких жидкостей.

Современные масла (и новые ОЖ) изготавливаются из различного сырья с применением разнообразных композиций (пакетов) присадок, поэтому актуальным становится не только выбор высококачественного масла, но и применение масел, совместимых при смешении.

Применение ОЖ разных зарубежных производителей и отсутствие нормативно-технической базы по организации контроля их качества не всегда позволяют руководству и обслуживающему персоналу ТЭС четко определять корректные сроки замены огнестойких жидкостей. Также актуальными становятся унификация применения, замещение импортных ОЖ отечественными аналогами, разработка и утверждение регламента контроля качества с использованием отечественных приборов и методик.