運(yùn)行抗燃油酸值及電阻率超標(biāo)原因分析及治理

汪 艷 張 國(guó)

江蘇闞山發(fā)電有限公司

抗燃油是一種人工合成的化學(xué)物質(zhì)，學(xué)名三芳基膦酸酯，因其自燃點(diǎn)遠(yuǎn)高于礦物型汽輪機(jī)油，具有遇明火不易燃燒以及即便燃燒但不傳播火焰的性質(zhì)，因此廣泛用于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)及保安系統(tǒng)。然而，抗燃油的氧化安定性及水解安定性相對(duì)較差，即受系統(tǒng)及環(huán)境工況（如溫度、氧氣、水分、輻射、外界污染等）影響，抗燃油極易發(fā)生劣化變質(zhì)，從而表現(xiàn)出某一（些）指標(biāo)變化，例如酸值升高、電阻率降低、水分增大、顆粒度超標(biāo)等等。如若不及時(shí)采取有效措施恢復(fù)、清潔油質(zhì)，則油質(zhì)劣化后產(chǎn)生的極性劣化產(chǎn)物會(huì)加速、催化運(yùn)行油的進(jìn)一步劣化乃至老化。同時(shí)，油質(zhì)劣化后還很有可能會(huì)引起發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生故障，例如伺服閥的腐蝕、泄漏、卡澀、動(dòng)作失靈等等。因此，油質(zhì)問題與發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性以及經(jīng)濟(jì)性息息相關(guān)，為防止因油質(zhì)劣化對(duì)機(jī)組的安全和運(yùn)行效率產(chǎn)生不利影響，必須嚴(yán)格做好油質(zhì)的監(jiān)督及維護(hù)工作，對(duì)劣化油加以有效手段恢復(fù)其性能指標(biāo)，確保油質(zhì)及機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行。

系統(tǒng)運(yùn)行工況概述

某廠#1、#2 汽輪發(fā)電機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠引進(jìn)技術(shù)制造的超超臨界凝汽式機(jī)組，于2011年1月通過168h 試運(yùn)投入生產(chǎn)。主機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)使用美國(guó)科聚亞公司生產(chǎn)的46 號(hào)磷酸酯高壓抗燃油，正常狀況下抗燃油系統(tǒng)工作壓力為14±0.5MPa，油箱油溫控制溫度為37℃～55℃，抗燃油旁路再生裝置為機(jī)組配套的國(guó)產(chǎn)樹脂濾芯。自投產(chǎn)以來，兩臺(tái)機(jī)組抗燃油的酸值和電阻率長(zhǎng)期超標(biāo)，并且顏色為深棕色不透明狀。2013年4月油質(zhì)分析報(bào)告顯示：2#機(jī)抗燃油的酸值已高達(dá)0.46mgKOH/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出運(yùn)行油的標(biāo)準(zhǔn)要求，此外，電阻率和泡沫特性也超標(biāo)，說明該油已經(jīng)嚴(yán)重劣化變質(zhì)。

表1 油質(zhì)分析報(bào)告

抗燃油酸值及電阻率超標(biāo)的危害

酸值是反映抗燃油劣化變質(zhì)程度的一項(xiàng)重要化學(xué)性能指標(biāo)?？谷加退嶂瞪哒f明油劣化（水解、氧化）產(chǎn)生了酸性物質(zhì)，而這些酸性物質(zhì)就像催化劑一樣，可加速抗燃油的進(jìn)一步劣化。運(yùn)行抗燃油酸值控制在小于0.15mgKOH/g 的范圍內(nèi)，一般來說運(yùn)行機(jī)組油酸值大于0.1mgKOH/g 以上油質(zhì)就會(huì)加速劣化，因此需將運(yùn)行抗燃油的酸值盡可能控制在較低的、合理的范圍內(nèi)，從而減緩抗燃油自然劣化分解速度。酸值高的油有腐蝕性，由于汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)部件均采用不銹鋼材料，所以主要問題不是酸腐蝕，而是酸值升高，表明油已劣化變質(zhì)，油中這些劣化產(chǎn)物會(huì)嚴(yán)重影響抗燃油的電阻率、泡沫特性、顆粒度、空氣釋放值、閃點(diǎn)等性能指標(biāo)。

抗燃油的電阻率是非常重要的電化學(xué)性能指標(biāo)，如果運(yùn)行中的抗燃油電阻率低于6.0×109Ω·cm，極有可能導(dǎo)致調(diào)速系統(tǒng)部件產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，特別是在伺服閥內(nèi)部油流形態(tài)及流速的變化，極易導(dǎo)致伺服閥發(fā)生腐蝕。電阻率值越低，電化學(xué)腐蝕就會(huì)越嚴(yán)重。調(diào)速系統(tǒng)部件電化學(xué)腐蝕是一種不可修復(fù)的損壞，其結(jié)果是需要頻繁更換被腐蝕損壞的無法滿足性能要求的部件。如果機(jī)組運(yùn)行中不能及時(shí)更換這些損壞了的部件（伺服閥），機(jī)組的保護(hù)、調(diào)節(jié)性能就會(huì)受到影響，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來隱患，嚴(yán)重時(shí)將危及機(jī)組設(shè)備安全。

抗燃油酸值及電阻率超標(biāo)原因分析

根據(jù)磷酸酯抗燃油的劣化機(jī)理，并結(jié)合該廠調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)實(shí)際布置情況，對(duì)兩臺(tái)機(jī)組抗燃油酸值及電阻率的超標(biāo)原因進(jìn)行如下分析。

1）兩臺(tái)機(jī)組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)抗燃油在日常維護(hù)中，其水分含量控制的較為嚴(yán)格，基本處于300～600mg/L 的水平，且抗燃油油箱頂部呼吸器內(nèi)的干燥器一直處于生效狀態(tài)（內(nèi)裝變色硅膠，正常時(shí)呈藍(lán)色，可吸附空氣中的水氣，避免其進(jìn)入抗燃油；當(dāng)水氣吸附飽和后呈粉紅色，表明失效，需更換），因此，因水分大導(dǎo)致抗燃油發(fā)生水解反應(yīng)從而造成酸值升高、電阻率降低的可能性基本可以排除。

2）DL/T 571-2007《電廠用磷酸酯抗燃油運(yùn)行與維護(hù)導(dǎo)則》中指出：抗燃油溫度需控制在35℃～55℃的范圍內(nèi)。該廠兩臺(tái)機(jī)組抗燃油油箱溫度分別為：1#機(jī)49.9℃，2#機(jī)49.5℃。除此之外，對(duì)汽缸兩側(cè)的回油管、壓力油管、保安油、油缸等部位用紅外測(cè)溫儀進(jìn)行仔細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)局部過熱點(diǎn)，但離汽缸距離較近的個(gè)別油動(dòng)機(jī)部位油溫接近70℃，處于偏高水平。由此分析，受溫度影響，抗燃油可能發(fā)生了一定程度的氧化反應(yīng)，從而造成其酸值及電阻率超標(biāo)。

表2 現(xiàn)場(chǎng)處理后油質(zhì)分析報(bào)告

3）該廠在新油入廠驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行了嚴(yán)格的、周詳?shù)挠唾|(zhì)檢驗(yàn)工作，嚴(yán)把新油入廠質(zhì)量驗(yàn)收關(guān)，避免“二手油”等質(zhì)量差的油品流入。同時(shí)，在機(jī)組油位低需要補(bǔ)油前，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混油試驗(yàn)，試驗(yàn)通過后再行補(bǔ)油。另外，機(jī)組檢修時(shí)涉及使用含氯洗滌劑清洗系統(tǒng)時(shí)，之后均用質(zhì)量合格的運(yùn)行油對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)沖洗，不會(huì)造成洗滌劑殘留對(duì)油品的極性污染。以上均說明，運(yùn)行油未受到補(bǔ)油、混油或外界污染。

4）該廠一直使用基建時(shí)機(jī)組配套的國(guó)產(chǎn)樹脂濾芯用于抗燃油的維護(hù)。機(jī)組投運(yùn)初期，該濾芯能夠控制抗燃油的酸值及電阻率在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間以及油品使用時(shí)間的延長(zhǎng)，油質(zhì)發(fā)生深度劣化變質(zhì)，當(dāng)酸值升高及電阻率降低幅度較大后，即便頻繁更換該樹脂濾芯，也未能有效將抗燃油的指標(biāo)控制合格。后期化驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：兩臺(tái)機(jī)抗燃油酸值從剛超出標(biāo)準(zhǔn)要求到一直不斷升高，目前達(dá)到0.46mgKOH/g，電阻率也一直呈下降趨勢(shì)，目前降至2.7×109Ω·cm 的水平。因此，油質(zhì)劣化后，該樹脂濾芯無法有效恢復(fù)抗燃油性能指標(biāo)，這應(yīng)該是造成酸值和電阻率較差的主要原因。

治理措施

抗燃油再生原理

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于抗燃油的再生處理所用濾芯基本可以分為以下幾種：硅藻土濾芯、活性（改性）氧化鋁濾芯、樹脂濾芯、強(qiáng)極性分子吸附劑濾芯。前兩者的原理都是依靠硅藻土或氧化鋁的吸附作用將油中的酸性成分和極性雜質(zhì)除去，從而達(dá)到降低酸值和提高電阻率的目的。實(shí)踐證明：抗燃油再生裝置長(zhǎng)期使用硅藻土濾芯及改性氧化鋁濾芯時(shí)，當(dāng)濾芯失效后會(huì)不同程度地釋放顆粒物質(zhì)、金屬離子或水分，污染抗燃油。對(duì)于離子交換樹脂濾芯，目前較多電廠都在使用，然而其使用過程中會(huì)帶來陰、陽離子結(jié)合形成水造成抗燃油水分超標(biāo)的情況，因此具有一定副作用。對(duì)于強(qiáng)極性分子吸附劑濾芯而言，該濾芯中的吸附劑具有孔徑小、比表面積大、極性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以大量、快速、選擇性地吸附去除油中的全部極性化合物，即油的劣化產(chǎn)物。這些極性化合物不僅包括酸性化合物，還包括發(fā)色物質(zhì)分子、表面活性物質(zhì)等非酸性化合物，因此強(qiáng)極性分子吸附劑濾芯對(duì)改善抗燃油顏色、酸值、電阻率、去除油泥等理論上應(yīng)該具有良好的效果。

現(xiàn)場(chǎng)處理情況

結(jié)合#1、#2 機(jī)抗燃油酸值及電阻率的超標(biāo)原因，為提高抗燃油再生濾芯吸附效果，選用了強(qiáng)極性分子吸附劑再生濾芯對(duì)油質(zhì)進(jìn)行再生。2013年6月，利用檢修機(jī)會(huì)將#2 機(jī)抗燃油再生裝置中的國(guó)產(chǎn)樹脂濾芯更換為強(qiáng)極性分子吸附劑再生濾芯，濾芯更換后對(duì)#2 機(jī)抗燃油進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，結(jié)果見表2。

由表2 可以看出：

1）強(qiáng)極性分子吸附劑再生濾芯能有效去除影響體積電阻率的所有極性劣化產(chǎn)物，可快速、大幅度地提高抗燃油的電阻率。更換強(qiáng)極性分子吸附劑再生濾芯后第4天，電阻率就由現(xiàn)場(chǎng)處理前的2.7×109Ω·cm 提升至8.89×109Ω·cm，第八天提升至4.57×1010Ω·cm，達(dá)到新油標(biāo)準(zhǔn)，之后保持穩(wěn)定。

2）強(qiáng)極性分子吸附劑再生濾芯可快速有效地解決抗燃油的酸值超標(biāo)問題。現(xiàn)場(chǎng)處理前2#機(jī)酸值達(dá)到0.46mgKOH/g，油泥析出嚴(yán)重，油的顏色發(fā)黑。再生處理一周后，運(yùn)行油顏色明顯改觀，由黑色不透明狀變?yōu)樽厣该鳡?，油泥析出量明顯減少。但由于前期酸值超標(biāo)嚴(yán)重，故后期酸值處理效果相對(duì)較為平緩。第19 天內(nèi)將酸值降低至0.119mgKOH/g，達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

3）強(qiáng)極性分子吸附劑再生濾芯能解決抗燃油顏色變深問題，能有效去除油中的極性發(fā)色物質(zhì)分子，使油的顏色明顯變淺。

4）經(jīng)強(qiáng)極性分子吸附劑再生濾芯處理后，抗燃油的水分、顆粒度穩(wěn)定，不產(chǎn)生對(duì)抗燃油有害的金屬鹽類物質(zhì)及其他副反應(yīng)。

5）對(duì)于后期酸值、電阻率檢測(cè)結(jié)果的波動(dòng)，分析為取樣位置及試驗(yàn)誤差所致。

結(jié)語

1）某廠抗燃油投產(chǎn)后一直采用基建時(shí)機(jī)組配套的國(guó)產(chǎn)樹脂濾芯用于抗燃油的維護(hù)，該維護(hù)手段落后，致使兩臺(tái)機(jī)組抗燃油的酸值和電阻率均超標(biāo)，且油的顏色很深，油質(zhì)劣化嚴(yán)重。

2）抗燃油系統(tǒng)中個(gè)別部位運(yùn)行溫度偏高也是造成油質(zhì)劣化的一個(gè)原因。

3）通過使用強(qiáng)極性分子吸附劑再生濾芯替代國(guó)產(chǎn)樹脂濾芯對(duì)#1、#2 機(jī)抗燃油進(jìn)行在線再生處理后，徹底恢復(fù)了油質(zhì)的性能指標(biāo)，取得了滿意的處理效果。

4）建議新建機(jī)組在基建時(shí)抗燃油再生裝置配套強(qiáng)極性分子吸附劑再生濾芯，以保持運(yùn)行過程中油質(zhì)穩(wěn)定。