抗燃油泡沫特性和空氣釋放值超標(biāo)的解決措施

劉 芳

（天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司 天津薊縣）

一、泡沫特性空氣釋放值超標(biāo)情況

1.系統(tǒng)概述

隨著節(jié)能和環(huán)保的要求越來越高，高參數(shù)、大容量成為電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。通常來說，發(fā)電廠汽輪機(jī)調(diào)節(jié)油壓隨著機(jī)組功率的提高而增加，目前600 MW火電機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)節(jié)油壓可高達(dá)14 MPa，為防止高壓油泄漏釀成火災(zāi)，調(diào)速系統(tǒng)控制液已經(jīng)廣泛采用磷酸酯抗燃液壓油，簡稱抗燃油或EH油。如果抗燃油在使用中出現(xiàn)油質(zhì)劣化現(xiàn)象，就會(huì)影響其使用性能，威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。因此，加強(qiáng)對大型汽輪機(jī)組抗燃油油質(zhì)的監(jiān)督維護(hù)和管理工作具有重要的意義。

2×600 MW亞臨界火電機(jī)組抗燃油系統(tǒng)由2臺(tái)高壓油泵（1運(yùn)1備）、再生泵、冷卻泵、油箱、高低壓蓄能器、管路及控制模塊組成。采用美國阿克蘇公司生產(chǎn)的磷酸酯抗燃油，硅藻土濾芯旁路再生裝置，系統(tǒng)運(yùn)行油壓維持在14.5±0.5 MPa，油泵濾芯出口差壓≤0.55 MPa，運(yùn)行油溫38～55℃。

2.超標(biāo)情況

自2011年以來，運(yùn)行抗燃油逐漸出現(xiàn)泡沫特性、空氣釋放值兩項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)的情況。各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

表1 處理前運(yùn)行抗燃油各項(xiàng)指標(biāo)

運(yùn)行時(shí)，抗燃油泡沫特性達(dá)到620/542、480/10、429/410 mL/mL，空氣釋放值19 min，均遠(yuǎn)大于控制指標(biāo)。在故障排查期，檢修人員對抗燃油系統(tǒng)進(jìn)行了細(xì)致檢查，系統(tǒng)無明顯缺陷，旁路再生裝置處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，多次更換濾芯，并跟蹤取樣化驗(yàn)，指標(biāo)無明顯改善。油質(zhì)化驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)顯示，除泡沫特性和空氣釋放值外，其他指標(biāo)均合格，水分、酸值無明顯劣化。

二、泡沫特性、空氣釋放值超標(biāo)危害及其原因分析

1.泡沫特性、空氣釋放值超標(biāo)危害

泡沫特性用于評(píng)價(jià)磷酸酯抗燃油中形成泡沫的傾向及形成泡沫的穩(wěn)定性。泡沫特性超標(biāo)對機(jī)組安全運(yùn)行危害表現(xiàn)在：加速油的氧化與劣化；在高壓下氣泡破裂將引起調(diào)速系統(tǒng)振動(dòng)，損害原件壽命；氣泡進(jìn)入油泵會(huì)造成油泵的汽蝕；如果泡沫過多會(huì)造成虛假液位，甚至?xí)l(fā)生泡沫從油箱頂部呼吸口溢出的事故，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

空氣釋放值用來表示油中夾雜空氣的逸出能力。由于磷酸酯抗燃油系統(tǒng)運(yùn)行壓力較高（＞14 MPa），如果運(yùn)行油中夾帶有較多的空氣，會(huì)對油系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成較大危害。如，改變油的壓縮系數(shù)，會(huì)導(dǎo)致電液控制信號(hào)失準(zhǔn)，危及汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行；在高壓下，油中氣泡破裂，造成油系統(tǒng)壓力波動(dòng)，對油系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生影響；高壓下，氣泡破裂時(shí)在破裂區(qū)造成的高壓及氣體中的氧會(huì)使油發(fā)生氧化劣化。

2.原因分析

鑒于泡沫特性和空氣釋放值超標(biāo)對機(jī)組安全運(yùn)行的嚴(yán)重危害性，一旦超標(biāo)，必須盡快查明原因，采取有效措施解決，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。一般來說造成抗燃油泡沫特性超標(biāo)原因主要有：油老化或被污染；添加劑不合適，包括添加劑配比不當(dāng)，以及添加劑消耗殆盡等。

經(jīng)過相關(guān)專業(yè)人員結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，認(rèn)真研究分析，初步認(rèn)為，造成抗燃油泡沫特性和空氣釋放值超標(biāo)的原因主要有3個(gè)方面。

（1）油品老化。大型汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)廣泛使用磷酸酯抗燃油作為液壓工作介質(zhì)，運(yùn)行中的抗燃油由于受溫度、空氣、雜質(zhì)、水分及運(yùn)行工況的影響，難免老化劣化。由于油的老化、水解變質(zhì)或油被污染，以及運(yùn)行中可能引入含有鈣、鎂離子的化合物，鈣、鎂離子與油劣化產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物作用生成的皂化物會(huì)嚴(yán)重影響油的空氣釋放特性和泡沫特性。

（2）添加劑消耗?？谷加驮诔鰪S時(shí)都添加了適量的消泡劑，在運(yùn)行過程中，抗燃油中的消泡劑逐漸消耗損失，達(dá)不到較好的抗泡沫效果，導(dǎo)致泡沫特性超標(biāo)。

（3）旁路再生裝置處理效果不理想。自抗燃油泡沫特性和空氣釋放值持續(xù)不合格以來，檢修人員多次對旁路再生裝置濾芯進(jìn)行更換，效果并不明顯。從檢測結(jié)果來看，在線旁路再生裝置對于濾除抗燃油中可能造成泡沫特性和空氣釋放值增大的有害酸性產(chǎn)物、膠質(zhì)、水分及機(jī)械雜質(zhì)的能力下降。

三、措施

根據(jù)抗燃油運(yùn)行與維護(hù)導(dǎo)則，泡沫特性超標(biāo)的主要處理措施有：消除污染源；更換旁路再生裝置的再生濾芯或吸附劑；添加消泡劑；考慮換油。

空氣釋放值超標(biāo)的主要處理措施有更換旁路再生裝置的再生濾芯及吸附劑或換油。由于抗燃油價(jià)格昂貴，換油應(yīng)慎重，只有當(dāng)油質(zhì)嚴(yán)重劣化，不能滿足生產(chǎn)需要且再生成本較高時(shí)才換油。綜合考慮實(shí)際情況，技術(shù)人員主要從2個(gè)方面制定了處理措施。

（1）向運(yùn)行抗燃油中添加消泡劑。在添加前，對運(yùn)行抗燃油進(jìn)行添加消泡劑的感受性試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果配制母液，在運(yùn)行狀態(tài)下從油箱呼吸口加入。運(yùn)行一段時(shí)間后，母液中的消泡劑有效成分隨著油系統(tǒng)循環(huán)，均勻分布到抗燃油中，達(dá)到控制抗燃油泡沫特性的目的。但要注意的是，向運(yùn)行抗燃油中加添加劑時(shí)，應(yīng)做相應(yīng)的評(píng)價(jià)試驗(yàn)，并對油質(zhì)進(jìn)行全分析，添加劑不應(yīng)對油品的理化性能造成不良影響。

（2）加裝外置在線再生脫水裝置。添加消泡劑雖然能控制抗燃油泡沫的量，但并不能從根本上解決抗燃油產(chǎn)生泡沫的根源。因?yàn)槌Ｓ玫目古輨┦嵌谆栌?，這種抗泡劑并不能預(yù)防泡沫的產(chǎn)生，其主要作用是吸附在氣泡的表面，使泡沫膜局部表面張力下降，或者是浸入泡沫膜而使泡沫破裂。

經(jīng)調(diào)研，某熱工研究院生產(chǎn)的KZTZ-2抗燃油在線再生脫水裝置，對于濾除抗燃油中的油品老化劣化所產(chǎn)生的有害酸性產(chǎn)物、膠質(zhì)、水分及油中的機(jī)械雜質(zhì)等有明顯效果，可以間接改善抗燃油泡沫特性和空氣釋放值。在運(yùn)行中只要堅(jiān)持投入，對運(yùn)行中抗燃油進(jìn)行再生、脫水、凈化，并及時(shí)更換各部分濾元，能有效保持油品性能的長期穩(wěn)定，使油品性能指標(biāo)充分滿足調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行的要求。KZTZ-2裝置系統(tǒng)如圖1所示。

經(jīng)過以上處理措施，抗燃油各項(xiàng)指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)，泡沫特性和空氣釋放值兩項(xiàng)指標(biāo)均降到合格標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。處理后的抗燃油各項(xiàng)指標(biāo)如表2所示。

四、結(jié)論及建議

通過上述分析，一方面嘗試通過添加消泡劑的方法改善運(yùn)行抗燃油泡沫特性和空氣釋放特性，取得良好效果，有效改善了運(yùn)行抗燃油質(zhì)量，確保了機(jī)組安全運(yùn)行。另一方面驗(yàn)證了KZTZ-2抗燃油在線再生脫水裝置對于改善抗燃油泡沫特性、空氣釋放值等指標(biāo)的適用性。

圖1 KZTZ-2裝置系統(tǒng)原理圖

為了做好運(yùn)行抗燃油的運(yùn)行維護(hù)，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)從6個(gè)方面重點(diǎn)加強(qiáng)管理。

（1）加強(qiáng)對抗燃油油位、油溫、主油泵壓力、流量、濾網(wǎng)差壓、再生裝置濾芯差壓等的日常檢查，定期更換硅藻土濾芯。

（2）提高在線濾油設(shè)備的可靠性，必要時(shí)接外置濾油機(jī)以確保濾油效果。

（3）加強(qiáng)對抗燃油油質(zhì)的化學(xué)監(jiān)督，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常指標(biāo)，做好跟蹤分析。

（4）回油速度不宜過高，回流管路出口應(yīng)位于油箱液面以下，避免產(chǎn)生沖擊、飛濺和泡沫，影響雜質(zhì)和空氣分離。

表2 處理后運(yùn)行抗燃油各項(xiàng)指標(biāo)

（5）控制運(yùn)行抗燃油中的氯含量，防止伺服閥腐蝕產(chǎn)生金屬雜質(zhì)。

（6）檢修時(shí)，應(yīng)徹底清洗油系統(tǒng)的污染物，大修后充油前要用同性質(zhì)的油進(jìn)行循環(huán)沖洗，按設(shè)備制造商提供的標(biāo)準(zhǔn)檢查合格后再正式進(jìn)油。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)檢修管理，嚴(yán)禁混用不同牌號(hào)，不同廠家的油，不準(zhǔn)用帶絲的碎布進(jìn)行清洗作業(yè)，以防在檢修時(shí)對抗燃油系統(tǒng)造成污染。