磷酸酯抗燃油油質(zhì)運(yùn)行控制與維護(hù)分析

陳 震，金 紅，凌駕政，衛(wèi)建英，王 濤

（1.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437；2.上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200241；3.國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063；4.上海電力股份有限公司閔行發(fā)電廠，上海 200240；5.上海申能臨港燃機(jī)發(fā)電有限公司，上海 201306）

0 引言

目前，大容量、高參數(shù)燃煤機(jī)組的汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制液，仍然采用磷酸酯抗燃油。在運(yùn)行時(shí)，磷酸酯抗燃油的水分、酸值、顆粒度、電阻率、泡沫特性等指標(biāo)容易發(fā)生變化，其中顆粒度指標(biāo)受系統(tǒng)雜質(zhì)的污染程度影響，而其他指標(biāo)則與磷酸酯的氧化、污染等方面有關(guān)。如果不重視檢修質(zhì)量管理、油系統(tǒng)清理不干凈和油質(zhì)運(yùn)行控制不過關(guān)，都會(huì)給系統(tǒng)和機(jī)組的安全運(yùn)行埋下隱患，甚至可能造成超速或停機(jī)事故。

為此，加強(qiáng)抗燃油的運(yùn)行監(jiān)督及檢修質(zhì)量管理，全面總結(jié)上?；痣姀S在抗燃油使用、運(yùn)行監(jiān)督和檢修管理方面的經(jīng)驗(yàn)，用以提高抗燃油的運(yùn)行壽命，對(duì)防止調(diào)速系統(tǒng)卡澀和保障機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有著十分重要的意義。上海地區(qū)從20世紀(jì)90年代初運(yùn)行的125 MW機(jī)組，至目前的1 GW超超臨界燃煤機(jī)組，電廠的在線處理裝置基本上是幾十年未變的傳統(tǒng)典型設(shè)計(jì)，由再生裝置（硅藻土濾芯）和精過濾裝置組成。本文針對(duì)抗燃油在線、離線處理裝置的再生處理介質(zhì)、運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行分析，提出合理的在線、離線處理裝備方式，用以提高磷酸酯抗燃油的運(yùn)行壽命。

1 上海地區(qū)火電廠抗燃油使用狀況

從2013年6月對(duì)上海地區(qū)火電廠抗燃油合格率的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，合格率最低的是抗燃油，許多電廠常見的不合格指標(biāo)通常是水分、顆粒度、酸值，在這里不做統(tǒng)計(jì)羅列，表1的數(shù)據(jù)為不常超標(biāo)的項(xiàng)目如體積電阻率、泡沫特性、空氣釋放值的檢測(cè)值。2013年6月上電漕涇電廠與石洞口燃機(jī)電廠抗燃油運(yùn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)，如表1所示。

2013年6月漕涇燃機(jī)電廠與石洞口電廠抗燃油運(yùn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)，如表2所示。

從表1和表2抗燃油的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，抗燃油的顆粒度（Nas1638）、體積電阻率、酸值、泡沫特性、空氣釋放值都已超過國家標(biāo)準(zhǔn)，而且這些超標(biāo)項(xiàng)目之間有著相互關(guān)聯(lián)。

磷酸酯在長期使用后，油中水分、金屬離子和水解反應(yīng)生成的酸性物質(zhì)，會(huì)進(jìn)一步惡化油品的性能，其水解反應(yīng)是自催化反應(yīng)，H＋會(huì)加快反應(yīng)速度，水解后抗燃油的酸值會(huì)很快上升。因此，油質(zhì)劣化的主要特征是酸值急劇上升，而酸值升高后導(dǎo)致油質(zhì)進(jìn)一步劣化，不但縮短了油品使用壽命，也使調(diào)速系統(tǒng)遭受腐蝕、卡澀失靈等引發(fā)故障，影響機(jī)組安全生產(chǎn)。

隨著機(jī)組服役年限的增長，抗燃油逐漸老化是無法避免的，但如能及時(shí)處理，是可以避免諸如油氣界面的表面活性、抗燃油的電阻率下降以及抗泡沫特性變差等問題。也就是說，如果能投運(yùn)高效處理裝置，采取有針對(duì)性的技術(shù)手段，可以延長抗燃油的運(yùn)行壽命，確保抗燃油各項(xiàng)指標(biāo)合格。

2 上海地區(qū)火電廠再生處理設(shè)備的配置

表1 上電漕涇電廠與石洞口燃機(jī)電廠抗燃油檢測(cè)數(shù)據(jù)

為了使磷酸酯抗燃油能夠長期安全運(yùn)行，必須提高對(duì)抗燃油的日常維護(hù)力度。抗燃油的維護(hù)，通常采用在線與離線兩種處理方式。

2.1 在線處理設(shè)備的運(yùn)行分析

上海地區(qū)火電廠從20世紀(jì)90年代初的吳涇熱電廠11號(hào)和12號(hào)機(jī)組、外高橋電廠1～4號(hào)機(jī)組，閘電燃?xì)廨啓C(jī)廠4臺(tái)燃機(jī)，直至2010年投產(chǎn)的上電漕涇電廠，再生處理設(shè)備的設(shè)計(jì)均采用傳統(tǒng)典型設(shè)計(jì)，即通過油路中的一個(gè)精密濾油器組件進(jìn)行在線處理，如圖1所示。

圖1 在線處理的精密濾油器

精密濾油器主要由硅藻土濾油器與波紋纖維濾油器串聯(lián)而成，通過帶節(jié)流孔的管道與高壓油集管相通。過濾器截除抗燃油中的顆粒雜質(zhì)及污染物，再生裝置裝有硅藻土吸附劑，可吸附油中氧化產(chǎn)物，使抗燃油再生。也就是說，國產(chǎn)300 MW機(jī)組油系統(tǒng)管路中，大約有3.8 L／min的油流過油再生裝置，然后進(jìn)入EH油箱。

當(dāng)油質(zhì)合格時(shí)，油可以不經(jīng)再生裝置，僅通過波紋纖維濾油器進(jìn)行顆粒去除。硅藻土濾油器與波紋纖維濾油器的濾芯均可更換。當(dāng)濾油器的油溫在43～45℃之間，壓力達(dá)到0.21 MPa時(shí)關(guān)閉通往再生裝置管路上的閥門，及時(shí)更換濾芯。

在線處理設(shè)備在運(yùn)行上存在2個(gè)致命缺陷：

1）采用硅藻土濾芯進(jìn)行除酸處理，對(duì)處理低酸度的抗燃油有一定的效果。當(dāng)酸值超過0.2 mg／g后，處理起來就比較困難，往往需要更換幾個(gè)硅藻土濾芯才起作用；當(dāng)酸值超過0.3 mg／g后，硅藻土就無法達(dá)標(biāo)處理。同時(shí)，硅藻土長期運(yùn)行后會(huì)釋放出鈣、鎂和鐵等金屬離子，導(dǎo)致抗燃油電阻率下降。這些金屬離子與抗燃油中的酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使抗燃油的泡沫特性劣化，形成凝膠狀的磷酸金屬鹽（油泥），造成伺服閥粘結(jié)引發(fā)故障。

2）硅藻土是一種天然土，顆粒很細(xì)、呈粉末狀，尺寸不均，有電廠在運(yùn)行不當(dāng)時(shí)，發(fā)生硅藻土粉末泄漏，污染抗燃油。流出的硅藻土粉末，由于顆粒很細(xì)，后面的過濾器很難全部去除，帶入系統(tǒng)中對(duì)抗燃油造成顆粒污染。

多年的運(yùn)行實(shí)踐證明，硅藻土過濾器不適合長期投入運(yùn)行。目前，上海地區(qū)火電廠在線硅藻土濾芯已基本棄用，取而代之的是采用離線處理設(shè)備。

2.2 離線處理設(shè)備的運(yùn)行分析

目前，上海地區(qū)火電廠離線處理方式有兩種，一種是使用PALL公司離線處理設(shè)備，另一種是使用西安熱工院的離線處理設(shè)備。

2.2.1 PALL公司的離線處理方式

PALL公司生產(chǎn)的離線處理裝置采用分離模塊處理單元，如脫水設(shè)備與精濾、再生裝置與油泵，可以分別安裝在不同的推車上，處理模式具有多種組合方式，如圖2所示。

圖2 PALL公司離線處理裝置

1）脫水設(shè)備、精濾與極性樹脂并聯(lián)運(yùn)行 目前，石洞口二廠采用脫水設(shè)備、精濾和極性樹脂并聯(lián)運(yùn)行模式，如圖3所示。

由于PALL公司再生方式處理原理是離子交換，在運(yùn)行過程中經(jīng)過極性樹脂再生處理后會(huì)產(chǎn)生等當(dāng)量的水分流入油箱，容易造成抗燃油水分超標(biāo)。

圖3 并聯(lián)運(yùn)行方式

2）先極性樹脂再脫水設(shè)備、精濾的串聯(lián)運(yùn)行

目前，漕涇燃機(jī)電廠、外高橋二廠、臨港燃機(jī)電廠、上電漕涇電廠均采用極性樹脂經(jīng)過脫水設(shè)備再經(jīng)過精濾設(shè)備的串聯(lián)運(yùn)行方式。

采用這種連接方式不僅可以在離線時(shí)使用，也可以在水分和酸值超標(biāo)時(shí)投運(yùn)。由于脫水設(shè)備放在極性樹脂之后，經(jīng)過極性樹脂后產(chǎn)生的水分能通過脫水機(jī)進(jìn)行及時(shí)去除。此連接方式已在上海地區(qū)大多數(shù)電廠中使用。為此，建議PALL公司的處理設(shè)備連接方式為先極性樹脂再脫水設(shè)備、精濾的串聯(lián)運(yùn)行方式，對(duì)于油品的水分、顆粒度、酸值、氯離子、體積電阻率超標(biāo)的問題有較好的處理效果。

當(dāng)磷酸酯抗燃油酸值較高時(shí)，極性樹脂應(yīng)選用陰極性樹脂進(jìn)行再生處理；當(dāng)磷酸酯抗燃油酸值不超標(biāo)，體積電阻率超標(biāo)時(shí)應(yīng)選用陰樹脂、陽樹脂的配置去除抗燃油中的陰陽雜質(zhì)離子。但要注意：使用“一陰一陽”配置時(shí)，處理流量會(huì)下降一半。如處理時(shí)間允許，可采用一個(gè)星期用兩陰交換柱，另一個(gè)星期用兩陽交換柱的處理方式。

2.2.2 西安熱工院的離線處理方式

目前，吳涇熱電廠、石洞口電廠均采用西安熱工院的離線處理裝置，工藝流程是先流入脫水設(shè)備，再流入再生設(shè)備，最后流入過濾設(shè)備的串聯(lián)運(yùn)行方式，如圖4所示。

圖4 西安熱工院離線處理的裝置

在脫水設(shè)備內(nèi)裝有1只濾芯，依靠脫水劑的高效吸水作用吸附油中水分；在再生設(shè)備內(nèi)裝有1只再生濾芯，依靠吸附劑將油中的酸性成分及極性雜質(zhì)除去；在過濾設(shè)備中，粗過濾器內(nèi)裝有6只線隙式濾芯，過濾精度一般為5μm，其納污量大，可以去除油中大量機(jī)械雜質(zhì)；精過濾器的過濾精度為1μm。通過粗過濾器與精過濾器的組合過濾作用，充分提升再生后油的清潔度。

2.3 兩種處理方式的比較

2.3.1 處理項(xiàng)目比較

西安熱工院與PALL公司離線處理裝置的主要處理項(xiàng)目比較，如表3所示。

表3 兩種離線處理裝置的處理項(xiàng)目比較

由表3可以看出，西安熱工院與PALL公司的離線處理方式，對(duì)于提升抗燃油的油品質(zhì)量都有一定的效果，兩者也有著各自的優(yōu)勢(shì)。

2.3.2 處理設(shè)備比較

1）脫水設(shè)備 目前，電廠抗燃油脫水的方法有兩種，一種是真空濾油機(jī)脫水，另一種是吸水濾芯脫水。西安熱工院脫水設(shè)備的濾料，采用吸水劑吸附脫水，適合油中含水量不高的處理，此種吸水劑具有很強(qiáng)的親水疏油特性，吸水性能穩(wěn)定、脫水效率較高，能維持油中含水量在300 mg／L左右，滿足運(yùn)行抗燃油脫水的需要。缺點(diǎn)是吸附濾芯會(huì)飽和，要定期更換濾芯來保證對(duì)油品中水分的去除，維護(hù)工作量大。

2）真空凈油機(jī) 優(yōu)點(diǎn)是去除水分較多、處理流量高、處理時(shí)間短、設(shè)備運(yùn)行可靠、脫水后油中水分含量較低；缺點(diǎn)是在高真空度下有加速磷酸酯分解的傾向，價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜、需要較大的空間。西安熱工院精濾裝置的濾芯為1μm，PALL公司精濾裝置的濾芯為3μm，也可配置濾芯為1μm，對(duì)細(xì)小顆粒有很好的去除效果。當(dāng)過濾精度過高時(shí)，容易導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行過濾壓力過大，處理連續(xù)性受到影響。

3）再生處理 西安熱工院再生介質(zhì)的處理量大于PALL公司的處理量。對(duì)于泡沫特性指標(biāo)、酸值、體積電阻率、顆粒、水分有明顯的處理效果。PALL公司則在酸值、體積電阻率、顆粒、水分、氯含量去除方面有明顯的處理效果。

4）安全運(yùn)行與程控 PALL公司在設(shè)備安全運(yùn)行、程控方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，處理設(shè)備做工精致。

2.3.3 綜合指標(biāo)比較

對(duì)于抗燃油指標(biāo)超標(biāo)問題，主要是電廠在選擇油系統(tǒng)處理設(shè)備上不了解處理設(shè)備的性能和處理原理，對(duì)抗燃油超標(biāo)項(xiàng)目在針對(duì)性處理上未能采取有效手段，例如：體積電阻率超標(biāo)，應(yīng)選擇陰交換柱或物理吸附柱進(jìn)行處理；泡沫特性指標(biāo)超標(biāo)，不能選擇極性樹脂處理；氯含量指標(biāo)超標(biāo)，不能選擇物理吸附柱處理。也就是說，油務(wù)工作者必須熟悉抗燃油處理設(shè)備的處理原理，不同處理設(shè)備的性能和利弊，有效配置現(xiàn)有的處理設(shè)備資源，才能做到對(duì)超標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)行有效處理。

3 結(jié)論與建議

1）運(yùn)行狀態(tài)下抗燃油逐漸老化是無法避免的，只要能夠及時(shí)有效處理，還是可以避免油質(zhì)劣化。要了解抗燃油處理設(shè)備的工作原理，對(duì)不同的超標(biāo)指標(biāo)進(jìn)行有針對(duì)性的處理。

2）上海地區(qū)火電廠抗燃油使用的在線處理設(shè)備，目前已經(jīng)棄用，要恢復(fù)抗燃油在線處理設(shè)備的正常使用，必須對(duì)再生裝置使用的硅藻土材質(zhì)進(jìn)行改良，采用更高性能的物理吸附材料，如更換成極性樹脂，系統(tǒng)中必須配置脫水設(shè)備才能使用。

3）使用PALL公司的處理設(shè)備，應(yīng)采取先極性樹脂再脫水設(shè)備再精濾設(shè)備的串聯(lián)運(yùn)行的處理方式。

4）抗燃油運(yùn)行溫度要求低于50℃，不能有局部過熱點(diǎn)。運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，及時(shí)調(diào)控溫度。對(duì)于空冷系統(tǒng)，風(fēng)扇啟動(dòng)時(shí)的溫度要低于50℃。

5）當(dāng)環(huán)境氣溫較低時(shí)，油質(zhì)處理時(shí)盡可能少投浸入式電加熱裝置，防止油溫局部過熱。

6）為保持系統(tǒng)清潔，建議在再生裝置中配置1μm的濾芯過濾，必要時(shí)可更換使用。

7）上海地區(qū)由于空氣濕度大及晝夜溫差等緣故，水分會(huì)通過呼吸器進(jìn)入油箱，必須在呼吸器上加裝干燥劑。

［1］ 羅運(yùn)柏，王聰玲，于萍.汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)用磷酸酯抗燃液的性能與分析監(jiān)督［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，1995，6（2）：10-16.

［2］ DL／T 571—2007，電廠用磷酸酯抗燃油運(yùn)行與維護(hù)導(dǎo)則［S］.