抗燃油中礦物油影響及含量測試的探討

吳 宇，韓 笑

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

抗燃油中礦物油影響及含量測試的探討

吳 宇，韓 笑

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

針對火力發(fā)電廠調(diào)速系統(tǒng)用磷酸酯抗燃油中礦物油含量的測試，提出部分細節(jié)因素影響，以及抗燃油中混入不同比例礦物油后對其各項主要指標的影響情況，為今后該監(jiān)督項目的開展，提供了一定借鑒。

抗燃油;礦物油含量;測試

磷酸酯抗燃油以其優(yōu)異的抗燃及潤滑性能廣泛用于大型汽輪發(fā)電機組的調(diào)速系統(tǒng)，磷酸酯抗燃油與礦物油有本質(zhì)的區(qū)別，抗燃油受礦物油污染會降低油品的安全性，降低閃點等主要耐火性指標，同時部分系統(tǒng)內(nèi)材料如丁基橡膠等由于與礦物油是不兼容的，如混入礦物油會使部分設(shè)備如液壓蓄能器受到損壞［1］。因此，抗燃油中誤混礦物油，會對其質(zhì)量及使用造成很大的影響。目前沒有從磷酸酯去除礦物油簡單的方法，如果油質(zhì)超標，有必要進行整體換油，其經(jīng)濟損失巨大。因此，對抗燃油進行準確監(jiān)督是非常有意義的。

1 抗燃油中混入礦物油后對其各項主要指標的影響

1.1 外觀

圖1為震蕩前后不同比例礦物油含量的抗燃油。由于抗燃油與礦物油相容性與密度差等原因，礦物油進入抗燃油初期將浮在其表面，后期經(jīng)過機械震蕩或攪拌，因其溶解度及溶解速率不同，完全溶解需要一定的時間，少量礦物油通常會溶解在抗燃油中，如果混入的量非常大，根據(jù)存在的量和所用的油的類型不同，將會呈現(xiàn)不同程度的渾濁現(xiàn)象，這與環(huán)境溫度及抗燃油的老化程度均有直接關(guān)系。

圖1 不同比例礦物油含量的抗燃油

1.2 密度

密度是磷酸酯抗燃油與石油基汽輪機油的主要區(qū)別之一，礦物油的密度小于三芳基磷酸酯，因此，如果抗燃油中混入一定比例的礦物油，會對油品的密度造成一定的影響，混入量較少時對密度的影響極為有限，少量混入礦物油時抗燃油的密度仍在其合格范圍內(nèi)，因此不能通過這樣方式進行有效的判斷 (如表1所示)。

1.3 運動粘度

如表2，抗燃油要保持一定的流動性，必須有合適的粘度，這對于油泵的運行，以及執(zhí)行機構(gòu)的?靈敏度都十分重要。對粘度的要求都是圍繞標準值浮動±10%，目前系統(tǒng)內(nèi)使用的高壓抗燃油40℃的標準運動粘度為39.1～52.9 mm2/s，汽輪機油40℃的標準運動粘度為28.8～35.2 mm2/s。因此，如大量礦物油混入抗燃油中，勢必會對粘度指標造成一定的影響。

表1 不同比例礦物油含量對抗燃油的密度影響

表2 不同比例礦物油含量對抗燃油的粘度影響

1.4 體積電阻率

體積電阻率在抗燃油監(jiān)督中是比較重要的一項指標，它從劣化產(chǎn)物分子極性的角度反映抗燃油的老化程度，極性越大造成的電化學腐蝕的可能性就會越大，對伺服系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成威脅［2］。礦物油的介電性能遠高于抗燃油，因此混入少量礦物油后會對抗燃油的體積電阻率造成一定的影響(見表3)。

表3 不同比例礦物油含量對抗燃油體積電阻率影響

1.5 空氣釋放值

抗燃油中若含氣泡，會加速油的氧化與劣化［3］。在高壓下氣泡破裂會引起調(diào)速系統(tǒng)振動，氣泡進入油泵會引起油泵的氣蝕?？谷加椭谢烊氲V物油對其產(chǎn)生的氣泡空氣影響相對較小，但對霧沫空氣則影響相對較大，少量礦物油就會對抗燃油的析氣性能造成很大影響，使得抗燃油的空氣釋放值產(chǎn)生較大變化 (表4)。

表4 不同比例礦物油含量對抗燃油的空氣釋放值影響

1.6 氯含量

磷酸酯抗燃油中氯含量過高，會對伺服閥等油系統(tǒng)部件產(chǎn)生腐蝕，并可能損壞某些密封材料?？谷加偷母g能力僅僅來自于氯轉(zhuǎn)變成為離子態(tài)后，因此總氯含量僅僅代表其具有的腐蝕潛力，氯離子的含量實際上代表了對腐蝕的直接影響。氯污染即使在相對低水平，也可能導(dǎo)致伺服閥腐蝕。礦物油組成中無大量氯成分，因此對抗燃油含氯量無明顯影響 (表5)。

表5 不同比例礦物油含量對抗燃油的氯含量影響

2 抗燃油中礦物油含量的監(jiān)督指標

礦物油含量測定是抗燃油周期性檢查項目之一，DL/T 571中95版、07版、14版各個抗燃油監(jiān)督導(dǎo)則的要求均為4%，由于目前導(dǎo)則里給出恒重法測試的方法比較簡單，一些細節(jié)方面的要求比較少，不利于試驗操作的合理性和規(guī)范性，其試驗結(jié)果的準確性和重復(fù)性相對較低;國外標準對于礦物油含量的要求是十分苛刻的，ISO/TS 11365中的要求分為2個方面:連續(xù)兩次分析的增加值不能大于0.2%;抗燃油中礦物油最大含量不能大于0.5%。對于礦物油的要求，顯然目前恒重的測試方式是不能夠滿足國際上的監(jiān)督要求的。

2.1 抗燃油中礦物油含量國內(nèi)標準

表6為DL/T 571不同版本之間的指標變化情況，表7為DL/T 571抗燃油檢測周期。

表6 DL/T 571不同版本之間的指標變化情況［4］

表7 DL/T 571抗燃油檢測周期

2.2 抗燃油中礦物油含量國外指標標準 (見表8)

表8 ISO/TS 11365抗燃油油質(zhì)水平及檢測周期［5］

3 抗燃油中礦物油含量的測試

抗燃油中礦物油含量測試方法有很多，例如比重、折射率、色譜法等均可用于測定礦物油含量。國外推薦的測試方式是色譜法，目前國內(nèi)的測試方法采用恒重法。

DL/T 571附錄中恒重法測試抗燃油中礦物油含量，是將一定量的抗燃油樣加入堿水 (NaOH或KOH)進行皂化，然后用石油醚萃取皂化液中的礦物油成分，隨后高溫蒸出溶劑，最終以恒重的方式進行稱重，通過計算得出抗燃油中的礦物油含量。礦物油含量計算式為礦物油 (%)=殘余物重 (g)/樣品重 (g) ×100%。

3.1 皂化劑的選擇

皂化過程中堿液的作用是使得抗燃油發(fā)生完全皂化現(xiàn)象，因此在濃度保持一致的情況下，藥劑的含量對試驗結(jié)果無太大的影響，采用40 mL水與10 gKOH作為皂化劑，和采用60 mL水與15 gKOH作為皂化劑，其試驗結(jié)果分別為3.9%和3.8%，無明顯差異。

試驗過程中，如先在試劑瓶中配制相關(guān)皂化液，然后注入抗燃油中，則皂化蒸餾時間為3～4 h，如直接在稱有抗燃油的三角瓶中加入堿和水，則皂化蒸餾時間為2～3 h，兩者的準確程度亦基本一致。但皂化初期的外觀表現(xiàn)有所區(qū)別，前者水側(cè)外觀較澄清，后者較渾濁。不同皂化劑的添加方式下的試驗情況如圖2所示。

3.2 皂化蒸餾時間

新油由于礦物油含量極低，故蒸餾到澄清時間很短，運行油由于油品的老化，時間會有所延長。另外，礦物油含量越高，蒸餾的時間越長。通常情況下，使用酒精燈蒸餾，抗燃油礦物油含量試驗的蒸餾時間為120～240 min，酒精燈火焰高度等客觀因素亦對皂化蒸餾時間有一定影響。因此，如蒸餾時間過長，也可以從一個側(cè)面體現(xiàn)油中含有較大含量的礦物油成分?？谷加偷V物油含量試驗皂化前后情況如圖3所示。

圖2 不同皂化劑的添加方式下的試驗情況

圖3 抗燃油礦物油含量試驗皂化前后情況

3.3 烘干溫度及時間的控制

萃取液蒸干過程的主要目的是把礦物油從其萃取劑石油醚中除去，由于石油醚本身具有較強的揮發(fā)性，提高一定溫度的目的是加快石油醚的蒸發(fā)速率，因此需要控制蒸干溫度以接近或略高于石油醚的沸點即可，時間在20～30 min是比較合適的。時間過短，蒸干速率過快，容易造成習慣性過蒸，對試驗結(jié)果造成誤差;時間太長，蒸干速率過慢，影響實際工作效率。實踐證明，使用90℃，蒸干時間控制在20～30 min范圍內(nèi)試驗效果較好，準確程度可以得到保證，時間稍長也不會造成過蒸。不同烘干溫度下的蒸干時間如表9所示。

表9 不同烘干溫度下的蒸干時間

3.4 蒸干程度的控制

圖4為蒸干效果圖，蒸干初期由于石油醚的低沸點，很快就會呈現(xiàn)沸騰狀態(tài)，而礦物油成分由于沸點相對較高，不發(fā)生揮發(fā)現(xiàn)象，最終應(yīng)以石油醚溶液不產(chǎn)生氣泡后為到達終點時間，烘干后礦物油應(yīng)具有一定的流動性，切記不能產(chǎn)生過蒸的現(xiàn)象，這對試驗結(jié)果造成極大影響，對其結(jié)果的影響甚至可以達到10倍以上，完全不能體現(xiàn)監(jiān)督其含量的作用。不同蒸干狀態(tài)的試驗結(jié)果見表10。

圖4 蒸干效果圖

表10 不同蒸干狀態(tài)的試驗結(jié)果

3.5 烘干后燒杯冷卻稱重時間

物體的質(zhì)量與環(huán)境溫度有一定關(guān)系，蒸干后的燒杯由于溫度較高，在冷卻的過程中其重量會發(fā)生一定的變化，因此，必須等到其質(zhì)量不發(fā)生持續(xù)性變化后再計算試驗結(jié)果，同時進行恒重時需要記錄環(huán)境溫度，如有可能應(yīng)在恒溫實驗室中進行。恒重過程中燒杯質(zhì)量隨時間變化的情況如表11所示。

表11 恒重過程中燒杯質(zhì)量隨時間變化的情況

4 結(jié)論

a. 抗燃油中混入礦物油對其部分理化性能造成較大影響，即使是少量的礦物油，也可以對三芳基磷酸酯的析氣性能產(chǎn)生不利影響。為了避免這種情況，應(yīng)在任何情況下使用規(guī)定要求新油作為補充油，補加抗燃油到系統(tǒng)前，應(yīng)當檢查系統(tǒng)內(nèi)的任何部分殘油，嚴禁使用同1臺濾油設(shè)備處理抗燃油與汽輪機油，防止造成交叉污染。

b. 抗燃油中混入礦物油會對閃點、密度、傾點、粘度、自燃點等指標造成影響，但通常情況下，抗燃油中礦物油均小于2%，上述試驗結(jié)果無法準確反映少量的礦物油的存在，基于目前導(dǎo)則中礦物油含量在4%的要求，日常監(jiān)督亦無法從外觀等指標進行有效監(jiān)督。

c. 抗燃油礦物油含量測試是一項細致的工作，應(yīng)考慮各項試驗細節(jié)，以保證得到準確的試驗結(jié)論。應(yīng)對抗燃油皂化液進行充分皂化，保證皂化時間，以利于后續(xù)試驗的準確性，蒸干過程中，可控制在90℃下進行，蒸干時間控制在20～30 min范圍內(nèi)，烘干后礦物油應(yīng)具有一定的流動性，切記不能產(chǎn)生過蒸的現(xiàn)象，嚴格進行恒重操作，恒重時需要記錄環(huán)境溫度，如有可能應(yīng)在恒溫實驗室中進行。

［1］ 孫堅明，孟玉嬋，劉永洛.電力用油分析及油務(wù)管理［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］ 盧 勇.磷酸酯抗燃油應(yīng)用中存在的問題及對策［J］.東北電力技術(shù)，2003，24(11):5-6.

［3］ 盧 勇，張鳳清.磷酸酯抗燃油泡沫特性超標等問題分析及對策［J］.東北電力技術(shù)，2015，35(4):33-36.

［4］ DL/T 571，電廠用磷酸酯抗燃油運行與維護導(dǎo)則［S］.

［5］ ISO/TS 11365，石油及相關(guān)產(chǎn)品——三芳基磷酸酯控制液的運行、維護指導(dǎo)［S］.

Discussion on Influence and Content Test of Mineral Oil in Fire Resistant Oil

WU Yu，HAN Xiao
(Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

According to content test results of mineral oil in organic phosphate fire resistant oil of speed regulation system for thermal power plant，this paper presents partial factors influence of main index after mixing it with different proportions mineral oil in fire resistant oil.A reference is provided for developing of supervision projects for the future.

Fire resistant oil;Mineral oil content;Test

TM621.8

A

1004-7913(2015)08-0023-04

吳 宇 (1979—)，男，碩士，工程師，主要從事電力用油運行監(jiān)督管理工作。

2015-05-09)