磷酸酯抗燃油泡沫特性超標(biāo)等問(wèn)題分析及對(duì)策

盧 勇，張鳳清

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.哈爾濱超高壓局，黑龍江 哈爾濱 150090）

磷酸酯抗燃油泡沫特性超標(biāo)等問(wèn)題分析及對(duì)策

盧 勇1，張鳳清2

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.哈爾濱超高壓局，黑龍江 哈爾濱 150090）

目前磷酸酯抗燃油作為汽輪機(jī)調(diào)速介質(zhì)在我國(guó)已得到了普遍應(yīng)用，但與傳統(tǒng)的礦物油相比，在使用中出現(xiàn)了油品抗泡沫特性超標(biāo)，電阻率超標(biāo)以及酸值迅速升高，顏色加深的快速裂化現(xiàn)象。重點(diǎn)對(duì)抗燃油泡沫特性超標(biāo)問(wèn)題的處理進(jìn)行了較為詳細(xì)的探討，同時(shí)對(duì)抗燃油在使用中出現(xiàn)的其它問(wèn)題及采取的對(duì)策進(jìn)行了論述，對(duì)油品在日常監(jiān)測(cè)維護(hù)工作的一些做法也做了介紹。

磷酸酯抗燃油；泡沫特性超標(biāo)；對(duì)策；監(jiān)督檢測(cè)

為適應(yīng)高壓機(jī)組蒸汽參數(shù)的變化，改善汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，必須縮小液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸，提高調(diào)節(jié)介質(zhì)的工作壓力。調(diào)節(jié)介質(zhì)極高的工作壓力也大大增加了介質(zhì)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，傳統(tǒng)的礦物型汽輪機(jī)油其自燃點(diǎn)僅為350℃左右，油品一旦泄漏極易造成火災(zāi)。因此，為適應(yīng)大容量高參數(shù)機(jī)組發(fā)展要求，汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)越來(lái)越多地采用一種人工合成的抗燃液壓液（即抗燃油），它可有效地避免高參數(shù)機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)在高壓力下工作時(shí)油品泄漏到主蒸汽管道（溫度一般大于530℃）而導(dǎo)致火災(zāi)的危險(xiǎn)［1］。

目前絕大多數(shù)單位所使用的抗燃油都是從國(guó)外進(jìn)口的，價(jià)格十分昂貴。一般每桶（200 L）售價(jià)3.4萬(wàn)元，每臺(tái)機(jī)組一般用油量8桶左右。這樣，做好油品的監(jiān)督維護(hù)工作，延長(zhǎng)油品的使用壽命不僅是機(jī)組安全運(yùn)行的需要，同時(shí)對(duì)降低發(fā)電成本，提高設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，減少報(bào)廢油品對(duì)環(huán)境的污染都具有十分重要的意義。

元寶山電廠是我國(guó)使用抗燃油較早的電廠之一。早在1984年1號(hào)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)就采用了抗燃油，至今已使用30多年。目前抗燃油已在各種容量的機(jī)組上普遍應(yīng)用。多年的應(yīng)用實(shí)踐使我們對(duì)這種新介質(zhì)的性能、變化規(guī)律以及監(jiān)督維護(hù)方法等有了更全面的了解，同時(shí)也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

1 存在的問(wèn)題

1.1 油品抗泡沫特性超標(biāo)

常壓下油中一般可溶解10%（體積比）的空氣［2］，隨著壓力的升高氣體的溶解度會(huì)隨之增大。多余的氣體會(huì)自動(dòng)釋放出來(lái)，但磷酸脂抗燃油對(duì)空氣的釋放速度要比礦物汽輪機(jī)油慢1／3～1／2。由于油中空氣的存在使油的可壓縮性增大。溶有空氣的油品在局部減壓區(qū)段內(nèi)空氣又可從油中釋放出來(lái)，這樣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定而引起機(jī)組振動(dòng)等。另外，油中含有較多的空氣（泡沫）還會(huì)影響泵的出力、加速油品老化，嚴(yán)重時(shí)造成假油位，甚至油從油箱中溢出而造成更嚴(yán)重的后果。

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)抗燃油的抗泡沫特性會(huì)突然增大，而不像酸值等指標(biāo)會(huì)有明顯的變化趨勢(shì)。如某廠1號(hào)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中抗燃油的抗泡沫特性變化情況便是如此，見表1。2009年6月前一直合格，到了9月份突然增大，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)定值。類似的情況在鐵嶺電廠的4號(hào)機(jī)、華能大連電廠的3號(hào)機(jī)旁路系統(tǒng)以及綏中電廠多臺(tái)機(jī)組都出現(xiàn)過(guò)。1.2 油品的裂化速度快

表1 某廠1號(hào)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)抗燃油抗泡沫特性變化情況

目前汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所用的抗燃油都是由三芳基磷酸酯調(diào)配而成的，其與普通的礦物汽輪機(jī)油有很大的不同，它較易水解，特別是在高溫高壓下，磷酸酯會(huì)逐漸水解生成酸性磷酸酯和酚，并能進(jìn)一步發(fā)生縮合反應(yīng)生成低分子酸和高分子老化產(chǎn)物，這些產(chǎn)物在油中不僅會(huì)使油的酸值升高，顏色加深，縮短油品的使用壽命，同時(shí)還會(huì)造成調(diào)速系統(tǒng)卡澀和腐蝕。

在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，如果在使用中不對(duì)油品采取有效的維護(hù)措施，它就會(huì)迅速老化，酸值升高，顏色加深。表2列出了某廠1號(hào)機(jī)抗燃油酸值的變化情況：酸值逐年增大，僅3年左右的時(shí)間就已接近極限值。其它很多電廠情況也基本相同，如華能伊敏電廠、大連電廠、丹東電廠等油品經(jīng)過(guò)3～5年的運(yùn)行后，酸值都接近或超過(guò)0.15 mgKOH／g。伊敏電廠1號(hào)機(jī)最高曾達(dá)到0.33 mgKOH／g。丹東電廠和大連電廠的旁路系統(tǒng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)所用的抗燃油不同，顏色為綠色，老化速度更快，酸值曾經(jīng)達(dá)到0.35 mgKOH／g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)運(yùn)行抗燃油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（≤0.15 mgKOH／g），顏色已接近黑色。

表2 某廠1號(hào)機(jī)抗燃油酸值的變化情況

1.3 部分油品的體積電阻率超標(biāo)

礦物油的介電性（常用體積電阻率的指標(biāo)來(lái)衡量）比三芳基磷酸酯抗燃油高很多，因此礦物汽輪機(jī)油對(duì)電阻率指標(biāo)沒有要求，而對(duì)調(diào)速系統(tǒng)中所用的抗燃油則有嚴(yán)格的規(guī)定，如果電阻率太低，就會(huì)造成伺服閥的腐蝕，造成調(diào)速系統(tǒng)卡澀。

目前遼寧及蒙東地區(qū)的多家電廠多臺(tái)機(jī)組的抗燃油體積電阻率存在或出現(xiàn)超標(biāo)問(wèn)題，即低于控制標(biāo)準(zhǔn)6×109Ωcm（20℃）。

另外，在電阻率測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，其值隨溫度的變化而變化，溫度降低時(shí)，電阻率升高，溫度升高時(shí)電阻率變小。因此測(cè)試體積電阻率的儀器應(yīng)具備恒溫功能，保證測(cè)試值為20℃的結(jié)果。

1.4 油中水分有超標(biāo)現(xiàn)象

過(guò)多水分會(huì)使抗燃油水解劣化，同時(shí)使酸值升高，電阻率等多項(xiàng)指標(biāo)變差。

從近30年來(lái)的運(yùn)行情況看，絕大多數(shù)電廠的抗燃油水分都始終合格，不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值0.1%。個(gè)別偶爾出現(xiàn)油品水分超標(biāo)的電廠都是分布在沿海地區(qū)，如綏中電廠、大連電廠等，且出現(xiàn)在夏季空氣濕度較大的季節(jié)。很顯然這是由空氣中的濕氣進(jìn)入油中所致。冷油器泄漏，使冷卻水進(jìn)入油中是水分超標(biāo)的另一個(gè)原因。另外，深度老化的油品含水量也可能超標(biāo)。

1.5 油品的溶劑效應(yīng)問(wèn)題

抗燃油（三芳基磷酸酯）對(duì)許多有機(jī)化合物和聚合材料具有很強(qiáng)的溶解力，即溶劑效應(yīng)。它與聚氯乙烯、丁腈橡膠及橡膠石棉等都不相容［3］。而抗燃油的外觀與普通的礦物汽輪機(jī)油相差不大，部分現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行、檢修人員由于對(duì)抗燃油的相溶性不夠了解，在對(duì)油品進(jìn)行操作時(shí)常采用與操作普通汽輪機(jī)油相同材料的容器、管路及密封襯墊等，使這些材料發(fā)生了溶解、膨脹或強(qiáng)度下降等，給工作帶來(lái)了許多麻煩，甚至造成了嚴(yán)重的事故。

如某電廠在對(duì)運(yùn)行中抗燃油進(jìn)行過(guò)濾處理時(shí)，由于采用了不合理材料的濾油管路，抗燃油使管路溶解膨脹，加之管路內(nèi)壓力過(guò)大造成管路破裂，使系統(tǒng)中約2／3的油品跑掉，導(dǎo)致機(jī)組被迫停機(jī)。其它如由于選用了不當(dāng)?shù)拿芊庖r墊，油使襯墊溶解造成漏油跑油，用一般的膠管濾油而使油品污染的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

1.6 油品的毒性

表3 某電廠1號(hào)機(jī)抗燃油添加消泡劑前后各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比

組成抗燃油的三芳基磷酸酯中，三芳基磷酸酯的結(jié)構(gòu)不同，油品的毒性也不相同，一般在酚的鄰位有基團(tuán)的三芳基磷酸酯毒性較大。在油品化驗(yàn)時(shí)，由于試驗(yàn)人員吸入了做自燃點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的煙氣出現(xiàn)嘔吐等癥狀；在大量吸入做空氣釋放值時(shí)所產(chǎn)生的油氣以及當(dāng)油品直接與皮膚接觸后分別會(huì)出現(xiàn)嘔心及皮膚過(guò)敏等癥狀。

表4 某電廠2號(hào)機(jī)添加消泡劑前后油品的抗泡沫特性變化情況

2 對(duì)抗燃油出現(xiàn)問(wèn)題所采取的對(duì)策

2.1 對(duì)泡沫特性超標(biāo)的油品添加消泡劑

過(guò)去在潤(rùn)滑油中廣泛使用的二甲基硅油雖也可以改善抗燃油的泡沫特性，但往往會(huì)使抗燃油的空氣釋放值性能變差，甚至超標(biāo)。因此要向抗燃油中添加消泡劑，并應(yīng)對(duì)添加后的油品的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行全面評(píng)定，要選擇對(duì)油品性能影響小、沒有不良影響的消泡劑以及添加劑量。

通過(guò)大量篩選試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，丙烯酸非硅型消泡劑具有理想的添加效果，其不僅可以顯著改善抗燃油的泡沫特性，對(duì)抗燃油的其它指標(biāo)也無(wú)不良影響，尤其是空氣釋放值，添加丙烯酸非硅型消泡劑后幾乎沒有變化。表3中給出了某電廠1號(hào)機(jī)抗燃油添加消泡劑前后各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比情況。從表中可見，添加消泡劑后泡沫特性明顯改善，且有效期較長(zhǎng)。當(dāng)然這與添加后對(duì)油品的日常維護(hù)也應(yīng)該起到很大作用。

某電廠的2號(hào)機(jī)抗燃油的抗泡沫特性也一度很差，最高時(shí)達(dá)760／590 mL（24℃），嚴(yán)重威脅著機(jī)組的安全運(yùn)行，曾采取加強(qiáng)濾油的措施企圖把油品的泡沫降下來(lái)，但始終未能如愿。后采用向油中加消泡劑的方法使油品的抗泡沫特性有了明顯改善。添加消泡劑前后油品的抗泡沫特性變化情況見表4。

消泡劑的添加采用如下步驟和方法。

a.對(duì)所用消泡劑進(jìn)行過(guò)濾凈化處理

考慮到抗燃油是應(yīng)用在重要的發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)中，對(duì)其潔凈度的要求十分苛刻，為避免由于添加消泡劑而使原有油品的清潔度變差，添加前反復(fù)對(duì)消泡劑（液態(tài)）進(jìn)行過(guò)濾凈化，凈化裝置如圖1所示。用顆粒度儀隨時(shí)檢查過(guò)濾的效果，直到添加劑的顆粒度達(dá)到NAS1638 4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

b.配制消泡劑母液

圖1 消泡劑過(guò)濾凈化裝置

考慮到丙烯酸非硅型消泡劑難溶于抗燃油中（嚴(yán)格意義上講，丙烯酸非硅型消泡劑是以極細(xì)小的微粒均勻分散在抗燃油中），在正式添加前如何使添加劑很好溶解（分散）在油中顯得尤為重要。首先，根據(jù)要處理的抗燃油總量（一般在1 t左右），和經(jīng)過(guò)小試確定添加濃度（一般在40 mg／kg左右），計(jì)算出需要的消泡劑質(zhì)量。取待添加的抗燃油1 L，將稱好的消泡劑加入油中，用攪拌器激烈充分?jǐn)嚢?，使消泡劑均勻溶解（分散）在抗燃油中，制成母液。攪拌速度要? 500 r／min以上，攪拌時(shí)間約20 min。

c.現(xiàn)場(chǎng)添加

添加時(shí)間最好選擇在機(jī)組停運(yùn)，但抗燃油系統(tǒng)還在循環(huán)中。這樣既可以使加入油中的消泡劑得以分散均勻，又不會(huì)因添加操作不當(dāng)造成停機(jī)。添加時(shí)可用濾油機(jī)在濾油時(shí)將母液抽入油箱或直接從抗燃油箱頂部蓋板處倒入油箱。

2.2 加強(qiáng)旁路再生系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)

考慮到抗燃油相對(duì)容易裂化，抗燃油系統(tǒng)都設(shè)計(jì)有一套油品旁路再生系統(tǒng)。實(shí)踐證明，只要對(duì)有效的旁路再生系統(tǒng)做好運(yùn)行維護(hù)，油質(zhì)就可長(zhǎng)期維持在較好的狀態(tài)。這一點(diǎn)對(duì)油質(zhì)尚未出現(xiàn)明顯裂化的油品尤為重要，一旦油質(zhì)出現(xiàn)嚴(yán)重裂化，如酸值超過(guò)0.2 mgKOH／g時(shí)，旁路再生的再生效果很不明顯，酸值很難處理下來(lái)。因此，在新油投運(yùn)的初期就應(yīng)運(yùn)行維護(hù)好旁路再生系統(tǒng)，嚴(yán)格監(jiān)督油品的酸值，將酸值盡可能控制在0.1 mgKOH／g以下，如果維護(hù)工作做得好，長(zhǎng)期使酸值維持在一較低水平是完全可以實(shí)現(xiàn)的［4］。

2.3 采用特效的油品處理裝置對(duì)油品進(jìn)行處理

抗燃油的劣化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，劣化的指標(biāo)不同有時(shí)需采取不同的對(duì)策，用一種再生介質(zhì)來(lái)解決所有的劣化指標(biāo)，是很難解決問(wèn)題的，而且過(guò)濾精度低，容易引起伺服閥的卡澀。因此建議選用專門生產(chǎn)抗燃油再生裝置的廠家的產(chǎn)品。這些裝置具有高效降酸、脫水、提高電阻率的特點(diǎn)，過(guò)濾精度高，過(guò)濾精度小于1 μm，而且能根據(jù)抗燃油的劣化指標(biāo)，采用不同的再生措施［5］。如某廠的抗燃油也已運(yùn)行多年，4臺(tái)機(jī)的抗燃油都不同程度出現(xiàn)過(guò)酸值增大、顏色加深、電阻率降低等現(xiàn)象，某些指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。該廠采用了一種移動(dòng)式的抗燃油再生裝置，明顯改變了油品的多項(xiàng)指標(biāo)。表5列出了該裝置對(duì)油品處理前后的對(duì)照情況。

從表5中的數(shù)據(jù)可見，幾項(xiàng)指標(biāo)恢復(fù)都相當(dāng)理想，無(wú)論是油品的顏色、酸值，還是電阻率和顆粒度都明顯得到改善。

表5 某抗燃油再生處理裝置對(duì)油品處理前后的對(duì)比

2.4 防止水分超標(biāo)

磷酸酯抗燃油可以與水分作用發(fā)生水解反應(yīng)。而抗燃油不僅能夠吸收空氣中的水分而受潮，也會(huì)因?yàn)槔溆推鞯男孤┦顾M(jìn)入油中，油品老化也會(huì)產(chǎn)生水分從而造成油品性能變差。因此，要防止冷油器泄漏，同時(shí)要經(jīng)常檢查油箱呼吸器里干燥劑是否失效，及時(shí)更換。

3 在抗燃油監(jiān)督、檢測(cè)及維護(hù)方面的做法

3.1 油品顆粒度的監(jiān)督檢測(cè)

汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所采用的伺服閥間隙很小，因此抗燃油作為調(diào)速介質(zhì)，其中的固體顆粒會(huì)造成調(diào)速系統(tǒng)卡澀，機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。這一點(diǎn)已在電廠的決策層達(dá)成共識(shí)，各單位都十分重視油品顆粒度的監(jiān)測(cè)，顆粒度不合格時(shí)嚴(yán)禁機(jī)組啟動(dòng)。

最易出現(xiàn)顆粒度超標(biāo)的情況是在機(jī)組大修后設(shè)備試運(yùn)行階段。熱工、汽機(jī)專業(yè)在抗燃油系統(tǒng)上實(shí)行規(guī)范化操作，以盡量減少顆粒進(jìn)入系統(tǒng)。

3.2 油中氯含量的測(cè)定

抗燃油中的氯含量超標(biāo)會(huì)使伺服系統(tǒng)腐蝕，加速油品降解等。因此，要嚴(yán)格控制油中氯的含量。采用大型X－射線能譜儀測(cè)定油中的氯含量。該方法準(zhǔn)確、快速、簡(jiǎn)便，但儀器較昂貴。從多年的監(jiān)測(cè)結(jié)果看，目前尚未發(fā)現(xiàn)氯含量超標(biāo)的油品。

3.3 抗泡沫特性的測(cè)定

抗燃油的抗泡沫特性會(huì)影響到油泵的出力、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及油品的老化速度等。由于油品的抗泡沫特性會(huì)突然增大，直至超標(biāo)，因此油品的抗泡沫特性應(yīng)作為抗燃油的一項(xiàng)重要指標(biāo)加以監(jiān)督和控制。同時(shí)，應(yīng)測(cè)定3種不同條件下油品的泡沫傾向性和泡沫穩(wěn)定性。因?yàn)樵趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于某些油品24℃的泡沫性很好，但在操作油品時(shí)卻會(huì)產(chǎn)生大量的泡沫，而在93℃和后24℃試驗(yàn)時(shí)才會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。目前在日常監(jiān)督中同時(shí)測(cè)定3種不同條件下的泡沫特性，只有這樣才能真正了解油品的起泡沫性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

向抗燃油中加入適當(dāng)?shù)南輨┛梢燥@著改善油品的抗泡沫特性，效果立竿見影，但要保持長(zhǎng)期有效，還需保持油中不出現(xiàn)新的污染雜質(zhì)。

磷酸酯抗燃油在我國(guó)已有近30年的應(yīng)用歷史，在使用的初期由于對(duì)該油的性質(zhì)了解不夠，監(jiān)督檢驗(yàn)的手段不足，致使在使用中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，隨著對(duì)該油品認(rèn)識(shí)的不斷完善，檢測(cè)管理水平的提高，對(duì)使用中出現(xiàn)的問(wèn)題多數(shù)都能得到有效解決，較好地掌握了油品的變化規(guī)律和性質(zhì)，油品的使用壽命也在不斷提高，為機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。但某些單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)抗燃油的監(jiān)督維護(hù)及運(yùn)行檢修人員的相關(guān)知識(shí)培訓(xùn)。對(duì)油質(zhì)已出現(xiàn)早期裂化的單位，應(yīng)盡快采取加強(qiáng)旁路再生系統(tǒng)的維護(hù)等措施，避免油品的進(jìn)一步裂化甚至報(bào)廢。

［1］ 羅竹杰，吉殿平.火力發(fā)電廠用油技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2006.

［2］ 郝有明.電力用油（氣）實(shí)用技術(shù)問(wèn)答［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

［3］ 劉永洛.電廠用磷酸酯抗燃油運(yùn)行與維護(hù)導(dǎo)則［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［4］ 盧 勇.磷酸酯抗燃油應(yīng)用中存在的問(wèn)題及對(duì)策［J］.東北電力技術(shù)，2003，24（11）：5－7.

［5］ 董志乾.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用油的運(yùn)行及維護(hù)［J］.東北電力技術(shù)，2001，22（3）：12－14.

Analysis and Solutions to Foaming Characteristics of Phosphates Non?flammable Oil Exceeding

LU Yong1，ZHANG Feng?qing2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Haerbin Extra?high Voltage Bureau，Haerbin，Heilongjiang 150090，China）

As the turbine regulating media，phosphates fire?resistant oil has been widely applied in our country.But compared with the conventional mineral oil，phosphates fire?resistant oil anti?foam properties and resistivity exceeds the standards，the acid number in?creased rapidly，the rapid aging phenomenon of color deepening appeared.The measures against foam properties exceeding the stand?ard are disussed in detai.The other problems in the use of the fire?resistant oil and its countermeasures are also discussed.At the same time，some of the practices of oil daily monitoring and maintenance work are also presented.

Phosphates fire?resistant oil；Foam properties exceeding standard；Countermeasures；Monitoring

TM621.8

A

1004－7913（2015）04－0033－04

盧 勇（1960—），男，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事電力用油試驗(yàn)研究工作。

2015－01－20）