電廠EH系統(tǒng)抗燃油平衡電荷與干離子交換樹脂技術(shù)的應(yīng)用分析

胡 俊，彭曉軍

（1.中國石化集團(tuán)北京燕山石油化工有限公司，北京 102500；2.北京能源集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100022）

1 電廠EH抗燃油系統(tǒng)現(xiàn)有凈化與再生措施應(yīng)用分析

EH在線管路配置使用了改性活性氧化鋁技術(shù)，同時(shí)油箱循環(huán)凈化配置真空凈油機(jī)，但是現(xiàn)場伺服閥系統(tǒng)仍然故障頻發(fā)。由于抗燃磷酸酯液壓油的特殊性，單靠簡單的真空凈油機(jī)和在線管路濾芯已經(jīng)不能滿足抗燃油的運(yùn)行管理要求。國內(nèi)各火電廠運(yùn)用抗燃液壓油，由于油質(zhì)劣化比較嚴(yán)重，導(dǎo)致EH系統(tǒng)的腐蝕和磨損，經(jīng)常引起機(jī)組跳機(jī)，大大增加了維護(hù)成本。究其原因，在過濾濾芯中發(fā)現(xiàn)深黃色和黑色油泥，在整個(gè)油箱內(nèi)發(fā)現(xiàn)凝膠和油漆狀污染物，在伺服閥內(nèi)發(fā)現(xiàn)沉積物，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，卡澀卡阻。

電廠EH系統(tǒng)抗燃油，原來使用加油小車或真空脫水等凈化措施。抗燃液壓油是磷酸酯合成液，可濾性極差，它有溶劑效應(yīng)，易形成沉淀物，堵塞濾網(wǎng)。運(yùn)行幾年后，發(fā)現(xiàn)抗燃油的理化指標(biāo)不合格，污染指標(biāo)不合格，伺服閥卡阻故障頻發(fā)。

1.1 目前抗燃油凈化措施

目前電廠的EH系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)得到很大改善，水分來源少。真空凈油機(jī)一般能較好地控制水分和顆粒污染，同時(shí)抗燃油屬于環(huán)烷基物質(zhì)，黏度指數(shù)低，只有60 mm2/s(40℃)左右。低溫情況下，黏度特別大，真空凈油機(jī)系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)入口真空度高、出口濾芯堵塞、真空泵跳閘等故障，需要經(jīng)常維修，維修成本不僅高，也經(jīng)常延誤抗燃油系統(tǒng)的凈化。目前，仍然沒有有效的手段解決凝膠物和油泥引起的伺服閥卡阻問題。

氧化鋁再生凈油機(jī)，以吸水濾芯+再生氧化鋁濾芯+高精度過濾濾芯作為組合配置，可以很好地解決清潔度、水分、酸值和電阻率問題。但是由于再生濾芯釋放金屬離子物，抗燃油氧化以及高溫劣化的不溶解的懸浮產(chǎn)物不能解決，導(dǎo)致伺服閥依然堵塞和卡阻，給電廠的發(fā)電運(yùn)行和設(shè)備管理帶來難題。

1.2 在線管路再生裝置使用脫酸再生材料引起伺服閥故障

一般在EH管路上設(shè)計(jì)和安裝使用脫酸濾芯，用于解決磷酸酯抗燃油的酸值、電阻率問題。目前管路使用脫酸濾芯已經(jīng)從硅藻土濾芯升級(jí)到氧化鋁濾芯階段，但一般設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的仍然是已經(jīng)被淘汰的硅藻土濾芯。目前這2種濾芯由于釋放金屬離子物，都處于被逐步淘汰的階段。

普通硅藻土價(jià)格低廉，酸吸收效率為0.59 mol/L，效率低。普通硅藻土含有大量的游離金屬離子，會(huì)催化抗燃油分解，縮短使用壽命，也會(huì)造成磷酸酯抗燃油系統(tǒng)的電阻率下降。游離金屬離子和磷酸酯抗燃油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生多聚磷酸酯及復(fù)雜的磷酸鹽衍生物，此衍生物以凝膠狀析出造成伺服閥卡阻和過濾器堵塞，還會(huì)使磷酸酯抗燃油各項(xiàng)泡沫性能劣化。同時(shí)，由于硅藻土中的Mg2+、Ca2+能與油中的劣化產(chǎn)物反應(yīng)生成金屬鹽，產(chǎn)生凝膠狀析出物，造成濾芯頻繁失效。

活性氧化鋁酸吸收效率為1.17 mol/L，高于普通硅藻土200%，所含游離鈉離子 (3%)溶出會(huì)導(dǎo)致磷酸酯抗燃油的電阻率下降及各項(xiàng)泡沫性能劣化?；钚匝趸X的顆粒十分細(xì)小而且硬度極高，一旦泄漏將會(huì)導(dǎo)致EH系統(tǒng)的閥和泵等磨損損壞。

改性活性氧化鋁酸吸收效率為1.17 mol/L，用于磷酸酯抗燃油的再生脫酸，有效成分相對穩(wěn)定，不釋放游離納離子和氧化鋁顆粒?；钚匝趸X的顆粒十分細(xì)小而且硬度極高，改性氧化鋁過濾介質(zhì)中還加入了一定量的人工硅酸鹽，化學(xué)成分主要是硅鋁酸鈉，它的硅石顆粒的形狀和結(jié)構(gòu)，加速了催化化學(xué)反應(yīng)。這些物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致凝膠狀析出物，不易使用在已經(jīng)運(yùn)行的抗燃油中，僅能夠與新磷酸酯抗燃油同時(shí)投入EH運(yùn)行，但使用仍然要十分慎重。

國內(nèi)某第三方潤滑實(shí)驗(yàn)室檢測的抗燃油異物分析報(bào)告顯示，2016年2月，某電力公司在其抗燃油旁路油箱中發(fā)現(xiàn)大量透明脂狀物質(zhì)。為了查明來源，對該異物取樣進(jìn)行了分析，同時(shí)送檢了系統(tǒng)中正在運(yùn)行的抗燃油作為參考，結(jié)果見表1。

表1 送檢的抗燃油和脂狀物檢測分析結(jié)果mg/kg

從表1可以看出，在用潤滑油脂狀物Al元素含量較高，另外含有少量Si、Ba、Ca、Zn等元素，而抗燃油中并不含這些物質(zhì)，表明這些元素并非來源于油品本身。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)采用的是活性氧化鋁吸附劑，是脂狀物中Al元素的主要來源，該脂狀物為抗燃油氧化產(chǎn)物與再生吸附劑反應(yīng)產(chǎn)物，通常稱之為“凝膠”。

凝膠屬于金屬鹽類，通常出現(xiàn)在使用硅藻土吸附劑和活性鋁吸附劑的抗燃油系統(tǒng)中，這是因?yàn)檫@類吸附劑在運(yùn)行時(shí)會(huì)釋放出金屬離子，例如硅藻土中的Ca、Mg離子，活性氧化鋁中的Al、Na離子等，這些金屬離子會(huì)與抗燃油氧化生成的酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成大分子的磷酸金屬鹽，也就是常說的“凝膠”，屬于亞微米級(jí)污染物，是導(dǎo)致伺服閥頻繁發(fā)生卡阻的主要原因。

1.3 縮短抗燃油的更換周期以降低伺服閥故障

有的電廠在抗燃油運(yùn)行3年后，更多的措施是大量補(bǔ)加抗燃油，采用1/3或者2/3比例的新抗燃油逐步更換運(yùn)行中的抗燃油，減少伺服閥的卡阻。這樣導(dǎo)致抗燃油采購成本不斷提高，即使更換新油，仍然不能徹底有效解決抗燃油中的亞微米級(jí)顆粒物和凝膠物，伺服閥卡阻問題依舊存在。

2 平衡電荷技術(shù)解決抗燃油中的膠質(zhì)和油泥

伺服閥頻繁發(fā)生卡阻的原因是不溶解的亞微米的油泥、膠質(zhì)和金屬離子物等沒有徹底凈化而黏附在伺服閥的線軸和噴嘴上，導(dǎo)致機(jī)組擺動(dòng)，運(yùn)行不穩(wěn)定。傳統(tǒng)常規(guī)的過濾或分離技術(shù)只能對抗燃油中3 μm級(jí)別的污染顆粒物有效過濾，不能消除3 μm級(jí)別以下的極性污染顆粒物，不能解決系統(tǒng)內(nèi)的油泥、彈性氧化物、柔性污染物及膠質(zhì)污染物的污染問題。

對抗燃油中不可溶的無機(jī)物和有機(jī)物顆粒物，可采用具有專利技術(shù)的平衡電荷集聚技術(shù)處理，不僅可以過濾掉流體中0.1 μm以上的所有顆粒污染物，而且可以主動(dòng)拔除掉系統(tǒng)內(nèi)表面上黏附的油泥和膠狀污垢。

2.1 平衡電荷原理介紹

平衡電荷凈化工藝原理是通過對微小顆粒物加載正、負(fù)靜電荷的方式，讓其集聚成大的可捕捉過濾的顆粒物，從而達(dá)到去除其他方法無法去除的微小顆粒物之目的。

圖1為混流器工作示意圖。如圖1所示，來自主機(jī)油箱的流體被分為兩路流體流進(jìn)混流器，混流器由2個(gè)分開的電極組成，這2個(gè)電極分別裝在絕緣管中，當(dāng)兩路流體分別從這2根絕緣管中流過時(shí)，由于2個(gè)電極一個(gè)攜帶正電荷，另一個(gè)攜帶負(fù)電荷，且每個(gè)電極都產(chǎn)生強(qiáng)烈的高壓電場，通過它們獨(dú)特的形狀，每個(gè)電極都向經(jīng)過的流體“噴射”電渦流，“奔涌”的電渦流向流體中的污染顆粒物充電，使其帶上電荷。

在混流器的末端，兩路分開的流體又重新混合在一起，流體中的帶相反電荷的小顆粒物相互吸引、附聚而體積增大，變成大的顆粒物，這些附聚增大后的顆粒物基本上已經(jīng)變成中性的（凈電荷為零）流向收集區(qū)域。

圖1 混流器工作示意圖

經(jīng)過初步處理，流體中可能還存留有部分凈電荷，但這部分凈電荷與平衡電荷系統(tǒng)中產(chǎn)生的相反電荷或主機(jī)設(shè)備中的自由電荷進(jìn)行靜電結(jié)合，很快趨于消盡。

2.2 平衡電荷原理技術(shù)優(yōu)勢

亞微米級(jí)凈化極大地改善了當(dāng)前的過濾系統(tǒng)，能有效去除和防止油泥、彈性氧化物產(chǎn)生，清潔伺服閥內(nèi)部黏結(jié)的污垢，避免伺服閥卡阻故障發(fā)生，減少抗燃油的更換和處置，降低維護(hù)成本。同時(shí)提高了抗燃油的溶解能力，主動(dòng)凈化和拔除已黏附在油箱內(nèi)壁、管路、液壓原件、控制元件和伺服閥等上的油泥和膠質(zhì)物，保證EH抗燃油系統(tǒng)的全面干凈。

3 新型干離子交換樹脂材料在抗燃油中的應(yīng)用

平衡電荷技術(shù)只對懸浮以及沉積的油泥、膠質(zhì)物有很好的凈化效果，對溶解的有機(jī)物和無機(jī)物，需要在EH抗燃油油箱在線管路的平衡電荷凈油機(jī)上安裝使用干離子交換樹脂濾芯，吸附交換溶解態(tài)的膠質(zhì)物和油泥，最終可除去凝膠物，避免伺服閥的卡澀。

干式離子交換樹脂濾芯是近幾年新發(fā)展的技術(shù)，由非常一致的樹脂珠子組成，可以充分安全地吸附系統(tǒng)中的酸性物質(zhì)而不用擔(dān)心內(nèi)芯爆破，從而最大限度地去除系統(tǒng)內(nèi)的酸和水分。干式離子交換樹脂濾芯具有不向流體系統(tǒng)增加水分、防膨脹設(shè)計(jì)、內(nèi)核不爆破等優(yōu)點(diǎn)，能增加吸酸容量，模塊使用壽命長。它無須內(nèi)置金屬芯核，消除金屬皂沫，吸收細(xì)的粉塵，增加抗酸性；能濾除抗燃油中的金屬離子，不釋放金屬離子，不產(chǎn)生酸性凝膠狀多聚磷酸鹽，減少了凝膠物的形成，降低了伺服閥頻繁卡阻的次數(shù)。

4 平衡電荷技術(shù)與干離子交換樹脂技術(shù)的組合使用

抗燃磷酸酯液壓油的污染物來源分析及解決辦法見表2。由表2可知，平衡電荷技術(shù)和最新材料干離子交換樹脂的組合應(yīng)用，是目前解決抗燃油伺服閥卡阻的最佳組合應(yīng)用方法。

表2 抗燃磷酸酯液壓油的污染物來源分析及解決辦法

5 應(yīng)用案例分析

某熱電廠在平衡電荷凈化使用之前，EH管路經(jīng)過技術(shù)改造，已經(jīng)換掉硅藻土濾芯，全部更換成改性活性氧化鋁再生濾芯，同時(shí)現(xiàn)場配備了真空凈油機(jī)，這種配置是處理清潔度、水分、脫酸的優(yōu)異組合，但是伺服閥依舊頻繁發(fā)生卡阻，更換伺服閥的費(fèi)用和人工成本不斷升高。使用平衡電荷+干離子交換樹脂濾芯組合凈化除油泥系統(tǒng)后，效果明顯。表3為此種組合技術(shù)在1號(hào)機(jī)安裝使用前后的對比數(shù)據(jù)。

表3 使用前后油液膠質(zhì)、酸值等數(shù)據(jù)比較

跟蹤2年的使用數(shù)據(jù)和使用效果，不僅抗燃油指標(biāo)各項(xiàng)優(yōu)異，而且伺服閥很少卡阻。2017年9月份發(fā)電機(jī)組啟機(jī)運(yùn)行，沒有再發(fā)生過伺服閥卡阻的問題，解決了調(diào)速系統(tǒng)非計(jì)劃停機(jī)的事故，節(jié)約了伺服閥使用成本和檢修費(fèi)用，延長了抗燃油的使用壽命。此種聯(lián)合技術(shù)除油泥系統(tǒng)達(dá)到了現(xiàn)場的使用要求，目前安全穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié)論

保持抗燃油的全面干凈，濾除亞微米級(jí)顆粒物和油泥，穩(wěn)定潤滑性能指標(biāo)，提高潤滑的管理水平，對EH系統(tǒng)的安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行非常關(guān)鍵。非計(jì)劃停機(jī)和檢修，增加了維修的頻率和維護(hù)成本，給電廠的發(fā)電生產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)帶來很大損失。

通過分析和使用表明，應(yīng)用平衡電荷+干離子交換樹脂組合系統(tǒng)凈化除油泥系統(tǒng)完全可以滿足并超出電力行業(yè)調(diào)速系統(tǒng)的生產(chǎn)要求，凈化并解決了調(diào)速系統(tǒng)抗燃油運(yùn)行中出現(xiàn)的油泥、膠質(zhì)物、亞微米級(jí)污染物和酸性物質(zhì)等危害機(jī)組運(yùn)行的抗燃油污染問題，可以很好地解決EH抗燃油系統(tǒng)伺服閥卡阻的問題，延長了整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命周期，保障了發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。