電廠壓縮空氣含油量檢測(cè)方法的對(duì)比分析

趙也

（中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東電力試驗(yàn)研究院，安徽合肥230022）

發(fā)電廠壓縮空氣系統(tǒng)是不可或缺的公用系統(tǒng)，相對(duì)于對(duì)電源供電可靠性的重視而言，壓縮空氣的質(zhì)量監(jiān)測(cè)卻往往被忽視，因此造成壓縮空氣質(zhì)量下降、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)拒動(dòng)、雜質(zhì)沉積，使換熱能力下降等，危及機(jī)組安全運(yùn)行的事故時(shí)有發(fā)生[1-2]?；旌显趬嚎s空氣中的油蒸汽聚集到一定程度就會(huì)形成易燃易爆源。潤(rùn)滑油汽化后會(huì)形成一種有機(jī)酸，易腐蝕壓縮空氣管道內(nèi)表面，使橡膠、塑料、密封材料變質(zhì)，堵塞小孔，造成閥類動(dòng)作失靈。因此，壓縮空氣的質(zhì)量指標(biāo)必須控制，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定。DL/T 774-2004《火力發(fā)電熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行規(guī)程》[3]和DL/T 261-2012《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》[4]亦明確規(guī)定了壓縮空氣需要檢測(cè)含油量指標(biāo)。

目前壓縮空氣含油量的檢測(cè)常見的有半定量和定量檢測(cè)，半定量檢測(cè)的代表是檢測(cè)管法和檢測(cè)盒法，僅能分等級(jí)檢測(cè)，難以出具具體檢測(cè)數(shù)值。目前現(xiàn)有的定量檢測(cè)多是吸收-儀器檢測(cè)法，都需要進(jìn)行氣體預(yù)處理。目前常見的壓縮空氣中油分預(yù)處理的方法主要有吸收法溶劑吸收、吸附材料吸收、冷凝富集吸收等，但壓縮空氣的預(yù)處理吸收過(guò)程復(fù)雜繁瑣，且容易影響檢測(cè)結(jié)果，如最常見的溶劑吸收法是采用四氯化碳溶劑進(jìn)行吸收，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)用的四氯化碳（需要現(xiàn)場(chǎng)新蒸餾）、吸收時(shí)間長(zhǎng)，吸收后還要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)還需要配制同一四氯化碳背景的標(biāo)準(zhǔn)溶液，且吸收液的純度、吸收容器等對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較大，配制標(biāo)準(zhǔn)曲線易受污染。現(xiàn)場(chǎng)吸收液在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)的主要方法有重量法、紫外分光光度法、紅外分光光度法、熒光光譜法、比濁法、氣體檢測(cè)管法、氣相色譜法等，其中最常見的是紫外分光光度法和紅外分光光度法，因此現(xiàn)場(chǎng)開展壓縮空氣含油量檢測(cè)困難[5，12]。據(jù)了解，很多電廠因此壓縮空氣含油量的檢測(cè)較少，無(wú)法全面監(jiān)控壓縮空氣的質(zhì)量。為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)壓縮空氣含油量的檢測(cè)要求，本文對(duì)比了PID法（光離子化檢測(cè)器，簡(jiǎn)稱“PID”）與吸收-紅外光譜法檢測(cè)壓縮空氣含油的檢測(cè)結(jié)果，提出了壓縮空氣含油量的PID現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及材料

傅利葉紅外光譜儀；四氯化碳蒸餾裝置；容量瓶；氣體中油分吸收器；濕式氣體流量計(jì)，0.5 m3/h，準(zhǔn)確度為1%；盒式氣壓計(jì)，分度1 hPa；PID油分檢測(cè)儀。

四氯化碳，分析純，新蒸餾；壓縮空氣；30號(hào)壓縮機(jī)油。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

1.2.1 吸收-紅外光譜法

（1）新蒸餾4 L四氯化碳，作為吸收液和標(biāo)準(zhǔn)液配制液。

（2）利用吸收裝置，分別于兩只干燥潔凈的洗氣瓶中加入25 mL四氯化碳，置于0℃冰水浴中連接氣路，如圖1所示，記錄濕式氣體流量計(jì)起始、終止體積，待測(cè)氣體以低于10 L/h的流速穩(wěn)定地流過(guò)洗氣瓶，約流過(guò)20 L氣體時(shí)，記錄濕式氣體流量計(jì)氣體流量，以及起始、終止氣體溫度、壓力，吸收結(jié)束。

圖1 壓縮空氣含油量吸收連接圖

（3）標(biāo)準(zhǔn)工作液的配制。分別配制0.2 mg/L、0.5 mg/L、0.8 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L、2.0 mg/L、4.0 mg/L的含油四氯化碳標(biāo)準(zhǔn)液。

（4）吸收液的檢測(cè)。利用傅利葉紅外光譜儀檢測(cè)含油四氯化碳標(biāo)準(zhǔn)液2 930 cm-1吸收峰的吸光度，并繪制工作曲線；利用傅利葉紅外光譜儀檢測(cè)吸收液2 930 cm-1吸收峰的吸光度，再?gòu)墓ぷ髑€上查出吸收液中吸光度。

（5）檢測(cè)結(jié)果的計(jì)算。壓縮空氣的含油量按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Oc—壓縮空氣中的含油量，mg/m3；a—吸收液中含油量的濃度，mg/L；Vc—20℃和101 325 Pa時(shí)的校正體積；100—吸收液的體積，mL。

按式（1）計(jì)算在20℃和101 325 Pa時(shí)的校正體積Vs（L），即：

式中：p1和p2—起始和終結(jié)時(shí)的大氣壓力，Pa；t1和t2—起始和終結(jié)時(shí)的環(huán)境溫度，℃；V1和V2—濕式氣體流量計(jì)起始和終結(jié)時(shí)的體積，L。

1.2.2 PID檢測(cè)法

連接PID油分檢測(cè)儀檢測(cè)管路，調(diào)節(jié)壓縮空氣的氣體流量，按儀器要求進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)束后，記錄檢測(cè)結(jié)果、氣體壓力、氣體溫度。

PID的檢測(cè)原理是利用紫外燈（UV）光源將有機(jī)物分子電離成可被檢測(cè)器檢測(cè)到的正負(fù)離子（離子化），檢測(cè)器捕捉到離子化了的氣體的正負(fù)電荷并將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)氣體濃度的測(cè)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制的試驗(yàn)研究

為了確保含油工作液的可靠性，本文利用蒸餾四氯化碳配制一組含油標(biāo)準(zhǔn)液作為基準(zhǔn)，然后分別利用非蒸餾四氯化碳、不同容器存放四氯化碳、洗氣瓶存放四氯化碳等配制含油工作液，并利用傅利葉紅外光譜儀檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)液吸光度，檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 四氯化碳對(duì)含油標(biāo)準(zhǔn)液配制的影響研究試驗(yàn)結(jié)果

從表1檢測(cè)結(jié)果可以看出，采用非蒸餾四氯化碳、不同玻璃容器儲(chǔ)存的四氯化碳或洗氣瓶?jī)?chǔ)存的四氯化碳都可能影響含油標(biāo)準(zhǔn)液的濃度，且檢測(cè)的含油量具有一定的分散性，沒(méi)有規(guī)律，因此，可能造成標(biāo)準(zhǔn)曲線的不準(zhǔn)確，線性較差，影響壓縮空氣含油量的檢測(cè)結(jié)果。在進(jìn)行含油標(biāo)準(zhǔn)液配制時(shí)，應(yīng)選用新蒸餾的且存放于同一玻璃容器內(nèi)的四氯化碳進(jìn)行配制，避免因四氯化碳不純或被污染而影響壓縮空氣含油量的檢測(cè)結(jié)果。

2.2 兩種不同檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)研究

本文分別利用吸收-紅外光譜法和紅外光譜檢測(cè)法對(duì)不同濃度的壓縮空氣的含油量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2所示。

為了更清晰地判斷利用PID的檢測(cè)方法與吸收-紅外檢測(cè)法檢測(cè)結(jié)果是否一致，本文對(duì)兩種方法的檢測(cè)結(jié)果繪制了曲線圖，見圖2所示。

表2 利用兩種方法檢測(cè)不同壓縮空氣含油量的檢測(cè)結(jié)果

圖2 兩種方法檢測(cè)不同壓縮空氣含油量的檢測(cè)結(jié)果

由圖2看出，利用PID方法與吸收-紅外檢測(cè)法檢測(cè)壓縮空氣含油量的檢測(cè)結(jié)果基本一致，曲線的變化趨勢(shì)一致，檢測(cè)結(jié)果接近，說(shuō)明采用PID檢測(cè)法也能實(shí)現(xiàn)壓縮空氣中含油量的檢測(cè)。從圖2還可以看出，采用吸收-紅外法檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性較差，偏移較大，尤其是當(dāng)壓縮空氣的含油量較低時(shí)，檢測(cè)結(jié)果的偏差較為明顯，檢測(cè)結(jié)果的分散性較大，可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成較大的影響，經(jīng)分析認(rèn)為，主要是由于采用吸收-紅外法檢測(cè)時(shí)，樣品處理需要利用四氟化碳對(duì)氣樣中油分進(jìn)行吸收，吸收過(guò)程對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響較大，如果洗瓶器沒(méi)有洗干凈、吸收液接觸連接管等原因都可能造成壓縮空氣含油量檢測(cè)結(jié)果偏高。

采用PID檢測(cè)法檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，PID檢測(cè)法是一種非破壞性檢測(cè)法，不會(huì)改變待測(cè)氣體分子，經(jīng)過(guò)PID檢測(cè)的氣體仍可被收集繼續(xù)使用，因此，PID檢測(cè)法可考慮用于壓縮空氣含油量的在線監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)論

（1）采用PID檢測(cè)技術(shù)能有效替代吸收-紅外法開展壓縮空氣質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)電廠壓縮空氣現(xiàn)場(chǎng)的快速檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，解決了傳統(tǒng)吸收-紅外檢測(cè)法檢測(cè)過(guò)程中，樣品預(yù)處理易受污染、操作繁瑣、不能現(xiàn)場(chǎng)完成檢測(cè)、檢測(cè)結(jié)果受人工操作、容器等多種因素影響較大等問(wèn)題。

（2）PID是一種非破壞性檢測(cè)器，可考慮用于壓縮空氣含油量的在線監(jiān)測(cè)，適用于電廠壓縮空氣的在線監(jiān)測(cè)。

（3）采用吸收-紅外法進(jìn)行壓縮空氣含油量檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)結(jié)果分散性較大，可能是由于吸收過(guò)程受到污染引起的。

（4）配制含油四氯化碳標(biāo)準(zhǔn)液時(shí)，應(yīng)選用玻璃容器，且所用玻璃量具、器皿必須清洗干凈，避免接觸乳膠管、洗氣瓶等容器而造成污染。