運行抗燃油酸值及電阻率超標原因分析及治理

汪 艷 張 國

江蘇闞山發電有限公司

抗燃油是一種人工合成的化學物質，學名三芳基膦酸酯，因其自燃點遠高于礦物型汽輪機油，具有遇明火不易燃燒以及即便燃燒但不傳播火焰的性質，因此廣泛用于汽輪機調節及保安系統。然而，抗燃油的氧化安定性及水解安定性相對較差，即受系統及環境工況（如溫度、氧氣、水分、輻射、外界污染等）影響，抗燃油極易發生劣化變質，從而表現出某一（些）指標變化，例如酸值升高、電阻率降低、水分增大、顆粒度超標等等。如若不及時采取有效措施恢復、清潔油質，則油質劣化后產生的極性劣化產物會加速、催化運行油的進一步劣化乃至老化。同時，油質劣化后還很有可能會引起發電機組調速系統發生故障，例如伺服閥的腐蝕、泄漏、卡澀、動作失靈等等。因此，油質問題與發電機組運行的安全性以及經濟性息息相關，為防止因油質劣化對機組的安全和運行效率產生不利影響，必須嚴格做好油質的監督及維護工作，對劣化油加以有效手段恢復其性能指標，確保油質及機組的平穩運行。

系統運行工況概述

某廠#1、#2 汽輪發電機組為哈爾濱汽輪機廠引進技術制造的超超臨界凝汽式機組，于2011年1月通過168h 試運投入生產。主機調節保安系統使用美國科聚亞公司生產的46 號磷酸酯高壓抗燃油，正常狀況下抗燃油系統工作壓力為14±0.5MPa，油箱油溫控制溫度為37℃～55℃，抗燃油旁路再生裝置為機組配套的國產樹脂濾芯。自投產以來，兩臺機組抗燃油的酸值和電阻率長期超標，并且顏色為深棕色不透明狀。2013年4月油質分析報告顯示：2#機抗燃油的酸值已高達0.46mgKOH/g，遠遠超出運行油的標準要求，此外，電阻率和泡沫特性也超標，說明該油已經嚴重劣化變質。

表1 油質分析報告

抗燃油酸值及電阻率超標的危害

酸值是反映抗燃油劣化變質程度的一項重要化學性能指標。抗燃油酸值升高說明油劣化（水解、氧化）產生了酸性物質，而這些酸性物質就像催化劑一樣，可加速抗燃油的進一步劣化。運行抗燃油酸值控制在小于0.15mgKOH/g 的范圍內，一般來說運行機組油酸值大于0.1mgKOH/g 以上油質就會加速劣化，因此需將運行抗燃油的酸值盡可能控制在較低的、合理的范圍內，從而減緩抗燃油自然劣化分解速度。酸值高的油有腐蝕性，由于汽輪機調速系統部件均采用不銹鋼材料，所以主要問題不是酸腐蝕，而是酸值升高，表明油已劣化變質，油中這些劣化產物會嚴重影響抗燃油的電阻率、泡沫特性、顆粒度、空氣釋放值、閃點等性能指標。

抗燃油的電阻率是非常重要的電化學性能指標，如果運行中的抗燃油電阻率低于6.0×109Ω·cm，極有可能導致調速系統部件產生電化學腐蝕，特別是在伺服閥內部油流形態及流速的變化，極易導致伺服閥發生腐蝕。電阻率值越低，電化學腐蝕就會越嚴重。調速系統部件電化學腐蝕是一種不可修復的損壞，其結果是需要頻繁更換被腐蝕損壞的無法滿足性能要求的部件。如果機組運行中不能及時更換這些損壞了的部件（伺服閥），機組的保護、調節性能就會受到影響，給機組的安全運行帶來隱患，嚴重時將危及機組設備安全。

抗燃油酸值及電阻率超標原因分析

根據磷酸酯抗燃油的劣化機理，并結合該廠調節保安系統實際布置情況，對兩臺機組抗燃油酸值及電阻率的超標原因進行如下分析。

1）兩臺機組調節保安系統抗燃油在日常維護中，其水分含量控制的較為嚴格，基本處于300～600mg/L 的水平，且抗燃油油箱頂部呼吸器內的干燥器一直處于生效狀態（內裝變色硅膠，正常時呈藍色，可吸附空氣中的水氣，避免其進入抗燃油；當水氣吸附飽和后呈粉紅色，表明失效，需更換），因此，因水分大導致抗燃油發生水解反應從而造成酸值升高、電阻率降低的可能性基本可以排除。

2）DL/T 571-2007《電廠用磷酸酯抗燃油運行與維護導則》中指出：抗燃油溫度需控制在35℃～55℃的范圍內。該廠兩臺機組抗燃油油箱溫度分別為：1#機49.9℃，2#機49.5℃。除此之外，對汽缸兩側的回油管、壓力油管、保安油、油缸等部位用紅外測溫儀進行仔細檢查，未發現局部過熱點，但離汽缸距離較近的個別油動機部位油溫接近70℃，處于偏高水平。由此分析，受溫度影響，抗燃油可能發生了一定程度的氧化反應，從而造成其酸值及電阻率超標。

表2 現場處理后油質分析報告

3）該廠在新油入廠驗收時進行了嚴格的、周詳的油質檢驗工作，嚴把新油入廠質量驗收關，避免“二手油”等質量差的油品流入。同時，在機組油位低需要補油前，嚴格按照標準進行混油試驗，試驗通過后再行補油。另外，機組檢修時涉及使用含氯洗滌劑清洗系統時，之后均用質量合格的運行油對系統進行反復沖洗，不會造成洗滌劑殘留對油品的極性污染。以上均說明，運行油未受到補油、混油或外界污染。

4）該廠一直使用基建時機組配套的國產樹脂濾芯用于抗燃油的維護。機組投運初期，該濾芯能夠控制抗燃油的酸值及電阻率在標準范圍內，但隨著機組運行時間以及油品使用時間的延長，油質發生深度劣化變質，當酸值升高及電阻率降低幅度較大后，即便頻繁更換該樹脂濾芯，也未能有效將抗燃油的指標控制合格。后期化驗數據顯示：兩臺機抗燃油酸值從剛超出標準要求到一直不斷升高，目前達到0.46mgKOH/g，電阻率也一直呈下降趨勢，目前降至2.7×109Ω·cm 的水平。因此，油質劣化后，該樹脂濾芯無法有效恢復抗燃油性能指標，這應該是造成酸值和電阻率較差的主要原因。

治理措施

抗燃油再生原理

目前國內關于抗燃油的再生處理所用濾芯基本可以分為以下幾種：硅藻土濾芯、活性（改性）氧化鋁濾芯、樹脂濾芯、強極性分子吸附劑濾芯。前兩者的原理都是依靠硅藻土或氧化鋁的吸附作用將油中的酸性成分和極性雜質除去，從而達到降低酸值和提高電阻率的目的。實踐證明：抗燃油再生裝置長期使用硅藻土濾芯及改性氧化鋁濾芯時，當濾芯失效后會不同程度地釋放顆粒物質、金屬離子或水分，污染抗燃油。對于離子交換樹脂濾芯，目前較多電廠都在使用，然而其使用過程中會帶來陰、陽離子結合形成水造成抗燃油水分超標的情況，因此具有一定副作用。對于強極性分子吸附劑濾芯而言，該濾芯中的吸附劑具有孔徑小、比表面積大、極性強的特點，可以大量、快速、選擇性地吸附去除油中的全部極性化合物，即油的劣化產物。這些極性化合物不僅包括酸性化合物，還包括發色物質分子、表面活性物質等非酸性化合物，因此強極性分子吸附劑濾芯對改善抗燃油顏色、酸值、電阻率、去除油泥等理論上應該具有良好的效果。

現場處理情況

結合#1、#2 機抗燃油酸值及電阻率的超標原因，為提高抗燃油再生濾芯吸附效果，選用了強極性分子吸附劑再生濾芯對油質進行再生。2013年6月，利用檢修機會將#2 機抗燃油再生裝置中的國產樹脂濾芯更換為強極性分子吸附劑再生濾芯，濾芯更換后對#2 機抗燃油進行取樣化驗分析，結果見表2。

由表2 可以看出：

1）強極性分子吸附劑再生濾芯能有效去除影響體積電阻率的所有極性劣化產物，可快速、大幅度地提高抗燃油的電阻率。更換強極性分子吸附劑再生濾芯后第4天，電阻率就由現場處理前的2.7×109Ω·cm 提升至8.89×109Ω·cm，第八天提升至4.57×1010Ω·cm，達到新油標準，之后保持穩定。

2）強極性分子吸附劑再生濾芯可快速有效地解決抗燃油的酸值超標問題。現場處理前2#機酸值達到0.46mgKOH/g，油泥析出嚴重，油的顏色發黑。再生處理一周后，運行油顏色明顯改觀，由黑色不透明狀變為棕色透明狀，油泥析出量明顯減少。但由于前期酸值超標嚴重，故后期酸值處理效果相對較為平緩。第19 天內將酸值降低至0.119mgKOH/g，達到合格標準。

3）強極性分子吸附劑再生濾芯能解決抗燃油顏色變深問題，能有效去除油中的極性發色物質分子，使油的顏色明顯變淺。

4）經強極性分子吸附劑再生濾芯處理后，抗燃油的水分、顆粒度穩定，不產生對抗燃油有害的金屬鹽類物質及其他副反應。

5）對于后期酸值、電阻率檢測結果的波動，分析為取樣位置及試驗誤差所致。

結語

1）某廠抗燃油投產后一直采用基建時機組配套的國產樹脂濾芯用于抗燃油的維護，該維護手段落后，致使兩臺機組抗燃油的酸值和電阻率均超標，且油的顏色很深，油質劣化嚴重。

2）抗燃油系統中個別部位運行溫度偏高也是造成油質劣化的一個原因。

3）通過使用強極性分子吸附劑再生濾芯替代國產樹脂濾芯對#1、#2 機抗燃油進行在線再生處理后，徹底恢復了油質的性能指標，取得了滿意的處理效果。

4）建議新建機組在基建時抗燃油再生裝置配套強極性分子吸附劑再生濾芯，以保持運行過程中油質穩定。