磷酸酯抗燃油油質運行控制與維護分析

陳 震，金 紅，凌駕政，衛建英，王 濤

（1.國網上海市電力公司電力科學研究院，上海 200437；2.上海吳涇第二發電有限責任公司，上海 200241；3.國網上海市電力公司檢修公司，上海 200063；4.上海電力股份有限公司閔行發電廠，上海 200240；5.上海申能臨港燃機發電有限公司，上海 201306）

0 引言

目前，大容量、高參數燃煤機組的汽機調節系統控制液，仍然采用磷酸酯抗燃油。在運行時，磷酸酯抗燃油的水分、酸值、顆粒度、電阻率、泡沫特性等指標容易發生變化，其中顆粒度指標受系統雜質的污染程度影響，而其他指標則與磷酸酯的氧化、污染等方面有關。如果不重視檢修質量管理、油系統清理不干凈和油質運行控制不過關，都會給系統和機組的安全運行埋下隱患，甚至可能造成超速或停機事故。

為此，加強抗燃油的運行監督及檢修質量管理，全面總結上海火電廠在抗燃油使用、運行監督和檢修管理方面的經驗，用以提高抗燃油的運行壽命，對防止調速系統卡澀和保障機組的安全經濟運行，有著十分重要的意義。上海地區從20世紀90年代初運行的125 MW機組，至目前的1 GW超超臨界燃煤機組，電廠的在線處理裝置基本上是幾十年未變的傳統典型設計，由再生裝置（硅藻土濾芯）和精過濾裝置組成。本文針對抗燃油在線、離線處理裝置的再生處理介質、運行維護進行分析，提出合理的在線、離線處理裝備方式，用以提高磷酸酯抗燃油的運行壽命。

1 上海地區火電廠抗燃油使用狀況

從2013年6月對上海地區火電廠抗燃油合格率的統計數據看，合格率最低的是抗燃油，許多電廠常見的不合格指標通常是水分、顆粒度、酸值，在這里不做統計羅列，表1的數據為不常超標的項目如體積電阻率、泡沫特性、空氣釋放值的檢測值。2013年6月上電漕涇電廠與石洞口燃機電廠抗燃油運行檢測數據，如表1所示。

2013年6月漕涇燃機電廠與石洞口電廠抗燃油運行檢測數據，如表2所示。

從表1和表2抗燃油的運行數據可以看出，抗燃油的顆粒度（Nas1638）、體積電阻率、酸值、泡沫特性、空氣釋放值都已超過國家標準，而且這些超標項目之間有著相互關聯。

磷酸酯在長期使用后，油中水分、金屬離子和水解反應生成的酸性物質，會進一步惡化油品的性能，其水解反應是自催化反應，H＋會加快反應速度，水解后抗燃油的酸值會很快上升。因此，油質劣化的主要特征是酸值急劇上升，而酸值升高后導致油質進一步劣化，不但縮短了油品使用壽命，也使調速系統遭受腐蝕、卡澀失靈等引發故障，影響機組安全生產。

隨著機組服役年限的增長，抗燃油逐漸老化是無法避免的，但如能及時處理，是可以避免諸如油氣界面的表面活性、抗燃油的電阻率下降以及抗泡沫特性變差等問題。也就是說，如果能投運高效處理裝置，采取有針對性的技術手段，可以延長抗燃油的運行壽命，確保抗燃油各項指標合格。

2 上海地區火電廠再生處理設備的配置

表1 上電漕涇電廠與石洞口燃機電廠抗燃油檢測數據

為了使磷酸酯抗燃油能夠長期安全運行，必須提高對抗燃油的日常維護力度。抗燃油的維護，通常采用在線與離線兩種處理方式。

2.1 在線處理設備的運行分析

上海地區火電廠從20世紀90年代初的吳涇熱電廠11號和12號機組、外高橋電廠1～4號機組，閘電燃氣輪機廠4臺燃機，直至2010年投產的上電漕涇電廠，再生處理設備的設計均采用傳統典型設計，即通過油路中的一個精密濾油器組件進行在線處理，如圖1所示。

圖1 在線處理的精密濾油器

精密濾油器主要由硅藻土濾油器與波紋纖維濾油器串聯而成，通過帶節流孔的管道與高壓油集管相通。過濾器截除抗燃油中的顆粒雜質及污染物，再生裝置裝有硅藻土吸附劑，可吸附油中氧化產物，使抗燃油再生。也就是說，國產300 MW機組油系統管路中，大約有3.8 L／min的油流過油再生裝置，然后進入EH油箱。

當油質合格時，油可以不經再生裝置，僅通過波紋纖維濾油器進行顆粒去除。硅藻土濾油器與波紋纖維濾油器的濾芯均可更換。當濾油器的油溫在43～45℃之間，壓力達到0.21 MPa時關閉通往再生裝置管路上的閥門，及時更換濾芯。

在線處理設備在運行上存在2個致命缺陷：

1）采用硅藻土濾芯進行除酸處理，對處理低酸度的抗燃油有一定的效果。當酸值超過0.2 mg／g后，處理起來就比較困難，往往需要更換幾個硅藻土濾芯才起作用；當酸值超過0.3 mg／g后，硅藻土就無法達標處理。同時，硅藻土長期運行后會釋放出鈣、鎂和鐵等金屬離子，導致抗燃油電阻率下降。這些金屬離子與抗燃油中的酸性物質發生反應，使抗燃油的泡沫特性劣化，形成凝膠狀的磷酸金屬鹽（油泥），造成伺服閥粘結引發故障。

2）硅藻土是一種天然土，顆粒很細、呈粉末狀，尺寸不均，有電廠在運行不當時，發生硅藻土粉末泄漏，污染抗燃油。流出的硅藻土粉末，由于顆粒很細，后面的過濾器很難全部去除，帶入系統中對抗燃油造成顆粒污染。

多年的運行實踐證明，硅藻土過濾器不適合長期投入運行。目前，上海地區火電廠在線硅藻土濾芯已基本棄用，取而代之的是采用離線處理設備。

2.2 離線處理設備的運行分析

目前，上海地區火電廠離線處理方式有兩種，一種是使用PALL公司離線處理設備，另一種是使用西安熱工院的離線處理設備。

2.2.1 PALL公司的離線處理方式

PALL公司生產的離線處理裝置采用分離模塊處理單元，如脫水設備與精濾、再生裝置與油泵，可以分別安裝在不同的推車上，處理模式具有多種組合方式，如圖2所示。

圖2 PALL公司離線處理裝置

1）脫水設備、精濾與極性樹脂并聯運行 目前，石洞口二廠采用脫水設備、精濾和極性樹脂并聯運行模式，如圖3所示。

由于PALL公司再生方式處理原理是離子交換，在運行過程中經過極性樹脂再生處理后會產生等當量的水分流入油箱，容易造成抗燃油水分超標。

圖3 并聯運行方式

2）先極性樹脂再脫水設備、精濾的串聯運行

目前，漕涇燃機電廠、外高橋二廠、臨港燃機電廠、上電漕涇電廠均采用極性樹脂經過脫水設備再經過精濾設備的串聯運行方式。

采用這種連接方式不僅可以在離線時使用，也可以在水分和酸值超標時投運。由于脫水設備放在極性樹脂之后，經過極性樹脂后產生的水分能通過脫水機進行及時去除。此連接方式已在上海地區大多數電廠中使用。為此，建議PALL公司的處理設備連接方式為先極性樹脂再脫水設備、精濾的串聯運行方式，對于油品的水分、顆粒度、酸值、氯離子、體積電阻率超標的問題有較好的處理效果。

當磷酸酯抗燃油酸值較高時，極性樹脂應選用陰極性樹脂進行再生處理；當磷酸酯抗燃油酸值不超標，體積電阻率超標時應選用陰樹脂、陽樹脂的配置去除抗燃油中的陰陽雜質離子。但要注意：使用“一陰一陽”配置時，處理流量會下降一半。如處理時間允許，可采用一個星期用兩陰交換柱，另一個星期用兩陽交換柱的處理方式。

2.2.2 西安熱工院的離線處理方式

目前，吳涇熱電廠、石洞口電廠均采用西安熱工院的離線處理裝置，工藝流程是先流入脫水設備，再流入再生設備，最后流入過濾設備的串聯運行方式，如圖4所示。

圖4 西安熱工院離線處理的裝置

在脫水設備內裝有1只濾芯，依靠脫水劑的高效吸水作用吸附油中水分；在再生設備內裝有1只再生濾芯，依靠吸附劑將油中的酸性成分及極性雜質除去；在過濾設備中，粗過濾器內裝有6只線隙式濾芯，過濾精度一般為5μm，其納污量大，可以去除油中大量機械雜質；精過濾器的過濾精度為1μm。通過粗過濾器與精過濾器的組合過濾作用，充分提升再生后油的清潔度。

2.3 兩種處理方式的比較

2.3.1 處理項目比較

西安熱工院與PALL公司離線處理裝置的主要處理項目比較，如表3所示。

表3 兩種離線處理裝置的處理項目比較

由表3可以看出，西安熱工院與PALL公司的離線處理方式，對于提升抗燃油的油品質量都有一定的效果，兩者也有著各自的優勢。

2.3.2 處理設備比較

1）脫水設備 目前，電廠抗燃油脫水的方法有兩種，一種是真空濾油機脫水，另一種是吸水濾芯脫水。西安熱工院脫水設備的濾料，采用吸水劑吸附脫水，適合油中含水量不高的處理，此種吸水劑具有很強的親水疏油特性，吸水性能穩定、脫水效率較高，能維持油中含水量在300 mg／L左右，滿足運行抗燃油脫水的需要。缺點是吸附濾芯會飽和，要定期更換濾芯來保證對油品中水分的去除，維護工作量大。

2）真空凈油機 優點是去除水分較多、處理流量高、處理時間短、設備運行可靠、脫水后油中水分含量較低；缺點是在高真空度下有加速磷酸酯分解的傾向，價格昂貴、操作復雜、需要較大的空間。西安熱工院精濾裝置的濾芯為1μm，PALL公司精濾裝置的濾芯為3μm，也可配置濾芯為1μm，對細小顆粒有很好的去除效果。當過濾精度過高時，容易導致設備運行過濾壓力過大，處理連續性受到影響。

3）再生處理 西安熱工院再生介質的處理量大于PALL公司的處理量。對于泡沫特性指標、酸值、體積電阻率、顆粒、水分有明顯的處理效果。PALL公司則在酸值、體積電阻率、顆粒、水分、氯含量去除方面有明顯的處理效果。

4）安全運行與程控 PALL公司在設備安全運行、程控方面有著明顯的優勢，處理設備做工精致。

2.3.3 綜合指標比較

對于抗燃油指標超標問題，主要是電廠在選擇油系統處理設備上不了解處理設備的性能和處理原理，對抗燃油超標項目在針對性處理上未能采取有效手段，例如：體積電阻率超標，應選擇陰交換柱或物理吸附柱進行處理；泡沫特性指標超標，不能選擇極性樹脂處理；氯含量指標超標，不能選擇物理吸附柱處理。也就是說，油務工作者必須熟悉抗燃油處理設備的處理原理，不同處理設備的性能和利弊，有效配置現有的處理設備資源，才能做到對超標項目進行有效處理。

3 結論與建議

1）運行狀態下抗燃油逐漸老化是無法避免的，只要能夠及時有效處理，還是可以避免油質劣化。要了解抗燃油處理設備的工作原理，對不同的超標指標進行有針對性的處理。

2）上海地區火電廠抗燃油使用的在線處理設備，目前已經棄用，要恢復抗燃油在線處理設備的正常使用，必須對再生裝置使用的硅藻土材質進行改良，采用更高性能的物理吸附材料，如更換成極性樹脂，系統中必須配置脫水設備才能使用。

3）使用PALL公司的處理設備，應采取先極性樹脂再脫水設備再精濾設備的串聯運行的處理方式。

4）抗燃油運行溫度要求低于50℃，不能有局部過熱點。運行人員應加強監視，及時調控溫度。對于空冷系統，風扇啟動時的溫度要低于50℃。

5）當環境氣溫較低時，油質處理時盡可能少投浸入式電加熱裝置，防止油溫局部過熱。

6）為保持系統清潔，建議在再生裝置中配置1μm的濾芯過濾，必要時可更換使用。

7）上海地區由于空氣濕度大及晝夜溫差等緣故，水分會通過呼吸器進入油箱，必須在呼吸器上加裝干燥劑。

［1］ 羅運柏，王聰玲，于萍.汽輪機電液調節系統用磷酸酯抗燃液的性能與分析監督［J］.汽輪機技術，1995，6（2）：10-16.

［2］ DL／T 571—2007，電廠用磷酸酯抗燃油運行與維護導則［S］.