磷酸酯抗燃油泡沫特性超標等問題分析及對策

盧 勇，張鳳清

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 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等問題分析及對策

盧 勇1，張鳳清2

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 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調速介質在我國已得到了普遍應用，但與傳統的礦物油相比，在使用中出現了油品抗泡沫特性超標，電阻率超標以及酸值迅速升高，顏色加深的快速裂化現象。重點對抗燃油泡沫特性超標問題的處理進行了較為詳細的探討，同時對抗燃油在使用中出現的其它問題及采取的對策進行了論述，對油品在日常監測維護工作的一些做法也做了介紹。

磷酸酯抗燃油；泡沫特性超標；對策；監督檢測

為適應高壓機組蒸汽參數的變化，改善汽輪機液壓調節系統的動態響應特性，必須縮小液壓執行機構的尺寸，提高調節介質的工作壓力。調節介質極高的工作壓力也大大增加了介質泄漏的風險，傳統的礦物型汽輪機油其自燃點僅為350℃左右，油品一旦泄漏極易造成火災。因此，為適應大容量高參數機組發展要求，汽輪機調速系統越來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機組的調節系統在高壓力下工作時油品泄漏到主蒸汽管道（溫度一般大于530℃）而導致火災的危險［1］。

目前絕大多數單位所使用的抗燃油都是從國外進口的，價格十分昂貴。一般每桶（200 L）售價3.4萬元，每臺機組一般用油量8桶左右。這樣，做好油品的監督維護工作，延長油品的使用壽命不僅是機組安全運行的需要，同時對降低發電成本，提高設備運行的經濟性，減少報廢油品對環境的污染都具有十分重要的意義。

元寶山電廠是我國使用抗燃油較早的電廠之一。早在1984年1號機的調速系統就采用了抗燃油，至今已使用30多年。目前抗燃油已在各種容量的機組上普遍應用。多年的應用實踐使我們對這種新介質的性能、變化規律以及監督維護方法等有了更全面的了解，同時也積累了一定的經驗。

1 存在的問題

1.1 油品抗泡沫特性超標

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隨之增大。多余的氣體會自動釋放出來，但磷酸脂抗燃油對空氣的釋放速度要比礦物汽輪機油慢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段內空氣又可從油中釋放出來，這樣會導致系統工作不穩定而引起機組振動等。另外，油中含有較多的空氣（泡沫）還會影響泵的出力、加速油品老化，嚴重時造成假油位，甚至油從油箱中溢出而造成更嚴重的后果。

運行中發現抗燃油的抗泡沫特性會突然增大，而不像酸值等指標會有明顯的變化趨勢。如某廠1號機調節系統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，且遠遠超過了規定值。類似的情況在鐵嶺電廠的4號機、華能大連電廠的3號機旁路系統以及綏中電廠多臺機組都出現過。1.2 油品的裂化速度快

表1 某廠1號機調速系統抗燃油抗泡沫特性變化情況

目前汽輪機調速系統所用的抗燃油都是由三芳基磷酸酯調配而成的，其與普通的礦物汽輪機油有很大的不同，它較易水解，特別是在高溫高壓下，磷酸酯會逐漸水解生成酸性磷酸酯和酚，并能進一步發生縮合反應生成低分子酸和高分子老化產物，這些產物在油中不僅會使油的酸值升高，顏色加深，縮短油品的使用壽命，同時還會造成調速系統卡澀和腐蝕。

在實際使用中發現，如果在使用中不對油品采取有效的維護措施，它就會迅速老化，酸值升高，顏色加深。表2列出了某廠1號機抗燃油酸值的變化情況：酸值逐年增大，僅3年左右的時間就已接近極限值。其它很多電廠情況也基本相同，如華能伊敏電廠、大連電廠、丹東電廠等油品經過3～5年的運行后，酸值都接近或超過0.15 mgKOH／g。伊敏電廠1號機最高曾達到0.33 mgKOH／g。丹東電廠和大連電廠的旁路系統與調節系統所用的抗燃油不同，顏色為綠色，老化速度更快，酸值曾經達到0.35 mgKOH／g，遠遠超過運行抗燃油的質量標準（≤0.15 mgKOH／g），顏色已接近黑色。

表2 某廠1號機抗燃油酸值的變化情況

1.3 部分油品的體積電阻率超標

礦物油的介電性（常用體積電阻率的指標來衡量）比三芳基磷酸酯抗燃油高很多，因此礦物汽輪機油對電阻率指標沒有要求，而對調速系統中所用的抗燃油則有嚴格的規定，如果電阻率太低，就會造成伺服閥的腐蝕，造成調速系統卡澀。

目前遼寧及蒙東地區的多家電廠多臺機組的抗燃油體積電阻率存在或出現超標問題，即低于控制標準6×109Ωcm（20℃）。

另外，在電阻率測試時發現，其值隨溫度的變化而變化，溫度降低時，電阻率升高，溫度升高時電阻率變小。因此測試體積電阻率的儀器應具備恒溫功能，保證測試值為20℃的結果。

1.4 油中水分有超標現象

過多水分會使抗燃油水解劣化，同時使酸值升高，電阻率等多項指標變差。

從近30年來的運行情況看，絕大多數電廠的抗燃油水分都始終合格，不超過標準值0.1%。個別偶爾出現油品水分超標的電廠都是分布在沿海地區，如綏中電廠、大連電廠等，且出現在夏季空氣濕度較大的季節。很顯然這是由空氣中的濕氣進入油中所致。冷油器泄漏，使冷卻水進入油中是水分超標的另一個原因。另外，深度老化的油品含水量也可能超標。

1.5 油品的溶劑效應問題

抗燃油（三芳基磷酸酯）對許多有機化合物和聚合材料具有很強的溶解力，即溶劑效應。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油相差不大，部分現場的運行、檢修人員由于對抗燃油的相溶性不夠了解，在對油品進行操作時常采用與操作普通汽輪機油相同材料的容器、管路及密封襯墊等，使這些材料發生了溶解、膨脹或強度下降等，給工作帶來了許多麻煩，甚至造成了嚴重的事故。

如某電廠在對運行中抗燃油進行過濾處理時，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，加之管路內壓力過大造成管路破裂，使系統中約2／3的油品跑掉，導致機組被迫停機。其它如由于選用了不當的密封襯墊，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象時有發生。

1.6 油品的毒性

表3 某電廠1號機抗燃油添加消泡劑前后各項指標對比

組成抗燃油的三芳基磷酸酯中，三芳基磷酸酯的結構不同，油品的毒性也不相同，一般在酚的鄰位有基團的三芳基磷酸酯毒性較大。在油品化驗時，由于試驗人員吸入了做自燃點時產生的煙氣出現嘔吐等癥狀；在大量吸入做空氣釋放值時所產生的油氣以及當油品直接與皮膚接觸后分別會出現嘔心及皮膚過敏等癥狀。

表4 某電廠2號機添加消泡劑前后油品的抗泡沫特性變化情況

2 對抗燃油出現問題所采取的對策

2.1 對泡沫特性超標的油品添加消泡劑

過去在潤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，但往往會使抗燃油的空氣釋放值性能變差，甚至超標。因此要向抗燃油中添加消泡劑，并應對添加后的油品的各項指標進行全面評定，要選擇對油品性能影響小、沒有不良影響的消泡劑以及添加劑量。

通過大量篩選試驗發現，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，對抗燃油的其它指標也無不良影響，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號機抗燃油添加消泡劑前后各項指標對比情況。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。當然這與添加后對油品的日常維護也應該起到很大作用。

某電廠的2號機抗燃油的抗泡沫特性也一度很差，最高時達760／590 mL（24℃），嚴重威脅著機組的安全運行，曾采取加強濾油的措施企圖把油品的泡沫降下來，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.對所用消泡劑進行過濾凈化處理

考慮到抗燃油是應用在重要的發電機組調速系統中，對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，添加前反復對消泡劑（液態）進行過濾凈化，凈化裝置如圖1所示。用顆粒度儀隨時檢查過濾的效果，直到添加劑的顆粒度達到NAS1638 4級標準。

b.配制消泡劑母液

圖1 消泡劑過濾凈化裝置

考慮到丙烯酸非硅型消泡劑難溶于抗燃油中（嚴格意義上講，丙烯酸非硅型消泡劑是以極細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，根據要處理的抗燃油總量（一般在1 t左右），和經過小試確定添加濃度（一般在40 mg／kg左右），計算出需要的消泡劑質量。取待添加的抗燃油1 L，將稱好的消泡劑加入油中，用攪拌器激烈充分攪拌，使消泡劑均勻溶解（分散）在抗燃油中，制成母液。攪拌速度要在1 500 r／min以上，攪拌時間約20 min。

c.現場添加

添加時間最好選擇在機組停運，但抗燃油系統還在循環中。這樣既可以使加入油中的消泡劑得以分散均勻，又不會因添加操作不當造成停機。添加時可用濾油機在濾油時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 加強旁路再生系統的運行維護

考慮到抗燃油相對容易裂化，抗燃油系統都設計有一套油品旁路再生系統。實踐證明，只要對有效的旁路再生系統做好運行維護，油質就可長期維持在較好的狀態。這一點對油質尚未出現明顯裂化的油品尤為重要，一旦油質出現嚴重裂化，如酸值超過0.2 mgKOH／g時，旁路再生的再生效果很不明顯，酸值很難處理下來。因此，在新油投運的初期就應運行維護好旁路再生系統，嚴格監督油品的酸值，將酸值盡可能控制在0.1 mgKOH／g以下，如果維護工作做得好，長期使酸值維持在一較低水平是完全可以實現的［4］。

2.3 采用特效的油品處理裝置對油品進行處理

抗燃油的劣化是一個復雜的過程，劣化的指標不同有時需采取不同的對策，用一種再生介質來解決所有的劣化指標，是很難解決問題的，而且過濾精度低，容易引起伺服閥的卡澀。因此建議選用專門生產抗燃油再生裝置的廠家的產品。這些裝置具有高效降酸、脫水、提高電阻率的特點，過濾精度高，過濾精度小于1 μm，而且能根據抗燃油的劣化指標，采用不同的再生措施［5］。如某廠的抗燃油也已運行多年，4臺機的抗燃油都不同程度出現過酸值增大、顏色加深、電阻率降低等現象，某些指標嚴重超標。該廠采用了一種移動式的抗燃油再生裝置，明顯改變了油品的多項指標。表5列出了該裝置對油品處理前后的對照情況。

從表5中的數據可見，幾項指標恢復都相當理想，無論是油品的顏色、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油品處理前后的對比

2.4 防止水分超標

磷酸酯抗燃油可以與水分作用發生水解反應。而抗燃油不僅能夠吸收空氣中的水分而受潮，也會因為冷油器的泄漏使水進入油中，油品老化也會產生水分從而造成油品性能變差。因此，要防止冷油器泄漏，同時要經常檢查油箱呼吸器里干燥劑是否失效，及時更換。

3 在抗燃油監督、檢測及維護方面的做法

3.1 油品顆粒度的監督檢測

汽輪機調速系統所采用的伺服閥間隙很小，因此抗燃油作為調速介質，其中的固體顆粒會造成調速系統卡澀，機組運行不穩定，甚至威脅機組的安全運行。這一點已在電廠的決策層達成共識，各單位都十分重視油品顆粒度的監測，顆粒度不合格時嚴禁機組啟動。

最易出現顆粒度超標的情況是在機組大修后設備試運行階段。熱工、汽機專業在抗燃油系統上實行規范化操作，以盡量減少顆粒進入系統。

3.2 油中氯含量的測定

抗燃油中的氯含量超標會使伺服系統腐蝕，加速油品降解等。因此，要嚴格控制油中氯的含量。采用大型X－射線能譜儀測定油中的氯含量。該方法準確、快速、簡便，但儀器較昂貴。從多年的監測結果看，目前尚未發現氯含量超標的油品。

3.3 抗泡沫特性的測定

抗燃油的抗泡沫特性會影響到油泵的出力、調節系統的穩定性以及油品的老化速度等。由于油品的抗泡沫特性會突然增大，直至超標，因此油品的抗泡沫特性應作為抗燃油的一項重要指標加以監督和控制。同時，應測定3種不同條件下油品的泡沫傾向性和泡沫穩定性。因為在實踐中發現，對于某些油品24℃的泡沫性很好，但在操作油品時卻會產生大量的泡沫，而在93℃和后24℃試驗時才會發現問題。目前在日常監督中同時測定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，及時發現問題。

4 結束語

向抗燃油中加入適當的消泡劑可以顯著改善油品的抗泡沫特性，效果立竿見影，但要保持長期有效，還需保持油中不出現新的污染雜質。

磷酸酯抗燃油在我國已有近30年的應用歷史，在使用的初期由于對該油的性質了解不夠，監督檢驗的手段不足，致使在使用中出現了一些問題，隨著對該油品認識的不斷完善，檢測管理水平的提高，對使用中出現的問題多數都能得到有效解決，較好地掌握了油品的變化規律和性質，油品的使用壽命也在不斷提高，為機組的安全經濟運行提供了保障。但某些單位應加強對抗燃油的監督維護及運行檢修人員的相關知識培訓。對油質已出現早期裂化的單位，應盡快采取加強旁路再生系統的維護等措施，避免油品的進一步裂化甚至報廢。

［1］ 羅竹杰，吉殿平.火力發電廠用油技術［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［2］ 郝有明.電力用油（氣）實用技術問答［M］.北京：中國水利水電出版社，2000.

［3］ 劉永洛.電廠用磷酸酯抗燃油運行與維護導則［S］.北京：中國電力出版社，2007.

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

［5］ 董志乾.汽輪機調節系統用油的運行及維護［J］.東北電力技術，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，學士，高級工程師，主要從事電力用油試驗研究工作。

2015－01－20）