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.中國石化集團北京燕山石油化工有限公司，北京 102500；2.北京能源集團有限責任公司，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)，同時油箱循環(huán)凈化配置真空凈油機，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和在線管路濾芯已經(jīng)不能滿足抗燃油的運行管理要求。國內(nèi)各火電廠運用抗燃液壓油，由于油質(zhì)劣化比較嚴重，導(dǎo)致EH系統(tǒng)的腐蝕和磨損，經(jīng)常引起機組跳機，大大增加了維護成本。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)。運行幾年后，發(fā)現(xiàn)抗燃油的理化指標不合格，污染指標不合格，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)計得到很大改善，水分來源少。真空凈油機一般能較好地控制水分和顆粒污染，同時抗燃油屬于環(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，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)從硅藻土濾芯升級到氧化鋁濾芯階段，但一般設(shè)計院設(shè)計的仍然是已經(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，會催化抗燃油分解，縮短使用壽命，也會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，還會使磷酸酯抗燃油各項泡沫性能劣化。同時，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%)溶出會導(dǎo)致磷酸酯抗燃油的電阻率下降及各項泡沫性能劣化。活性氧化鋁的顆粒十分細小而且硬度極高，一旦泄漏將會導(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。活性氧化鋁的顆粒十分細小而且硬度極高，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)會導(dǎo)致凝膠狀析出物，不易使用在已經(jīng)運行的抗燃油中，僅能夠與新磷酸酯抗燃油同時投入EH運行，但使用仍然要十分慎重。

國內(nèi)某第三方潤滑實驗室檢測的抗燃油異物分析報告顯示，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，對該異物取樣進行了分析，同時送檢了系統(tǒng)中正在運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，這是因為這類吸附劑在運行時會釋放出金屬離子，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行3年后，更多的措施是大量補加抗燃油，采用1/3或者2/3比例的新抗燃油逐步更換運行中的抗燃油，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)致機組擺動，運行不穩(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級別的污染顆粒物有效過濾，不能消除3 μm級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物和有機物顆粒物，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，來自主機油箱的流體被分為兩路流體流進混流器，混流器由2個分開的電極組成，這2個電極分別裝在絕緣管中，當兩路流體分別從這2根絕緣管中流過時，由于2個電極一個攜帶正電荷，另一個攜帶負電荷，且每個電極都產(chǎn)生強烈的高壓電場，通過它們獨特的形狀，每個電極都向經(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設(shè)備中的自由電荷進行靜電結(jié)合，很快趨于消盡。

2.2 平衡電荷原理技術(shù)優(yōu)勢

亞微米級凈化極大地改善了當前的過濾系統(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，降低維護成本。同時提高了抗燃油的溶解能力，主動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，對溶解的有機物和無機物，需要在EH抗燃油油箱在線管路的平衡電荷凈油機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、內(nèi)核不爆破等優(yōu)點，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，同時現(xiàn)場配備了真空凈油機，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號機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，不僅抗燃油指標各項優(yōu)異，而且伺服閥很少卡阻。2017年9月份發(fā)電機組啟機運行，沒有再發(fā)生過伺服閥卡阻的問題，解決了調(diào)速系統(tǒng)非計劃停機的事故，節(jié)約了伺服閥使用成本和檢修費用，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)達到了現(xiàn)場的使用要求，目前安全穩(wěn)定運行。

6 結(jié)論

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

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)抗燃油運行中出現(xiàn)的油泥、膠質(zhì)物、亞微米級污染物和酸性物質(zhì)等危害機組運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，延長了整個系統(tǒng)的使用壽命周期，保障了發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。