新型磷酸酯抗燃油再生濾芯在某核電廠的應用

劉昊

摘? 要：EH油系統油脂劣化會對機組安全運行產生顯著危害，某核電廠在實踐過程中對磷酸酯抗燃油再生濾芯進行了改型優化，本文對改型過程和應用效果進行分析研究。

1 引言

由于燃點高，相對礦物油更加安全，磷酸酯抗燃油在大型發電廠中應用廣泛。它具有低揮發、抗燃、耐磨等優點，但是和礦物油相比，也存在價格高、抗氧化安定性、抗水解安定性差等缺點，導致其在機組運行過程中容易發生油質劣化，進而可能嚴重影響機組安全穩定運行。因此，國內外的主機廠都會為EH油系統配備凈化再生系統，以提升抗燃油的使用壽命。本文基于國內某核電廠的實踐經驗，對目前大型發電機組抗燃油的主流凈化再生方式進行對比分析。

2 系統綜述

該核電廠汽輪機調節油系統隨主機由上海汽輪機廠供貨，采用西門子的設計標準，針對高壓缸進汽閥和兩個低壓缸的進汽閥，采用三套完全獨立且設備組成基本相同的控制油回路（三套回路簡稱為EH1、EH2、EH3），每套控制油回路包括控制油部分和循環凈化冷卻部分。每個EH組合油箱均設有一個循環凈化再生回路，控制油再生裝置（GFR0115/2115/3115KI）的原始設計如下：每個控制油回路系統均配有一臺控制油再生裝置，通過離子交換器及分子篩的作用，將控制油中的離子和水分去除掉，實現控制油品質的再生。再生裝置的濾芯由美國UOP公司生產的分子篩和美國羅門哈斯生產的離子交換劑混合裝填而成。分子篩和離子交換劑需要單獨采購，填充量和填充比例需要人為控制。

3 改進過程

磷酸脂抗燃油（EHC）的抗燃特性和高溫穩定性使其在電廠廣泛應用，但使用中會產生酸性物質、水解、降低電阻率和產生顆粒等，需使用專門過濾凈化設備處理。國標規定抗燃油運行時：酸值（mg KOH/g）<0.15，水含量（ppm）<1000，電阻率（G-Ohm-cm）>6.0，顆粒度滿足Has6級。該核電廠位于南方臨海城市，空氣濕度、鹽分較大，但設置有足夠容量的空氣呼吸器，具備除濕能力。自從1號機組調試以來，陸續多次出現GFR系統水分含量異常升高的情況。

表1 5? 臺機組抗燃油系統水分異常情況統

對此，筆者參與的項目組第一時間開展了原因分析，收集到了一些相關信息，經過分析和對比排查，并查閱維護記錄，多次再生裝置更換新填料后均監測到EH油系統水分突然升高，主要原因可能為AMBERLYST A-21樹脂有水分析出。考慮到濕式樹脂除酸同時析出水分的固有缺陷，項目組開始著手考慮再生裝置濾芯的適宜性問題，并對行業內較為先進的干式濾芯進行了調研。對于磷酸脂抗燃油（EHC）的凈化，當今世界己使用的主要幾種處理介質介紹如下。

硅藻土（FULLER'S EARTH）：早期產品。Nugent 30-150-207硅藻土濾芯在我國還廣泛使用。其酸吸收效率是0.59克分子酸/升，效率低。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，也會造成磷酸脂抗燃油系統的電阻率下降。游離金屬離子和磷酸脂抗燃油發生化學反應產生多聚磷酸脂及復雜的磷酸鹽衍生物，此衍生物以凝膠狀析出造成侍服閥卡塞和濾器堵塞，還會使抗燃油各項泡沫性能劣化。還會出現破碎問題。改性活性氧化鋁（SELEXSORB GT）：酸吸收效率是1.17克分子酸/升，是硅藻土的一倍。是由阿克蘇諾貝爾公司和美國鋁業公司聯合研制的專利產品，專門用于磷酸脂抗燃油的再生脫酸。有效成份相對穩定，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，經過專利手段固化。GE發電設備常用的技術產品。離子交換樹脂（Ion Charge Resin）：酸吸收效率是3.71克分子酸/升，約為硅藻土的6倍。工作時不會釋放出金屬離子。離子交換樹脂又有兩種，一種稱為濕式離子交換樹脂，在除酸的過程中會放出水分。吸收1克分子的酸，同時會放出1克分子的水，產生膠狀物。因此需要一臺真空除水機同時工作。再一種稱為干式離子交換樹脂（Dry Resin）。在除酸的過程中不會放出水分，不產生酸性凝膠狀多聚磷酸鹽，還可以提高電阻率，這是當今世界上可用于工業領域最新的產品。下圖是HILCO干式離子交換樹脂濾芯之一。此型號濾芯可以直接替換Nugent 30-150-207硅藻土濾芯。不用對原裝置做任何變動。無需設備改造費用。長度為819mm，外徑165mm含8磅樹脂。

據了解， 哈爾濱汽輪機廠己使用HILCO干式離子交換樹脂多年，己是該廠EHC系統的標準配置濾芯。東汽近3年也使用了HILCO干式離子交換樹脂濾芯，濾芯長18英時，外經7.28英吋，含6.5磅樹脂。

針對該核電廠控制油再生裝置的優化替代，對于干式和濕式這兩種濾芯的關鍵參數，對比分析如下：舊型號濾芯為上海電氣配套產品，型號為分子篩[MOLECULAR SIEVE 4A]+離子交換劑[AMBERLYST A-21];新型濾芯選擇HDTech（德國海泰克）產品，型號為 HP-RE-Dron-45，新型濾芯是根據原始物項外形尺寸專門制作的，安裝尺寸完全相同，適用與現場。原始物項包含分子篩和離子交換劑，離子交換劑通過中和反應去除抗燃油中的酸（酸吸收效率為3.71克分子酸/升），并產生水分，分子篩用于吸收水分，但從實際運行效果看抗燃油中水分含量長期偏高，影響系統運行;新型濾芯包含干性離子交換樹脂，通過吸附方法去除抗燃油中的酸（酸吸收效率為3.71克分子酸/升），并且除酸過程不產生水分，能有效地解決抗燃油中水分偏高問題。新舊型號濾芯除酸效率相同，深圳某核電廠的試用結果表明替代物項在除酸、提高體積電阻率方面，效果較為明顯。在降低空氣釋放值、改善泡沫特性、清除油泥方面也會起一定的作用。該核電站所用抗燃油為阿克蘇諾貝爾公司生產，較其它主要品牌抗燃油酸值更低，表明其該項性能更優。基于上述分析，2016年6月，從2號機組開始，項目組陸續對電廠的EH油系統再生裝置濾芯進行了換型，新型號濾芯為干性離子交換樹脂濾芯HP-RE-Dron-45。

4 改進效果

根據電廠維護記錄，查詢了1-5號機組所有水分異常數據，并根據濾芯更換時間進行分段，對比情況見下表。可以發現更換為干式濾芯后，水分控制有明顯好轉。

5 結論

水分和酸值對磷酸酯抗燃油劣化的影響最為顯著，通過對硅藻土、改性活性氧化鋁、離子交換劑三種凈化介質的對比，離子交換劑性能明顯最為優越。而通過該核電廠實踐和數據可以證明，相對于濕式離子交換劑而言，在除酸能力基本一致的情況下，干式離子交換劑的水分抑制能力明顯更優。

參考文獻

[1]? 鄧素華.論汽輪機磷酸酯抗燃油電阻率超標的防范措施[J].中國高新技術企業，2017（05）：40-41.

[2]? 張再琴，韓秀峰，宋春然，史雯.火電廠抗燃油再生處理[J].內蒙古電力技術，2012，30（06）：99-102.