抗燃油泡沫特性、空放值超標(biāo)的研究和解決

1、12抗燃油泡沫特性、空放值超標(biāo)問(wèn)題的解決劉長(zhǎng)武（天津國(guó)華盤(pán)山發(fā)電有限責(zé)任公司）摘要】 盤(pán)山發(fā)電公司目前運(yùn)行的兩臺(tái)（俄供） 500MW 機(jī)組，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用的是磷酸酯抗燃油， 2002 年 2 月 5 日，機(jī)組在運(yùn)行當(dāng)中發(fā)現(xiàn)抗燃油嚴(yán)重起泡，泡沫特性和空放值超標(biāo),影響了機(jī)組安全運(yùn)行，針對(duì)這一問(wèn)題，我們翻閱了有關(guān)資料、通過(guò)大量的實(shí) 驗(yàn)研究和分析， 找出了抗燃油泡沫特性和空放值超標(biāo)的原因， 并 使用國(guó)電西安熱工研究所提供的消泡劑和高效酸值濾油機(jī)成功 的解決了問(wèn)題。 這一經(jīng)驗(yàn)， 對(duì)國(guó)內(nèi)同類(lèi)型火力發(fā)電廠調(diào)速系統(tǒng)使用抗燃油的機(jī)組，有重要的應(yīng)用價(jià)值和參考意義。關(guān)鍵詞】 抗燃油超標(biāo)解決1前言磷酸酯抗燃油具有

2、優(yōu)良的潤(rùn)滑性能，更主要的是它具有高自 燃點(diǎn)和阻燃特性，這一礦物油不可比擬的優(yōu)越性能使它越來(lái)越廣 泛地應(yīng)用于汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。抗燃油作為調(diào)速系統(tǒng)的控制液， 體積彈性模數(shù)是一個(gè)重要指標(biāo)，它表示液體的壓縮性。 油的體積彈性模數(shù)越大， 可壓縮性越小，越適合做液壓油， 脫除空氣氣泡的純?nèi)蓟姿狨タ谷加偷捏w積彈性模數(shù)不小于礦物油的體積彈性模數(shù)。在相同條件下，三芳基磷酸酯的空氣飽和度和礦物油大致一樣，但磷酸酯的空氣釋放速度比礦物油小 1/21/3，而一但抗燃油被污染其泡沫特性和空放值指標(biāo)就會(huì)惡化， 惡化的直接結(jié)果是油箱油位下降，抗燃油中含氣量上升，體積彈性模數(shù)下降。從而使油箱正常油位難以維持，造成油壓波動(dòng)

3、，使調(diào)速系統(tǒng)不穩(wěn) 定，同時(shí)油壓升高時(shí)，空氣于油中溶解度隨壓力而成正比的關(guān)系變化，使之進(jìn)入泵的不溶解空氣在很長(zhǎng)的壓力油管中就溶解于油，但是節(jié)流時(shí)在很小的局部減壓段內(nèi)， 空氣又可能從油中釋放 出來(lái)，導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，引起震動(dòng)。因此運(yùn)行抗燃油泡沫特性 和空放值超標(biāo)，直接威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，而使抗燃油泡沫特 性和空放值超標(biāo)的直接原因是系統(tǒng)腐蝕生成的皂化物，使抗燃油表面活性發(fā)生改變而造成。必須加強(qiáng)對(duì)磷酸酯抗燃油的監(jiān)督與維護(hù)，采取有效的抗燃油防劣化措施。2002年2月5 日，盤(pán)電#2機(jī)組抗燃油系統(tǒng)補(bǔ)入200kg新油后, 并更換酸值濾油機(jī)濾芯，濾油時(shí)發(fā)現(xiàn)抗燃油嚴(yán)重起泡，抗燃油從油箱上部溢流，油箱油位迅速下

4、降，油的泡沫特性、空放值嚴(yán)重超標(biāo)，威脅著機(jī)組的安全運(yùn)行。為了找出并排除泡沫特性、空放值超標(biāo)的主要因素，解決酸值過(guò)濾器在運(yùn)行中遇到的問(wèn)題，我們?cè)诮鼛讉€(gè)月的時(shí)間里進(jìn)行了大量的調(diào)查和實(shí)驗(yàn)研究，基本上弄清了造成泡沫特性、空放值超標(biāo)的原因，找到了解決問(wèn)題的辦法和途徑?？谷加吞匦院?jiǎn)介盤(pán)電公司汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用的是阿克蘇諾貝爾公司提供的磷酸酯抗燃油，它的主要成分是三芳基磷酸酯。以其來(lái)源講， 不同于礦物油，磷酸酯抗燃油采用以合成酚為原料的熱法合成工藝制成。作為一種合成產(chǎn)品，磷酸酯抗燃油的某些特性與礦物油相比差別很大，從表一可以看出兩者之間差別。表一：磷酸酯抗燃油與礦物油之間的比較對(duì)比內(nèi)容磷酸酯抗燃油礦物油密度

5、大于水（1g/cm3）小于水（1g/cm3）自燃點(diǎn)大于510C350 C左右水解安定性差，容易水解不會(huì)水解熱氧化安定性好次于前者氯含量要求嚴(yán)格沒(méi)有要求輻射安定性差好于前者介電性能差好與密封材料的相容性對(duì)很多密封材料不相容相容性較好正是由于磷酸酯抗燃油與礦物油存在著的這種差別，使它在應(yīng)用中對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的潔凈程度、材料的選擇以及油品質(zhì)的監(jiān)督、維護(hù)及要求更為嚴(yán)格。在幾年的工作實(shí)踐中我認(rèn)為，在抗燃油的運(yùn)行監(jiān)督過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)抗燃油水份、酸值、電阻率、泡沫特性和空放值的監(jiān)督同時(shí)要有高效的凈化處理設(shè)備。關(guān)于泡沫特性、空放值指標(biāo)超標(biāo)的原因分析要解決泡沫特性、空放值超標(biāo)的問(wèn)題，必須找到引起超標(biāo)的根本原因，為此盤(pán)

6、電公司組織了有專(zhuān)家、 公司技術(shù)人員，抗燃油供應(yīng)商、濾油設(shè)備供應(yīng)商，以及檢測(cè)室監(jiān)督人員參加的分析會(huì),分析認(rèn)為原因有以下幾個(gè)方面:1）與油接觸的某些材料或介質(zhì)的某些化學(xué)成分被溶入油中 2）油中含有少量礦物油 3）油中含抗泡沫的化學(xué)成分被再生劑吸附除去。4）油質(zhì)劣化腐蝕管道產(chǎn)生的劣化產(chǎn)物。5）油受到外來(lái)表面活性劑的污染泡沫特性是在規(guī)定條件下對(duì)油鼓氣后產(chǎn)生泡沫量大小的一個(gè)條件值；空氣釋放值是表示油中析出空氣能力的條件值， 油中泡沫特性和空氣釋放值的變化， 同受抗燃油表面活性的影響， 抗燃油的表面活性， 可歸于抗燃油所受的污染程度和劣化程度， 找 出和消除污染源、 抑制泡沫生長(zhǎng)， 更換高性能大容量吸附過(guò)

7、濾器芯是當(dāng)務(wù)之急。檢測(cè)室根據(jù) #2 機(jī)抗燃油品質(zhì)的現(xiàn)狀，對(duì) #2 機(jī)抗燃油系統(tǒng)油箱、冷油器、濾網(wǎng)的檢查，運(yùn)行監(jiān)督狀況以及專(zhuān)家及各方面的分析意見(jiàn)進(jìn)行了綜合分析，認(rèn)定原因如下：1 由于 2oo1 年 12 月 #2 機(jī)抗燃油冷油器因腐蝕泄露，導(dǎo)致 水分嚴(yán)重超標(biāo)，水份與活性物質(zhì)的共同影響使抗燃油發(fā)生自動(dòng)催化裂化反應(yīng)，加速系統(tǒng)腐蝕造成抗燃油中表面活性物質(zhì)迅速增加?？谷加蜑V網(wǎng)發(fā)生腐蝕可以說(shuō)明）有關(guān)資料顯示，抗燃油劣化機(jī)理是一種自動(dòng)催化裂化反應(yīng)，特別是抗燃油含水較高的情況下由為突出，如果油質(zhì)不斷劣化而得不到處理，即使是投用旁路再生或過(guò)濾設(shè)備，由于劣化速度大于處理設(shè)備的吸附速度，很難將油處理合格。2由于在線

8、油處理設(shè)備出力低，使 #2 機(jī)抗燃油自 2oo1 年 6月份到2002年2月份一直沒(méi)有得到良好處理，抗燃油電阻率徘徊在3X i09q .cm到5.4X io9q .cm之間，電阻率的偏低導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生了電化腐蝕，電化腐蝕產(chǎn)物影響了抗燃油的表面活性。這一點(diǎn)從調(diào)速系統(tǒng)飛錘被腐蝕可以得到證明。3#2 機(jī)抗燃油運(yùn)行中嚴(yán)重起泡發(fā)生異常的機(jī)理。在#2抗燃油出現(xiàn)嚴(yán)重起泡之前，抗燃油電阻率一直偏低徘徊在 3X 109Q .cm 到 5.4X 109Q .cm之間，2001 年 12 月 16 日又發(fā)生了冷油器泄露，抗燃油水分達(dá)到7000UI/L，抗燃油起泡是發(fā)生在2002年2月5日油箱補(bǔ)入新油以后，起泡后停機(jī)檢

9、查發(fā)現(xiàn)油箱濾網(wǎng)、油氣分離板發(fā)生不同程度的腐蝕，并且油箱和冷油器上有大量粘稠物。通過(guò)這些現(xiàn)象我們分析，首先是抗燃油在電阻率較 低的情況下使油系統(tǒng)發(fā)生電化腐蝕，而后由于水分的超標(biāo)促使抗 燃油劣化，從兒加速腐蝕，腐蝕產(chǎn)物溶于抗燃油中，當(dāng)抗燃油混入新油時(shí)腐蝕產(chǎn)物在抗燃油中的溶解度達(dá)到過(guò)飽和形成油泥析改變了油氣界出，由于其密度低于抗燃油，漂浮在油的液面上, 面的表面活性，使抗燃油產(chǎn)生嚴(yán)重起泡現(xiàn)象。起泡機(jī)理解釋如下:圖2圖31、補(bǔ)油前腐蝕產(chǎn)生的金屬皂化物均勻分散于抗燃油中（如圖（1），黑點(diǎn)代表腐蝕產(chǎn)物），油一空氣界面 張力較大不易形成氣泡。（2）當(dāng)有新的抗燃油補(bǔ)入時(shí)，腐蝕產(chǎn)物 在抗燃油中的溶解度達(dá)到過(guò)飽和

10、形成油泥析出，漂浮在油和氣的 界面上，使油一空氣的界面張力下降（如圖 2）。（ 3）由于油一 空氣的界面張力下降，空氣在油流的攪動(dòng)下很容易形成氣泡，而 且由于腐蝕產(chǎn)物分子兩端極性的差別定向的吸附在氣一液界面， 形成牢固的液膜如圖3所示，這個(gè)較牢固的液膜對(duì)泡沫具有保護(hù)作用，使抗燃油的泡沫破滅速度小于生長(zhǎng)的速度，造成抗燃油泡沫特性、空放值指標(biāo)超標(biāo)，油箱嚴(yán)重起泡油位下降影響安全運(yùn)行。4.分析實(shí)驗(yàn) 為了進(jìn)一步證實(shí)分析的正確性，我們進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):A .析出物溶解性實(shí)驗(yàn)在對(duì)抗燃油中析出的粘稠物，進(jìn)行溶解性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粘稠物溶于 乙醇，不容于石油醚，為此我們進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：首先稱(chēng)取2克 粘稠物一一溶于50m

11、l乙醇中一一過(guò)濾一一將濾液蒸干一一加石 油醚100ml溶解油溶物過(guò)濾、洗滌、烘干、灰化于鉑坩 堝中在850下灼燒40分鐘，殘?jiān)鼮檠趸F紅色。（同時(shí)做空白）B .析出物灼燒后灰份分析。對(duì)灼燒后的殘?jiān)M(jìn)行了酸溶和堿溶，用化學(xué)分析法對(duì)溶出液進(jìn)行 了分析，發(fā)現(xiàn)殘?jiān)?5%以上為鐵、鋅氧化物（空白中未檢出鐵 和鋅），不含有銅、鋁、硅氧化物，將鐵、鋅進(jìn)行換算后鐵占粘 稠物含量的1.52%，鋅占0.28%。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)我們排除了，原 來(lái)認(rèn)為硅藻土濾芯硅、鋁成分溶入抗燃油產(chǎn)生粘稠物的解釋?zhuān)?本上認(rèn)定粘稠物是系統(tǒng)發(fā)生腐蝕產(chǎn)生的金屬皂化物。C.碳鋼和鋅片腐蝕性實(shí)驗(yàn)。為了更好的了解抗燃油的性能，我們進(jìn)行了對(duì)比性腐

12、蝕實(shí)驗(yàn)，第 一組電阻率為大于6X io9q .cm （實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用換油來(lái)保持電阻率），第二組電阻率小于4X1O9Q .cm（其他項(xiàng)目合格）。在55rJ蝕組別第一組第二組試片速率恒溫箱中放置30天后，測(cè)定結(jié)果如下表:普通碳鋼試片O.OOOg/m2.月O.O56g/m2 .月鍍鋅試片O.OOOg/m2.月O.O78g/m2 .月從實(shí)驗(yàn)看出抗燃油電阻率大于 6xio9q .cm時(shí)，抗燃油對(duì)設(shè)備基本上沒(méi)有腐蝕，隨著電阻率降低腐蝕性增強(qiáng)。D .新舊油混油前后泡沫特性測(cè)定。為了掌握抗燃油在補(bǔ)油過(guò)程中的運(yùn)行規(guī)律，我們進(jìn)行了混油后泡泡沫比比例、性新油與運(yùn)行油混合體積比例1: O5: 15: 35: 53: 5

13、5: 15: O24 r5/O45/5215/3522O/65285/21O295/17565/5沫特性測(cè)定實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:從實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，運(yùn)行抗燃油補(bǔ)入新油后，溶解在油中的皂化物 大量析出造成抗燃油一空氣界面張力下降，是產(chǎn)生泡沫的直接原因。E.加消泡劑小型實(shí)驗(yàn)。根據(jù)抗燃油起泡原因分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)定，加消泡劑是維持機(jī)組運(yùn)行，避免停機(jī)的重要途徑，因此檢測(cè)室進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室小型實(shí) 驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室使用的是“中國(guó)石化研究院”提供的“ #1消泡劑”，加入萬(wàn)分之五后，基本達(dá)到了滿意的效果。但加表面活性劑不能從根本解決問(wèn)題，必須有高效濾油設(shè)備濾除表面活性物，才能保證機(jī)組安全運(yùn)行。F.聯(lián)系西安熱工所，進(jìn)一步進(jìn)行加

14、消泡劑試驗(yàn)和濾油實(shí)驗(yàn)。西安熱工所是電力系統(tǒng)技術(shù)權(quán)威部門(mén)，他們對(duì)盤(pán)電公司送去的抗燃油樣品，做了分析，并進(jìn)行了消泡劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)和濾油試驗(yàn)，在技術(shù)上肯定了我們的分析和措施，為我們提供了“國(guó)電西安熱工研究所”生產(chǎn)的高效濾油設(shè)備。以下是國(guó)電西安熱工研究所提供 的消泡劑選擇性試驗(yàn)數(shù)據(jù):試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果加消泡劑前抗燃油再生后加#1復(fù)合消泡劑200ppm加#2消泡劑 10ppm含氯量%0.00140.00140.00170.0014電阻率Q .cm1.8X 1094.3X 10101.6X 1091.9X 109空氣釋放值50 min大于307.310.911.0泡沫特性傾向性mL210-390-120200-

15、10-00-0-0(24-93-24)穩(wěn)定性mL200-30-11000-0-00-0-0三、泡沫特性、空放值超標(biāo)的處理。運(yùn)行狀態(tài)下的油，其逐漸老化的趨勢(shì)是無(wú)法避免的，但是如果能夠及時(shí)處理，還是可以避免諸如產(chǎn)生氣泡一類(lèi)不安全現(xiàn)象發(fā) 生的。因此，必須投運(yùn)高效旁路過(guò)濾裝置，而且應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)運(yùn)行 的時(shí)間，確?？谷加透黜?xiàng)指標(biāo)合格。今年2月份，公司新購(gòu)置了一臺(tái)東北某廠生產(chǎn)的酸值濾 油機(jī)，處理#2機(jī)抗燃油。處理過(guò)程中，抗燃油電阻率雖從2月6日的1.5 X 109q .cm.上升至3月25日2.0X 109Q .cm,但抗燃油 油起泡沫嚴(yán)重.。3月15日加國(guó)電西安熱工研究所提供的消泡劑 500ml后泡沫減少。

16、（數(shù)據(jù)見(jiàn)表二）表二：東北濾芯對(duì)#2機(jī)抗燃油處理期間數(shù)據(jù)日期2.212.263.13.43.153.25泡沫280/230580/550580/54020/010/0特性220/0410/0580/1000/00/0330/330530/500580/55010/010/0空9.322.818.2放值電阻率1.71.92.00.961.942.0酸值0.0940.0860.0860.0860.0840.090酸值單位是mgKOH/g。注：電阻率數(shù)據(jù)后應(yīng)加上“X 109”，單位是Q .cm。泡沫特性；前24 C 93.5 C 后24 C 空氣釋放值；min3月25日用東北某廠提供的濾油機(jī)和濾芯，對(duì)

17、#2機(jī)抗燃油 進(jìn)行體外濾油試驗(yàn)，試驗(yàn)用油為 200kg、試驗(yàn)用濾芯4個(gè)，濾油 時(shí)間合計(jì)為51小時(shí)電阻率油2.1 X 109Q .cm,上升到5.51 X109 Q .cm，雖然電阻率一直在上升但按油量計(jì)算，上升速度緩慢，濾 芯吸附容量較低，濾芯消耗量大，材料費(fèi)用消耗高。體外濾油過(guò)程中，抗燃油的泡沫特性在不斷變化，總的趨勢(shì) 是隨著電阻率的升高，抗燃油的泡沫特性逐漸變好。但電阻率上升緩慢，#2機(jī)抗燃油油系統(tǒng)中的油按7噸計(jì)算，根據(jù)體外濾油試驗(yàn)結(jié)果可知，電阻率從2.1 X 109q .cm，上升到5.0 X 109q .cm，約 需72天。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，要使7噸抗燃油的電阻率達(dá)到合格，最 少約需30個(gè)

18、濾芯（指東北電力調(diào)節(jié)試驗(yàn)研究所供的濾芯），按每個(gè)濾芯6000元計(jì)算，應(yīng)為18萬(wàn)，依目前#2機(jī)抗燃油油質(zhì)狀況和經(jīng)濟(jì)效益狀況，應(yīng)采用吸附容量大的濾芯進(jìn)行處理。（體外濾油數(shù)據(jù)見(jiàn)表三）表三：東北某廠生產(chǎn)的濾芯進(jìn)行體外濾油日期部位泡沫特性電阻率2002.3.26體K外循環(huán)油24 C 60/593.5 C 40/0后 24 °C 30/52.10抗;燃油冷油器24 C 10/093.5 C 5/0后 24 C 10/02.012002.3.27體外循環(huán)油24 C 100/593. C 60/0后 24 C 70/52.72抗燃油冷油器24 C 25/093.5 C 20/0后 24 C 20/0

19、2.02002.3.28體外循環(huán)油24 C 50/093. C 30/0后 24 °C 30/02.90抗燃油冷油器24 C 40/593.5 C 30/0后 24 C 35/51.902002.3.29體外循環(huán)油24 C 30/093.5 C 20/0后 24 C 20/02.50抗燃油冷油器24 C 40/093.5 C 25/0后 24 C25/01.912002.3.30體外循環(huán)油24 C 25/093.5 C 20/0后 24 C 15/03.96抗燃油冷油器24 C 30/093.5 C 25/0后 24 C 25/01.982002.3.31體外循環(huán)油24 C 20/0

20、93.5 C 10/0后 24 C 20/05.51抗燃油冷油器24 C 20/093.5 C 20/0后 24 C 20/01.86注：電阻率數(shù)據(jù)后應(yīng)加上“X 109”，單位是Q .cm。東北某廠生產(chǎn)的濾芯吸附容量較低，濾芯消耗量大，材料費(fèi)用高，在此同時(shí)用西安生產(chǎn)的濾芯對(duì)#2機(jī)組抗燃油進(jìn)行了小型試驗(yàn)，5月24日采用西安電力試驗(yàn)研究所提供的濾油機(jī)和濾芯對(duì)#2機(jī)抗燃油進(jìn)行體外濾油試驗(yàn)，試驗(yàn)用油為 180kg、試驗(yàn)用濾芯 4個(gè)，2個(gè)小時(shí)后電阻率1.98 X 109q .cm升至8.47 X 109Q .cm, 濾油機(jī)出口電阻率19.85 X 109q .cm。#2抗燃油濾前數(shù)據(jù)與體外循環(huán)濾油后測(cè)定

21、數(shù)據(jù)比較如下：f “7時(shí)間5.21（抗燃油油箱）5.2416: 00項(xiàng)目（體外循環(huán)）微水口 I/L359.6407酸值 mgKOH/g0.0980.00電阻率X 109q .cm2.028.47泡沫特性ml24 C60/324 C10/093 C0/093 C5/024 C10/024 C10/0從上表試驗(yàn)數(shù)據(jù)看在體外濾油過(guò)程中，抗燃油的泡沫特性有所好轉(zhuǎn)，電阻率在較短時(shí)間內(nèi)升至合格，酸值降低為0.00,抗燃油從過(guò)濾前的棕黃色變?yōu)闇\黃色，同時(shí)在濾油過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象。5.27日對(duì)西安生產(chǎn)的濾芯投入#2機(jī)組抗燃油系統(tǒng)，在濾芯投運(yùn)時(shí)抗燃油起沫，加消泡劑后繼續(xù)濾油，電阻率在四天的時(shí)間內(nèi)升至合格范圍

22、。在濾芯投運(yùn)過(guò)程中酸值逐漸降低、空氣釋放值逐漸提高，抗泡沫性能逐漸變好，抗燃油的顏色由黃色變?yōu)榈S色。抗燃油的大部分質(zhì)量指標(biāo)超過(guò)了運(yùn)行抗燃油運(yùn)行指標(biāo)。此濾芯的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用低，過(guò)濾效果好。濾芯投運(yùn)時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表四:表二：西安熱工所濾芯對(duì)#2機(jī)抗燃油處理期間數(shù)據(jù)日期取樣部位泡沫特性空放值酸值電阻率5.28抗燃油24 C935C后24 C3.69冷油器5/00/05/05.29抗燃油24 C93.5C后24 C0.0423.81冷油器5/00/05/05.30抗燃油24 C93.5C后24 C4.16冷油器5/00/05/05.30因無(wú)消泡劑停止濾油，6月10 日15: 15投運(yùn)#2機(jī)組抗燃油濾芯6.10抗燃油24 C93.5C后24 C6.0冷油器5/00/05/