磷酸酯抗燃油油质运行控制与维护分析

2014-04-12凌驾政卫建英

电力与能源 2014年2期

陈震，金红，凌驾政，卫建英，王涛

（1.国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437；2.上海吴泾第二发电有限责任公司，上海 200241；3.国网上海市电力公司检修公司，上海 200063；4.上海电力股份有限公司闵行发电厂，上海 200240；5.上海申能临港燃机发电有限公司，上海 201306）

0 引言

目前，大容量、高参数燃煤机组的汽机调节系统控制液，仍然采用磷酸酯抗燃油。在运行时，磷酸酯抗燃油的水分、酸值、颗粒度、电阻率、泡沫特性等指标容易发生变化，其中颗粒度指标受系统杂质的污染程度影响，而其他指标则与磷酸酯的氧化、污染等方面有关。如果不重视检修质量管理、油系统清理不干净和油质运行控制不过关，都会给系统和机组的安全运行埋下隐患，甚至可能造成超速或停机事故。

为此，加强抗燃油的运行监督及检修质量管理，全面总结上海火电厂在抗燃油使用、运行监督和检修管理方面的经验，用以提高抗燃油的运行寿命，对防止调速系统卡涩和保障机组的安全经济运行，有着十分重要的意义。上海地区从20世纪90年代初运行的125 MW机组，至目前的1 GW超超临界燃煤机组，电厂的在线处理装置基本上是几十年未变的传统典型设计，由再生装置（硅藻土滤芯）和精过滤装置组成。本文针对抗燃油在线、离线处理装置的再生处理介质、运行维护进行分析，提出合理的在线、离线处理装备方式，用以提高磷酸酯抗燃油的运行寿命。

1 上海地区火电厂抗燃油使用状况

从2013年6月对上海地区火电厂抗燃油合格率的统计数据看，合格率最低的是抗燃油，许多电厂常见的不合格指标通常是水分、颗粒度、酸值，在这里不做统计罗列，表1的数据为不常超标的项目如体积电阻率、泡沫特性、空气释放值的检测值。2013年6月上电漕泾电厂与石洞口燃机电厂抗燃油运行检测数据，如表1所示。

2013年6月漕泾燃机电厂与石洞口电厂抗燃油运行检测数据，如表2所示。

从表1和表2抗燃油的运行数据可以看出，抗燃油的颗粒度（Nas1638）、体积电阻率、酸值、泡沫特性、空气释放值都已超过国家标准，而且这些超标项目之间有着相互关联。

磷酸酯在长期使用后，油中水分、金属离子和水解反应生成的酸性物质，会进一步恶化油品的性能，其水解反应是自催化反应，H＋会加快反应速度，水解后抗燃油的酸值会很快上升。因此，油质劣化的主要特征是酸值急剧上升，而酸值升高后导致油质进一步劣化，不但缩短了油品使用寿命，也使调速系统遭受腐蚀、卡涩失灵等引发故障，影响机组安全生产。

随着机组服役年限的增长，抗燃油逐渐老化是无法避免的，但如能及时处理，是可以避免诸如油气界面的表面活性、抗燃油的电阻率下降以及抗泡沫特性变差等问题。也就是说，如果能投运高效处理装置，采取有针对性的技术手段，可以延长抗燃油的运行寿命，确保抗燃油各项指标合格。

2 上海地区火电厂再生处理设备的配置

表1 上电漕泾电厂与石洞口燃机电厂抗燃油检测数据

为了使磷酸酯抗燃油能够长期安全运行，必须提高对抗燃油的日常维护力度。抗燃油的维护，通常采用在线与离线两种处理方式。

2.1 在线处理设备的运行分析

上海地区火电厂从20世纪90年代初的吴泾热电厂11号和12号机组、外高桥电厂1～4号机组，闸电燃气轮机厂4台燃机，直至2010年投产的上电漕泾电厂，再生处理设备的设计均采用传统典型设计，即通过油路中的一个精密滤油器组件进行在线处理，如图1所示。

图1 在线处理的精密滤油器

精密滤油器主要由硅藻土滤油器与波纹纤维滤油器串联而成，通过带节流孔的管道与高压油集管相通。过滤器截除抗燃油中的颗粒杂质及污染物，再生装置装有硅藻土吸附剂，可吸附油中氧化产物，使抗燃油再生。也就是说，国产300 MW机组油系统管路中，大约有3.8 L／min的油流过油再生装置，然后进入EH油箱。

当油质合格时，油可以不经再生装置，仅通过波纹纤维滤油器进行颗粒去除。硅藻土滤油器与波纹纤维滤油器的滤芯均可更换。当滤油器的油温在43～45℃之间，压力达到0.21 MPa时关闭通往再生装置管路上的阀门，及时更换滤芯。

在线处理设备在运行上存在2个致命缺陷：

1）采用硅藻土滤芯进行除酸处理，对处理低酸度的抗燃油有一定的效果。当酸值超过0.2 mg／g后，处理起来就比较困难，往往需要更换几个硅藻土滤芯才起作用；当酸值超过0.3 mg／g后，硅藻土就无法达标处理。同时，硅藻土长期运行后会释放出钙、镁和铁等金属离子，导致抗燃油电阻率下降。这些金属离子与抗燃油中的酸性物质发生反应，使抗燃油的泡沫特性劣化，形成凝胶状的磷酸金属盐（油泥），造成伺服阀粘结引发故障。

2）硅藻土是一种天然土，颗粒很细、呈粉末状，尺寸不均，有电厂在运行不当时，发生硅藻土粉末泄漏，污染抗燃油。流出的硅藻土粉末，由于颗粒很细，后面的过滤器很难全部去除，带入系统中对抗燃油造成颗粒污染。

多年的运行实践证明，硅藻土过滤器不适合长期投入运行。目前，上海地区火电厂在线硅藻土滤芯已基本弃用，取而代之的是采用离线处理设备。

2.2 离线处理设备的运行分析

目前，上海地区火电厂离线处理方式有两种，一种是使用PALL公司离线处理设备，另一种是使用西安热工院的离线处理设备。

2.2.1 PALL公司的离线处理方式

PALL公司生产的离线处理装置采用分离模块处理单元，如脱水设备与精滤、再生装置与油泵，可以分别安装在不同的推车上，处理模式具有多种组合方式，如图2所示。

图2 PALL公司离线处理装置

1）脱水设备、精滤与极性树脂并联运行目前，石洞口二厂采用脱水设备、精滤和极性树脂并联运行模式，如图3所示。

由于PALL公司再生方式处理原理是离子交换，在运行过程中经过极性树脂再生处理后会产生等当量的水分流入油箱，容易造成抗燃油水分超标。

图3 并联运行方式

2）先极性树脂再脱水设备、精滤的串联运行

目前，漕泾燃机电厂、外高桥二厂、临港燃机电厂、上电漕泾电厂均采用极性树脂经过脱水设备再经过精滤设备的串联运行方式。

采用这种连接方式不仅可以在离线时使用，也可以在水分和酸值超标时投运。由于脱水设备放在极性树脂之后，经过极性树脂后产生的水分能通过脱水机进行及时去除。此连接方式已在上海地区大多数电厂中使用。为此，建议PALL公司的处理设备连接方式为先极性树脂再脱水设备、精滤的串联运行方式，对于油品的水分、颗粒度、酸值、氯离子、体积电阻率超标的问题有较好的处理效果。

当磷酸酯抗燃油酸值较高时，极性树脂应选用阴极性树脂进行再生处理；当磷酸酯抗燃油酸值不超标，体积电阻率超标时应选用阴树脂、阳树脂的配置去除抗燃油中的阴阳杂质离子。但要注意：使用“一阴一阳”配置时，处理流量会下降一半。如处理时间允许，可采用一个星期用两阴交换柱，另一个星期用两阳交换柱的处理方式。

2.2.2 西安热工院的离线处理方式

目前，吴泾热电厂、石洞口电厂均采用西安热工院的离线处理装置，工艺流程是先流入脱水设备，再流入再生设备，最后流入过滤设备的串联运行方式，如图4所示。

图4 西安热工院离线处理的装置

在脱水设备内装有1只滤芯，依靠脱水剂的高效吸水作用吸附油中水分；在再生设备内装有1只再生滤芯，依靠吸附剂将油中的酸性成分及极性杂质除去；在过滤设备中，粗过滤器内装有6只线隙式滤芯，过滤精度一般为5μm，其纳污量大，可以去除油中大量机械杂质；精过滤器的过滤精度为1μm。通过粗过滤器与精过滤器的组合过滤作用，充分提升再生后油的清洁度。

2.3 两种处理方式的比较

2.3.1 处理项目比较

西安热工院与PALL公司离线处理装置的主要处理项目比较，如表3所示。

表3 两种离线处理装置的处理项目比较

由表3可以看出，西安热工院与PALL公司的离线处理方式，对于提升抗燃油的油品质量都有一定的效果，两者也有着各自的优势。

2.3.2 处理设备比较

1）脱水设备目前，电厂抗燃油脱水的方法有两种，一种是真空滤油机脱水，另一种是吸水滤芯脱水。西安热工院脱水设备的滤料，采用吸水剂吸附脱水，适合油中含水量不高的处理，此种吸水剂具有很强的亲水疏油特性，吸水性能稳定、脱水效率较高，能维持油中含水量在300 mg／L左右，满足运行抗燃油脱水的需要。缺点是吸附滤芯会饱和，要定期更换滤芯来保证对油品中水分的去除，维护工作量大。

2）真空净油机优点是去除水分较多、处理流量高、处理时间短、设备运行可靠、脱水后油中水分含量较低；缺点是在高真空度下有加速磷酸酯分解的倾向，价格昂贵、操作复杂、需要较大的空间。西安热工院精滤装置的滤芯为1μm，PALL公司精滤装置的滤芯为3μm，也可配置滤芯为1μm，对细小颗粒有很好的去除效果。当过滤精度过高时，容易导致设备运行过滤压力过大，处理连续性受到影响。

3）再生处理西安热工院再生介质的处理量大于PALL公司的处理量。对于泡沫特性指标、酸值、体积电阻率、颗粒、水分有明显的处理效果。PALL公司则在酸值、体积电阻率、颗粒、水分、氯含量去除方面有明显的处理效果。

4）安全运行与程控 PALL公司在设备安全运行、程控方面有着明显的优势，处理设备做工精致。

2.3.3 综合指标比较

对于抗燃油指标超标问题，主要是电厂在选择油系统处理设备上不了解处理设备的性能和处理原理，对抗燃油超标项目在针对性处理上未能采取有效手段，例如：体积电阻率超标，应选择阴交换柱或物理吸附柱进行处理；泡沫特性指标超标，不能选择极性树脂处理；氯含量指标超标，不能选择物理吸附柱处理。也就是说，油务工作者必须熟悉抗燃油处理设备的处理原理，不同处理设备的性能和利弊，有效配置现有的处理设备资源，才能做到对超标项目进行有效处理。