磷酸酯抗燃油泡沫特性超标等问题分析及对策

卢 勇，张凤清

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.哈尔滨超高压局，黑龙江 哈尔滨 150090）

磷酸酯抗燃油泡沫特性超标等问题分析及对策

卢 勇1，张凤清2

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.哈尔滨超高压局，黑龙江 哈尔滨 150090）

目前磷酸酯抗燃油作为汽轮机调速介质在我国已得到了普遍应用，但与传统的矿物油相比，在使用中出现了油品抗泡沫特性超标，电阻率超标以及酸值迅速升高，颜色加深的快速裂化现象。重点对抗燃油泡沫特性超标问题的处理进行了较为详细的探讨，同时对抗燃油在使用中出现的其它问题及采取的对策进行了论述，对油品在日常监测维护工作的一些做法也做了介绍。

磷酸酯抗燃油；泡沫特性超标；对策；监督检测

为适应高压机组蒸汽参数的变化，改善汽轮机液压调节系统的动态响应特性，必须缩小液压执行机构的尺寸，提高调节介质的工作压力。调节介质极高的工作压力也大大增加了介质泄漏的风险，传统的矿物型汽轮机油其自燃点仅为350℃左右，油品一旦泄漏极易造成火灾。因此，为适应大容量高参数机组发展要求，汽轮机调速系统越来越多地采用一种人工合成的抗燃液压液（即抗燃油），它可有效地避免高参数机组的调节系统在高压力下工作时油品泄漏到主蒸汽管道（温度一般大于530℃）而导致火灾的危险［1］。

目前绝大多数单位所使用的抗燃油都是从国外进口的，价格十分昂贵。一般每桶（200 L）售价3.4万元，每台机组一般用油量8桶左右。这样，做好油品的监督维护工作，延长油品的使用寿命不仅是机组安全运行的需要，同时对降低发电成本，提高设备运行的经济性，减少报废油品对环境的污染都具有十分重要的意义。

元宝山电厂是我国使用抗燃油较早的电厂之一。早在1984年1号机的调速系统就采用了抗燃油，至今已使用30多年。目前抗燃油已在各种容量的机组上普遍应用。多年的应用实践使我们对这种新介质的性能、变化规律以及监督维护方法等有了更全面的了解，同时也积累了一定的经验。

1 存在的问题

1.1 油品抗泡沫特性超标

常压下油中一般可溶解10%（体积比）的空气［2］，随着压力的升高气体的溶解度会随之增大。多余的气体会自动释放出来，但磷酸脂抗燃油对空气的释放速度要比矿物汽轮机油慢1／3～1／2。由于油中空气的存在使油的可压缩性增大。溶有空气的油品在局部减压区段内空气又可从油中释放出来，这样会导致系统工作不稳定而引起机组振动等。另外，油中含有较多的空气（泡沫）还会影响泵的出力、加速油品老化，严重时造成假油位，甚至油从油箱中溢出而造成更严重的后果。

运行中发现抗燃油的抗泡沫特性会突然增大，而不像酸值等指标会有明显的变化趋势。如某厂1号机调节系统中抗燃油的抗泡沫特性变化情况便是如此，见表1。2009年6月前一直合格，到了9月份突然增大，且远远超过了规定值。类似的情况在铁岭电厂的4号机、华能大连电厂的3号机旁路系统以及绥中电厂多台机组都出现过。1.2 油品的裂化速度快

表1 某厂1号机调速系统抗燃油抗泡沫特性变化情况

目前汽轮机调速系统所用的抗燃油都是由三芳基磷酸酯调配而成的，其与普通的矿物汽轮机油有很大的不同，它较易水解，特别是在高温高压下，磷酸酯会逐渐水解生成酸性磷酸酯和酚，并能进一步发生缩合反应生成低分子酸和高分子老化产物，这些产物在油中不仅会使油的酸值升高，颜色加深，缩短油品的使用寿命，同时还会造成调速系统卡涩和腐蚀。

在实际使用中发现，如果在使用中不对油品采取有效的维护措施，它就会迅速老化，酸值升高，颜色加深。表2列出了某厂1号机抗燃油酸值的变化情况：酸值逐年增大，仅3年左右的时间就已接近极限值。其它很多电厂情况也基本相同，如华能伊敏电厂、大连电厂、丹东电厂等油品经过3～5年的运行后，酸值都接近或超过0.15 mgKOH／g。伊敏电厂1号机最高曾达到0.33 mgKOH／g。丹东电厂和大连电厂的旁路系统与调节系统所用的抗燃油不同，颜色为绿色，老化速度更快，酸值曾经达到0.35 mgKOH／g，远远超过运行抗燃油的质量标准（≤0.15 mgKOH／g），颜色已接近黑色。

表2 某厂1号机抗燃油酸值的变化情况

1.3 部分油品的体积电阻率超标

矿物油的介电性（常用体积电阻率的指标来衡量）比三芳基磷酸酯抗燃油高很多，因此矿物汽轮机油对电阻率指标没有要求，而对调速系统中所用的抗燃油则有严格的规定，如果电阻率太低，就会造成伺服阀的腐蚀，造成调速系统卡涩。

目前辽宁及蒙东地区的多家电厂多台机组的抗燃油体积电阻率存在或出现超标问题，即低于控制标准6×109Ωcm（20℃）。

另外，在电阻率测试时发现，其值随温度的变化而变化，温度降低时，电阻率升高，温度升高时电阻率变小。因此测试体积电阻率的仪器应具备恒温功能，保证测试值为20℃的结果。

1.4 油中水分有超标现象

过多水分会使抗燃油水解劣化，同时使酸值升高，电阻率等多项指标变差。

从近30年来的运行情况看，绝大多数电厂的抗燃油水分都始终合格，不超过标准值0.1%。个别偶尔出现油品水分超标的电厂都是分布在沿海地区，如绥中电厂、大连电厂等，且出现在夏季空气湿度较大的季节。很显然这是由空气中的湿气进入油中所致。冷油器泄漏，使冷却水进入油中是水分超标的另一个原因。另外，深度老化的油品含水量也可能超标。

1.5 油品的溶剂效应问题

抗燃油（三芳基磷酸酯）对许多有机化合物和聚合材料具有很强的溶解力，即溶剂效应。它与聚氯乙烯、丁腈橡胶及橡胶石棉等都不相容［3］。而抗燃油的外观与普通的矿物汽轮机油相差不大，部分现场的运行、检修人员由于对抗燃油的相溶性不够了解，在对油品进行操作时常采用与操作普通汽轮机油相同材料的容器、管路及密封衬垫等，使这些材料发生了溶解、膨胀或强度下降等，给工作带来了许多麻烦，甚至造成了严重的事故。

如某电厂在对运行中抗燃油进行过滤处理时，由于采用了不合理材料的滤油管路，抗燃油使管路溶解膨胀，加之管路内压力过大造成管路破裂，使系统中约2／3的油品跑掉，导致机组被迫停机。其它如由于选用了不当的密封衬垫，油使衬垫溶解造成漏油跑油，用一般的胶管滤油而使油品污染的现象时有发生。

1.6 油品的毒性

表3 某电厂1号机抗燃油添加消泡剂前后各项指标对比

组成抗燃油的三芳基磷酸酯中，三芳基磷酸酯的结构不同，油品的毒性也不相同，一般在酚的邻位有基团的三芳基磷酸酯毒性较大。在油品化验时，由于试验人员吸入了做自燃点时产生的烟气出现呕吐等症状；在大量吸入做空气释放值时所产生的油气以及当油品直接与皮肤接触后分别会出现呕心及皮肤过敏等症状。

表4 某电厂2号机添加消泡剂前后油品的抗泡沫特性变化情况

2 对抗燃油出现问题所采取的对策

2.1 对泡沫特性超标的油品添加消泡剂

过去在润滑油中广泛使用的二甲基硅油虽也可以改善抗燃油的泡沫特性，但往往会使抗燃油的空气释放值性能变差，甚至超标。因此要向抗燃油中添加消泡剂，并应对添加后的油品的各项指标进行全面评定，要选择对油品性能影响小、没有不良影响的消泡剂以及添加剂量。

通过大量筛选试验发现，丙烯酸非硅型消泡剂具有理想的添加效果，其不仅可以显著改善抗燃油的泡沫特性，对抗燃油的其它指标也无不良影响，尤其是空气释放值，添加丙烯酸非硅型消泡剂后几乎没有变化。表3中给出了某电厂1号机抗燃油添加消泡剂前后各项指标对比情况。从表中可见，添加消泡剂后泡沫特性明显改善，且有效期较长。当然这与添加后对油品的日常维护也应该起到很大作用。

某电厂的2号机抗燃油的抗泡沫特性也一度很差，最高时达760／590 mL（24℃），严重威胁着机组的安全运行，曾采取加强滤油的措施企图把油品的泡沫降下来，但始终未能如愿。后采用向油中加消泡剂的方法使油品的抗泡沫特性有了明显改善。添加消泡剂前后油品的抗泡沫特性变化情况见表4。

消泡剂的添加采用如下步骤和方法。

a.对所用消泡剂进行过滤净化处理

考虑到抗燃油是应用在重要的发电机组调速系统中，对其洁净度的要求十分苛刻，为避免由于添加消泡剂而使原有油品的清洁度变差，添加前反复对消泡剂（液态）进行过滤净化，净化装置如图1所示。用颗粒度仪随时检查过滤的效果，直到添加剂的颗粒度达到NAS1638 4级标准。

b.配制消泡剂母液

图1 消泡剂过滤净化装置

考虑到丙烯酸非硅型消泡剂难溶于抗燃油中（严格意义上讲，丙烯酸非硅型消泡剂是以极细小的微粒均匀分散在抗燃油中），在正式添加前如何使添加剂很好溶解（分散）在油中显得尤为重要。首先，根据要处理的抗燃油总量（一般在1 t左右），和经过小试确定添加浓度（一般在40 mg／kg左右），计算出需要的消泡剂质量。取待添加的抗燃油1 L，将称好的消泡剂加入油中，用搅拌器激烈充分搅拌，使消泡剂均匀溶解（分散）在抗燃油中，制成母液。搅拌速度要在1 500 r／min以上，搅拌时间约20 min。

c.现场添加

添加时间最好选择在机组停运，但抗燃油系统还在循环中。这样既可以使加入油中的消泡剂得以分散均匀，又不会因添加操作不当造成停机。添加时可用滤油机在滤油时将母液抽入油箱或直接从抗燃油箱顶部盖板处倒入油箱。

2.2 加强旁路再生系统的运行维护

考虑到抗燃油相对容易裂化，抗燃油系统都设计有一套油品旁路再生系统。实践证明，只要对有效的旁路再生系统做好运行维护，油质就可长期维持在较好的状态。这一点对油质尚未出现明显裂化的油品尤为重要，一旦油质出现严重裂化，如酸值超过0.2 mgKOH／g时，旁路再生的再生效果很不明显，酸值很难处理下来。因此，在新油投运的初期就应运行维护好旁路再生系统，严格监督油品的酸值，将酸值尽可能控制在0.1 mgKOH／g以下，如果维护工作做得好，长期使酸值维持在一较低水平是完全可以实现的［4］。

2.3 采用特效的油品处理装置对油品进行处理

抗燃油的劣化是一个复杂的过程，劣化的指标不同有时需采取不同的对策，用一种再生介质来解决所有的劣化指标，是很难解决问题的，而且过滤精度低，容易引起伺服阀的卡涩。因此建议选用专门生产抗燃油再生装置的厂家的产品。这些装置具有高效降酸、脱水、提高电阻率的特点，过滤精度高，过滤精度小于1 μm，而且能根据抗燃油的劣化指标，采用不同的再生措施［5］。如某厂的抗燃油也已运行多年，4台机的抗燃油都不同程度出现过酸值增大、颜色加深、电阻率降低等现象，某些指标严重超标。该厂采用了一种移动式的抗燃油再生装置，明显改变了油品的多项指标。表5列出了该装置对油品处理前后的对照情况。

从表5中的数据可见，几项指标恢复都相当理想，无论是油品的颜色、酸值，还是电阻率和颗粒度都明显得到改善。

表5 某抗燃油再生处理装置对油品处理前后的对比

2.4 防止水分超标

磷酸酯抗燃油可以与水分作用发生水解反应。而抗燃油不仅能够吸收空气中的水分而受潮，也会因为冷油器的泄漏使水进入油中，油品老化也会产生水分从而造成油品性能变差。因此，要防止冷油器泄漏，同时要经常检查油箱呼吸器里干燥剂是否失效，及时更换。

3 在抗燃油监督、检测及维护方面的做法

3.1 油品颗粒度的监督检测

汽轮机调速系统所采用的伺服阀间隙很小，因此抗燃油作为调速介质，其中的固体颗粒会造成调速系统卡涩，机组运行不稳定，甚至威胁机组的安全运行。这一点已在电厂的决策层达成共识，各单位都十分重视油品颗粒度的监测，颗粒度不合格时严禁机组启动。

最易出现颗粒度超标的情况是在机组大修后设备试运行阶段。热工、汽机专业在抗燃油系统上实行规范化操作，以尽量减少颗粒进入系统。

3.2 油中氯含量的测定

抗燃油中的氯含量超标会使伺服系统腐蚀，加速油品降解等。因此，要严格控制油中氯的含量。采用大型X－射线能谱仪测定油中的氯含量。该方法准确、快速、简便，但仪器较昂贵。从多年的监测结果看，目前尚未发现氯含量超标的油品。

3.3 抗泡沫特性的测定

抗燃油的抗泡沫特性会影响到油泵的出力、调节系统的稳定性以及油品的老化速度等。由于油品的抗泡沫特性会突然增大，直至超标，因此油品的抗泡沫特性应作为抗燃油的一项重要指标加以监督和控制。同时，应测定3种不同条件下油品的泡沫倾向性和泡沫稳定性。因为在实践中发现，对于某些油品24℃的泡沫性很好，但在操作油品时却会产生大量的泡沫，而在93℃和后24℃试验时才会发现问题。目前在日常监督中同时测定3种不同条件下的泡沫特性，只有这样才能真正了解油品的起泡沫性，及时发现问题。

4 结束语

向抗燃油中加入适当的消泡剂可以显著改善油品的抗泡沫特性，效果立竿见影，但要保持长期有效，还需保持油中不出现新的污染杂质。

磷酸酯抗燃油在我国已有近30年的应用历史，在使用的初期由于对该油的性质了解不够，监督检验的手段不足，致使在使用中出现了一些问题，随着对该油品认识的不断完善，检测管理水平的提高，对使用中出现的问题多数都能得到有效解决，较好地掌握了油品的变化规律和性质，油品的使用寿命也在不断提高，为机组的安全经济运行提供了保障。但某些单位应加强对抗燃油的监督维护及运行检修人员的相关知识培训。对油质已出现早期裂化的单位，应尽快采取加强旁路再生系统的维护等措施，避免油品的进一步裂化甚至报废。

［1］ 罗竹杰，吉殿平.火力发电厂用油技术［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［2］ 郝有明.电力用油（气）实用技术问答［M］.北京：中国水利水电出版社，2000.

［3］ 刘永洛.电厂用磷酸酯抗燃油运行与维护导则［S］.北京：中国电力出版社，2007.

［4］ 卢 勇.磷酸酯抗燃油应用中存在的问题及对策［J］.东北电力技术，2003，24（11）：5－7.

［5］ 董志乾.汽轮机调节系统用油的运行及维护［J］.东北电力技术，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

卢 勇（1960—），男，学士，高级工程师，主要从事电力用油试验研究工作。

2015－01－20）