电厂EH系统抗燃油平衡电荷与干离子交换树脂技术的应用分析

胡 俊，彭晓军

（1.中国石化集团北京燕山石油化工有限公司，北京 102500；2.北京能源集团有限责任公司，北京 100022）

1 电厂EH抗燃油系统现有净化与再生措施应用分析

EH在线管路配置使用了改性活性氧化铝技术，同时油箱循环净化配置真空净油机，但是现场伺服阀系统仍然故障频发。由于抗燃磷酸酯液压油的特殊性，单靠简单的真空净油机和在线管路滤芯已经不能满足抗燃油的运行管理要求。国内各火电厂运用抗燃液压油，由于油质劣化比较严重，导致EH系统的腐蚀和磨损，经常引起机组跳机，大大增加了维护成本。究其原因，在过滤滤芯中发现深黄色和黑色油泥，在整个油箱内发现凝胶和油漆状污染物，在伺服阀内发现沉积物，导致系统运行不稳定，卡涩卡阻。

电厂EH系统抗燃油，原来使用加油小车或真空脱水等净化措施。抗燃液压油是磷酸酯合成液，可滤性极差，它有溶剂效应，易形成沉淀物，堵塞滤网。运行几年后，发现抗燃油的理化指标不合格，污染指标不合格，伺服阀卡阻故障频发。

1.1 目前抗燃油净化措施

目前电厂的EH系统工艺设计得到很大改善，水分来源少。真空净油机一般能较好地控制水分和颗粒污染，同时抗燃油属于环烷基物质，黏度指数低，只有60 mm2/s(40℃)左右。低温情况下，黏度特别大，真空净油机系统频繁出现入口真空度高、出口滤芯堵塞、真空泵跳闸等故障，需要经常维修，维修成本不仅高，也经常延误抗燃油系统的净化。目前，仍然没有有效的手段解决凝胶物和油泥引起的伺服阀卡阻问题。

氧化铝再生净油机，以吸水滤芯+再生氧化铝滤芯+高精度过滤滤芯作为组合配置，可以很好地解决清洁度、水分、酸值和电阻率问题。但是由于再生滤芯释放金属离子物，抗燃油氧化以及高温劣化的不溶解的悬浮产物不能解决，导致伺服阀依然堵塞和卡阻，给电厂的发电运行和设备管理带来难题。

1.2 在线管路再生装置使用脱酸再生材料引起伺服阀故障

一般在EH管路上设计和安装使用脱酸滤芯，用于解决磷酸酯抗燃油的酸值、电阻率问题。目前管路使用脱酸滤芯已经从硅藻土滤芯升级到氧化铝滤芯阶段，但一般设计院设计的仍然是已经被淘汰的硅藻土滤芯。目前这2种滤芯由于释放金属离子物，都处于被逐步淘汰的阶段。

普通硅藻土价格低廉，酸吸收效率为0.59 mol/L，效率低。普通硅藻土含有大量的游离金属离子，会催化抗燃油分解，缩短使用寿命，也会造成磷酸酯抗燃油系统的电阻率下降。游离金属离子和磷酸酯抗燃油发生化学反应产生多聚磷酸酯及复杂的磷酸盐衍生物，此衍生物以凝胶状析出造成伺服阀卡阻和过滤器堵塞，还会使磷酸酯抗燃油各项泡沫性能劣化。同时，由于硅藻土中的Mg2+、Ca2+能与油中的劣化产物反应生成金属盐，产生凝胶状析出物，造成滤芯频繁失效。

活性氧化铝酸吸收效率为1.17 mol/L，高于普通硅藻土200%，所含游离钠离子 (3%)溶出会导致磷酸酯抗燃油的电阻率下降及各项泡沫性能劣化。活性氧化铝的颗粒十分细小而且硬度极高，一旦泄漏将会导致EH系统的阀和泵等磨损损坏。

改性活性氧化铝酸吸收效率为1.17 mol/L，用于磷酸酯抗燃油的再生脱酸，有效成分相对稳定，不释放游离纳离子和氧化铝颗粒。活性氧化铝的颗粒十分细小而且硬度极高，改性氧化铝过滤介质中还加入了一定量的人工硅酸盐，化学成分主要是硅铝酸钠，它的硅石颗粒的形状和结构，加速了催化化学反应。这些物质会导致凝胶状析出物，不易使用在已经运行的抗燃油中，仅能够与新磷酸酯抗燃油同时投入EH运行，但使用仍然要十分慎重。

国内某第三方润滑实验室检测的抗燃油异物分析报告显示，2016年2月，某电力公司在其抗燃油旁路油箱中发现大量透明脂状物质。为了查明来源，对该异物取样进行了分析，同时送检了系统中正在运行的抗燃油作为参考，结果见表1。

表1 送检的抗燃油和脂状物检测分析结果mg/kg

从表1可以看出，在用润滑油脂状物Al元素含量较高，另外含有少量Si、Ba、Ca、Zn等元素，而抗燃油中并不含这些物质，表明这些元素并非来源于油品本身。经调查发现，该系统采用的是活性氧化铝吸附剂，是脂状物中Al元素的主要来源，该脂状物为抗燃油氧化产物与再生吸附剂反应产物，通常称之为“凝胶”。

凝胶属于金属盐类，通常出现在使用硅藻土吸附剂和活性铝吸附剂的抗燃油系统中，这是因为这类吸附剂在运行时会释放出金属离子，例如硅藻土中的Ca、Mg离子，活性氧化铝中的Al、Na离子等，这些金属离子会与抗燃油氧化生成的酸性物质发生反应，生成大分子的磷酸金属盐，也就是常说的“凝胶”，属于亚微米级污染物，是导致伺服阀频繁发生卡阻的主要原因。

1.3 缩短抗燃油的更换周期以降低伺服阀故障

有的电厂在抗燃油运行3年后，更多的措施是大量补加抗燃油，采用1/3或者2/3比例的新抗燃油逐步更换运行中的抗燃油，减少伺服阀的卡阻。这样导致抗燃油采购成本不断提高，即使更换新油，仍然不能彻底有效解决抗燃油中的亚微米级颗粒物和凝胶物，伺服阀卡阻问题依旧存在。

2 平衡电荷技术解决抗燃油中的胶质和油泥

伺服阀频繁发生卡阻的原因是不溶解的亚微米的油泥、胶质和金属离子物等没有彻底净化而黏附在伺服阀的线轴和喷嘴上，导致机组摆动，运行不稳定。传统常规的过滤或分离技术只能对抗燃油中3 μm级别的污染颗粒物有效过滤，不能消除3 μm级别以下的极性污染颗粒物，不能解决系统内的油泥、弹性氧化物、柔性污染物及胶质污染物的污染问题。

对抗燃油中不可溶的无机物和有机物颗粒物，可采用具有专利技术的平衡电荷集聚技术处理，不仅可以过滤掉流体中0.1 μm以上的所有颗粒污染物，而且可以主动拔除掉系统内表面上黏附的油泥和胶状污垢。

2.1 平衡电荷原理介绍

平衡电荷净化工艺原理是通过对微小颗粒物加载正、负静电荷的方式，让其集聚成大的可捕捉过滤的颗粒物，从而达到去除其他方法无法去除的微小颗粒物之目的。

图1为混流器工作示意图。如图1所示，来自主机油箱的流体被分为两路流体流进混流器，混流器由2个分开的电极组成，这2个电极分别装在绝缘管中，当两路流体分别从这2根绝缘管中流过时，由于2个电极一个携带正电荷，另一个携带负电荷，且每个电极都产生强烈的高压电场，通过它们独特的形状，每个电极都向经过的流体“喷射”电涡流，“奔涌”的电涡流向流体中的污染颗粒物充电，使其带上电荷。

在混流器的末端，两路分开的流体又重新混合在一起，流体中的带相反电荷的小颗粒物相互吸引、附聚而体积增大，变成大的颗粒物，这些附聚增大后的颗粒物基本上已经变成中性的（净电荷为零）流向收集区域。

图1 混流器工作示意图

经过初步处理，流体中可能还存留有部分净电荷，但这部分净电荷与平衡电荷系统中产生的相反电荷或主机设备中的自由电荷进行静电结合，很快趋于消尽。

2.2 平衡电荷原理技术优势

亚微米级净化极大地改善了当前的过滤系统，能有效去除和防止油泥、弹性氧化物产生，清洁伺服阀内部黏结的污垢，避免伺服阀卡阻故障发生，减少抗燃油的更换和处置，降低维护成本。同时提高了抗燃油的溶解能力，主动净化和拔除已黏附在油箱内壁、管路、液压原件、控制元件和伺服阀等上的油泥和胶质物，保证EH抗燃油系统的全面干净。

3 新型干离子交换树脂材料在抗燃油中的应用

平衡电荷技术只对悬浮以及沉积的油泥、胶质物有很好的净化效果，对溶解的有机物和无机物，需要在EH抗燃油油箱在线管路的平衡电荷净油机上安装使用干离子交换树脂滤芯，吸附交换溶解态的胶质物和油泥，最终可除去凝胶物，避免伺服阀的卡涩。

干式离子交换树脂滤芯是近几年新发展的技术，由非常一致的树脂珠子组成，可以充分安全地吸附系统中的酸性物质而不用担心内芯爆破，从而最大限度地去除系统内的酸和水分。干式离子交换树脂滤芯具有不向流体系统增加水分、防膨胀设计、内核不爆破等优点，能增加吸酸容量，模块使用寿命长。它无须内置金属芯核，消除金属皂沫，吸收细的粉尘，增加抗酸性；能滤除抗燃油中的金属离子，不释放金属离子，不产生酸性凝胶状多聚磷酸盐，减少了凝胶物的形成，降低了伺服阀频繁卡阻的次数。

4 平衡电荷技术与干离子交换树脂技术的组合使用

抗燃磷酸酯液压油的污染物来源分析及解决办法见表2。由表2可知，平衡电荷技术和最新材料干离子交换树脂的组合应用，是目前解决抗燃油伺服阀卡阻的最佳组合应用方法。

表2 抗燃磷酸酯液压油的污染物来源分析及解决办法

5 应用案例分析

某热电厂在平衡电荷净化使用之前，EH管路经过技术改造，已经换掉硅藻土滤芯，全部更换成改性活性氧化铝再生滤芯，同时现场配备了真空净油机，这种配置是处理清洁度、水分、脱酸的优异组合，但是伺服阀依旧频繁发生卡阻，更换伺服阀的费用和人工成本不断升高。使用平衡电荷+干离子交换树脂滤芯组合净化除油泥系统后，效果明显。表3为此种组合技术在1号机安装使用前后的对比数据。

表3 使用前后油液胶质、酸值等数据比较

跟踪2年的使用数据和使用效果，不仅抗燃油指标各项优异，而且伺服阀很少卡阻。2017年9月份发电机组启机运行，没有再发生过伺服阀卡阻的问题，解决了调速系统非计划停机的事故，节约了伺服阀使用成本和检修费用，延长了抗燃油的使用寿命。此种联合技术除油泥系统达到了现场的使用要求，目前安全稳定运行。

6 结论

保持抗燃油的全面干净，滤除亚微米级颗粒物和油泥，稳定润滑性能指标，提高润滑的管理水平，对EH系统的安全稳定长周期运行非常关键。非计划停机和检修，增加了维修的频率和维护成本，给电厂的发电生产和设备维护带来很大损失。

通过分析和使用表明，应用平衡电荷+干离子交换树脂组合系统净化除油泥系统完全可以满足并超出电力行业调速系统的生产要求，净化并解决了调速系统抗燃油运行中出现的油泥、胶质物、亚微米级污染物和酸性物质等危害机组运行的抗燃油污染问题，可以很好地解决EH抗燃油系统伺服阀卡阻的问题，延长了整个系统的使用寿命周期，保障了发电机组的安全稳定运行。