高壓抗燃油的特點(diǎn)及安裝運(yùn)行探討.doc

高壓抗燃油的特點(diǎn)及安裝運(yùn)行探討孟慶森(山東恒通化工股份有限公司熱電廠，山東郯城276100) 摘 要 簡(jiǎn)述了抗燃油系統(tǒng)的概況和磷酸酯抗燃油的特點(diǎn)，提出了安裝中注意事項(xiàng)，分析了運(yùn)行中酸值增高的原因并提出解決問(wèn)題的措施。 關(guān)鍵詞 抗燃油 汽輪機(jī) EHC系統(tǒng)1概述 隨著大容量、高參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)展，機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作介質(zhì)的額定壓力隨之升高，對(duì)其工作介質(zhì)的要求亦越來(lái)越高。通常所用的礦物油自燃點(diǎn)為350左右，若在高參數(shù)大容量機(jī)組使用，便增加了油泄漏到主蒸汽管道(530)導(dǎo)致火災(zāi)的危險(xiǎn)性。為保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(EHC)的控制液普遍采用了磷酸酯抗燃油。另外，隨著中小機(jī)組控制系統(tǒng)改造和地方熱電廠、企業(yè)自備熱電廠的紛紛上馬，EHC系統(tǒng)得到了廣泛運(yùn)用，我國(guó)在電廠使用抗燃油的時(shí)間不長(zhǎng)，并且大部分是進(jìn)口抗燃油，運(yùn)行監(jiān)督和檢修管理方面缺少經(jīng)驗(yàn)，尤其是企業(yè)自備電廠。而且，抗燃油在運(yùn)行、檢修過(guò)程中容易受到水分、溫度、顆粒雜質(zhì)和系統(tǒng)材料的污染而影響它的使用性能。在檢修過(guò)程中如不注重檢修質(zhì)量管理，油系統(tǒng)清理不干凈和檢修質(zhì)量不過(guò)關(guān)，都會(huì)給系統(tǒng)和機(jī)組的安全埋下隱患，甚至可能造成超速或停機(jī)事故。 因此，加強(qiáng)抗燃油的運(yùn)行監(jiān)督及檢修質(zhì)量管理，對(duì)延長(zhǎng)抗燃油的使用壽命、防止調(diào)速系統(tǒng)卡澀和保障機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有十分重要的意義。2機(jī)組概況 山東恒通化工股份有限公司熱電廠在2002年10月前裝機(jī)容量為36MW，1臺(tái)單抽凝汽式汽輪機(jī)，2臺(tái)雙抽凝汽式汽輪機(jī)，主要參數(shù)如下：額定轉(zhuǎn)速：3000r/min，主汽門(mén)前蒸汽壓力：3.43MPa、溫度：435、流量：108t/h，一級(jí)抽汽壓力：1.57MPa、流量：60t/h，二級(jí)抽汽壓力：0.49MPa、流量：80t/h。 一級(jí)抽汽供化肥尿素和化工燒堿蒸發(fā)使用，二抽蒸汽供化肥造氣工段，年平均供汽量為140t/h,熱電比高于國(guó)家熱電政策規(guī)定值。為進(jìn)一步提高公司綜合利用程度，發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，2002年5月開(kāi)始熱電擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)，主機(jī)為50MW單抽凝汽式汽輪機(jī)，配套2臺(tái)240t/h循環(huán)流化床鍋爐，2002年10月正式投運(yùn)后裝機(jī)容量達(dá)到86MW，汽輪機(jī)型號(hào)為C50-8.83/4.12，是武漢汽輪機(jī)廠制造的單缸、沖動(dòng)式汽輪機(jī)，主要參數(shù)：額定轉(zhuǎn)速：3000r/min，主汽門(mén)前壓力：8.83MPa、溫度：535、流量：358t/h，工業(yè)抽汽壓力4.12MPa、溫度：450、流量：180t/h(最大220t/h)。 利用50MW汽輪機(jī)的抽汽(4.12MPa、450)帶動(dòng)12MW汽輪機(jī)組發(fā)電抽汽，形成子母機(jī)制、階梯式利用，進(jìn)一步降低了供電成本，增強(qiáng)了化肥、化工產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用高壓純電調(diào)系統(tǒng)(DEH)，由上海新華控制工程有限公司生產(chǎn)，是在美國(guó)西屋公司產(chǎn)品基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)的?？谷加褪褂玫氖敲绹?guó)AKZO化學(xué)公司的Fyrquel磷酸酯型抗燃油，其系統(tǒng)油壓正?？刂浦禐?2.7MPa14.7MPa。該系統(tǒng)能進(jìn)行汽輪機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，有較完備的汽輪機(jī)超速保護(hù)，能進(jìn)行汽輪機(jī)運(yùn)行和啟停時(shí)的監(jiān)控等，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷所需要的指令后將要求的主汽門(mén)、調(diào)門(mén)位置信號(hào)送至伺服閥、伺服油動(dòng)機(jī)，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制，并且通過(guò)這套高壓的油系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)緊急情況下關(guān)閉各汽門(mén)的保安功能。 高壓EH油系統(tǒng)由供油裝置、抗燃油再生裝置及油管路部件組成。供油裝置提供控制部分所需要的油及壓力，其主要部件有：油箱、油泵、油壓控制塊、儲(chǔ)能器、冷油器和再生裝置。在抗燃油再生裝置中的硅藻土接近失效或未調(diào)整的情況下，由于空氣濕度大及晝夜溫差等緣故，水分將會(huì)通過(guò)呼吸器侵入油箱，使水分逐漸升高。另外，由于EH油的密度1.13g/cm3(20)大于水的密度，故進(jìn)入油箱的水分難以排出，加速了油品的劣化，酸值也逐漸升高。因此，必須經(jīng)常更換呼吸過(guò)濾器中的干燥劑硅膠(氧化鋁)或選擇更有效的防潮填充劑。 凈化系統(tǒng)由油路中的精密過(guò)濾器及旁路再生裝置組成。精密過(guò)濾器可截除抗燃油中的顆粒雜質(zhì)及污染物，抗燃油再生裝置是一種用來(lái)儲(chǔ)存吸附劑和使抗燃油得到再生的裝置(使油保持中性、去除水份)，該裝置主要由硅藻土過(guò)濾器和精密濾器(波紋纖維濾器)等組成，見(jiàn)圖1。 再生裝置的進(jìn)油口接在濾油管路上。濾油泵出口油分作二路：一路經(jīng)截止閥1到濾油系統(tǒng)的過(guò)濾器去；另一路就是再生裝置。到再生裝置的油亦分作兩路進(jìn)入濾器，一路經(jīng)過(guò)2.5的節(jié)流孔、截止閥2進(jìn)入到硅藻土過(guò)濾器，再經(jīng)過(guò)波紋纖維過(guò)濾器回到油箱，油的流量為每分鐘1加侖。另一路經(jīng)過(guò)截止閥3后直接進(jìn)入波紋纖維過(guò)濾器，再回到油箱，管道中不需要有節(jié)流孔。 每個(gè)濾器上面都裝有一個(gè)壓力表，如果任一個(gè)濾器的油溫在4354之間，壓力高達(dá)0.21MPa時(shí)，就需要調(diào)換濾芯。將管路上的截閥關(guān)閉，濾器上蓋打開(kāi)，就可以調(diào)換濾芯。 使用時(shí)考慮到抗燃油的粘度受溫度影響很大，再生裝置要求在油溫高于40時(shí)使用。首先將通往波紋纖維過(guò)濾器的截止閥3打開(kāi)，將濾油系統(tǒng)的截止閥1關(guān)閉，此時(shí)濾油泵的排出油全部流經(jīng)波紋纖維過(guò)濾器，待該過(guò)濾器及回油管路全部充滿40以上的熱油以后，將截止閥2打開(kāi)，截止閥3逐漸關(guān)小，注意保持硅藻土濾器上壓力表指示不超過(guò)0.21MPa。待硅藻土濾器內(nèi)全部充滿熱油以后，將截止閥3全部關(guān)閉，此時(shí)濾油泵出口壓力為0.5MPa左右。 在機(jī)組投運(yùn)的第一個(gè)月，再生裝置每周應(yīng)連續(xù)運(yùn)行八小時(shí)，在以后的日子里，則根據(jù)油的化驗(yàn)結(jié)果，決定是否需要投入該裝置。3抗燃油的特點(diǎn)3.1抗燃油的種類 抗燃液分為磷酸酯、硅酸酯、石油基油、水-乙二醇乳化液、合成烴等。其中，汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)廣泛采用的磷酸酯是應(yīng)用最普遍的，而磷酸酯又按結(jié)構(gòu)分為芳基磷酸酯、烷基磷酸酯和芳基-烷基磷酸酯3種。芳基磷酸酯有較好的抗水解性、抗熱氧化安定性和抗燃性，除用于航空、航天等領(lǐng)域外，主要用于電力系統(tǒng)作抗燃汽輪機(jī)油和冶金行業(yè)，其粘度、閃點(diǎn)、自燃點(diǎn)、熱分解溫度均較高，能滿足大容量汽輪機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)介質(zhì)的要求。 一般來(lái)說(shuō)，芳基磷酸酯的熱穩(wěn)定性優(yōu)于烷基磷酸酯，而烷基磷酸酯的低溫性能及粘度指數(shù)優(yōu)于芳基磷酸酯。芳基-烷基磷酸酯的性能介于兩者之間，主要用于航空領(lǐng)域。3.2抗燃油的理化性能 現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)組已廣泛采用抗燃油作為汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的工質(zhì)。對(duì)抗燃油中的含氯量、中和性指數(shù)及雜質(zhì)含量(顆粒度)等物理化學(xué)性能均應(yīng)嚴(yán)格控制，在啟動(dòng)前和運(yùn)行中都要定期化驗(yàn)檢查，使它符合規(guī)定要求。否則，極易引起系統(tǒng)工作不正?；驌p壞設(shè)備，后果嚴(yán)重。 磷酸酯抗燃油作為一種人工合成的化學(xué)品，除了其難燃性明顯高于普通汽輪機(jī)油外，它的某些特性與礦物油有很大差別。3.2.1密度 密度是磷酸酯抗燃液與石油基汽輪機(jī)油的主要區(qū)別之一。磷酸酯抗燃液的密度大于1kg/m3，一般為1.11kg/m31.17kg/m3，而石油基汽輪機(jī)油的密度小于1kg/m3，一般為0.87kg/m3左右。3.2.2含氯量 酸磷酯抗燃液對(duì)氯的含量要求很嚴(yán)格，氯含量超標(biāo)會(huì)加速磷酸酯的降解，并導(dǎo)致伺服閥的腐蝕。磷酸酯抗燃液中的含氯量來(lái)源于合成中的副產(chǎn)物，而普通的礦物基汽輪機(jī)油則沒(méi)有這方面的要求。3.2.3揮發(fā)性 三芳基磷酸酯的揮發(fā)性較低，含側(cè)鏈的三芳基磷酸酯的揮發(fā)性更低。在90、6.5小時(shí)的動(dòng)態(tài)蒸發(fā)試驗(yàn)中，三甲基磷酸酯的失重為0.22%，32號(hào)汽輪機(jī)油的失重為0.36%。這說(shuō)明了抗燃油的揮發(fā)性能比汽輪機(jī)油好。3.2.4介電性能 三芳基磷酸酯的介電性能比礦物油差得多。所以，抗燃液的驗(yàn)收一定要按照它的技術(shù)規(guī)范要求，而使用礦物油時(shí)，便沒(méi)有這方面的指標(biāo)規(guī)定。3.2.5潤(rùn)滑性能 磷酸酯是一種很好的潤(rùn)滑材料，其中三芳基磷酸酯還常用作潤(rùn)滑劑的抗磨添加劑，許多機(jī)械、軸承和泵采用它作潤(rùn)滑劑后，作用壽命都比用礦物油長(zhǎng)。磷酸酯具有優(yōu)良的抗磨性能，它在摩擦?xí)r對(duì)金屬表面能起化學(xué)拋光作用，摩擦引起局部過(guò)熱時(shí)，酯就和金屬發(fā)生作用形成低熔點(diǎn)合金，低熔點(diǎn)合金能發(fā)生塑性變形，從而使電荷得到更好的分布。3.2.6熱穩(wěn)定性 三芳基磷酸酯的熱穩(wěn)定性決定于酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)，隨著側(cè)鏈長(zhǎng)度和數(shù)量的增長(zhǎng)，熱安定性隨之降低，若酯分子中引進(jìn)了氧原子，其熱分解溫度就提高。三芳基磷酸酯的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性決定了它具有高的熱氧化安定性，不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)汽輪機(jī)油，也優(yōu)于三烷基磷酸酯、烷基芳基磷酸酯和有機(jī)酸酯。3.2.7腐蝕性 三芳基磷酸酯的腐蝕性很小，中性酯不腐蝕黑色金屬和有色金屬。此外，酯在金屬表面上形成的膜還能保護(hù)金屬表面不受水的使用。但是，酯的熱氧化分解產(chǎn)物和水分解產(chǎn)物對(duì)某些金屬有腐蝕作用，特別是對(duì)銅和銅的合金。3.2.8空氣釋放性能 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汽輪機(jī)油小1/21/3。常壓下，油中有約10%(體積)的溶解空氣，壓力升高時(shí)，空氣中油的溶解度隨壓力而成比例的增加。3.2.9與非金屬材料的相容性 磷酸酯與非金屬密封材料的相容性問(wèn)題需要特別重視，因?yàn)楸痉蓟姿狨?duì)許多有機(jī)化合物和聚合材料有很強(qiáng)的溶解能力。 所以在使用抗燃油時(shí)，需要特別注意其與密封材料、蓄壓器皮囊材料等的兼容性。一般丁腈橡膠、氯丁橡膠、聚乙烯等都不能與磷酸酯相兼容，而丁基橡膠、氟橡膠、硅橡膠才可一起使用，這點(diǎn)很重要，應(yīng)該引起充分注意。 抗燃油由于具有較高自燃溫度等優(yōu)點(diǎn)，受到充分的重視和研究發(fā)展，除前述介紹的Fyrquel牌號(hào)外，還有另一種牌號(hào)為OMTI的磷酸酯基抗燃油，其自燃溫度更高，不低于730，并且運(yùn)行時(shí)酸值變化緩慢，因而油液不需要經(jīng)常進(jìn)行再生，其酸值變化比較如圖2所示。 此外，有一種多元醇酯(Polyol Ester)合成抗燃液，其牌號(hào)為Cosmolubric HF-130,它具有良好的熱穩(wěn)定性、粘溫特性和潤(rùn)滑性能，相對(duì)密度為0.92，與透平油相對(duì)密度接近，因而且有相對(duì)密度小于水的優(yōu)點(diǎn)，其閃點(diǎn)為555F，著火點(diǎn)為615F，流點(diǎn)為-10F。自燃溫度為760F，粘度為305s(SSu)。4安裝注意事項(xiàng)4.1管道清洗 EH油系統(tǒng)所有管子及管路附件安裝前必須經(jīng)過(guò)清洗，把所供的不銹鋼管用高溫低壓蒸汽沖洗，蒸汽壓力為1.0MPa，溫度為300。為了提高工作效率，可以多根管子(5根)一起沖。做一個(gè)架子把管子平放在架子上，略傾斜，這樣可使管子沖后管內(nèi)的剩水流出。從蒸汽管道上接出多個(gè)出汽口，出汽口管子外徑應(yīng)比所提供的不銹鋼管徑要小。把出汽口塞入要沖洗的管子，打開(kāi)蒸汽閥沖洗管子1分鐘，再把管子調(diào)頭再?zèng)_洗1分鐘。待管子冷卻后，用鐵人絲把白布扎好，塞入管內(nèi)拉擦管子內(nèi)壁，直到白布上看不見(jiàn)臟點(diǎn)為止。然后用所供的專用套管套住管口，以防止灰塵進(jìn)入干凈的管子。清洗后的管子放在一起以便安裝時(shí)使用。需焊接的零件如接頭、三通、彎頭應(yīng)在焊接前用汽油清洗二次，用白方綢布擦零件的內(nèi)表面，保證白綢布上看不見(jiàn)灰點(diǎn)，然后將零件裝在干凈的塑料袋中備用。 如果沒(méi)有蒸汽沖洗，則用丙酮、汽油替代，用鐵絲把白布扎好，在管內(nèi)多次拉擦，直至白布看不見(jiàn)臟點(diǎn)為止。4.2管道切割及焊接 嚴(yán)禁用砂輪切割機(jī)切割管子。建議用手工鋸或手工割管刀割切。所切斷的管子應(yīng)把管口用銼刀倒角去毛刺，以防鐵屑和管子毛刺進(jìn)入管道。EH油管的正常工作油壓為14.5MPa，如果焊接質(zhì)量不好會(huì)使油管在工作過(guò)程中產(chǎn)生斷裂，造成抗燃油流失。不但有經(jīng)濟(jì)損失，并且會(huì)造成機(jī)組因抗燃油油位過(guò)低而停機(jī)。所以，所有接頭焊接均應(yīng)采用氬弧焊，并且要保證接頭焊接質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)行X光探傷或著色探傷。如條件允許，建議對(duì)EH油系統(tǒng)管道進(jìn)行探傷，C50-8.83/4.12汽輪機(jī)EH高壓油母管在2002年11月9日發(fā)現(xiàn)一條40mm長(zhǎng)軸向裂紋，所幸裂紋漏油不甚嚴(yán)重，后采用外加半圓形護(hù)瓦施焊方法解決了漏油，避免一次停機(jī)，實(shí)際上冒了很大風(fēng)險(xiǎn)。4.3管道安裝 焊接及探傷后，為確保管內(nèi)無(wú)雜物，最好用高溫低壓蒸汽再?zèng)_洗一遍，然后用氮?dú)獯祾撸源_保管內(nèi)潔凈。所有管路應(yīng)使用專用管夾固定，每隔23m設(shè)置一個(gè)，并有可靠基礎(chǔ)固定。4.4拆卸沖洗 拆卸沖洗板及復(fù)裝伺服閥、AST和OPC電磁閥，節(jié)流孔時(shí)首先用綢布把外部清理干凈，操作人員用丙酮或酒精洗凈手和工具后再操作，同時(shí)保持周圍環(huán)境干凈。5抗燃油的運(yùn)行問(wèn)題5.1汽輪機(jī)抗燃油系統(tǒng) 汽輪機(jī)抗燃油系統(tǒng)如圖3所示。過(guò)濾器是保證油系統(tǒng)清潔度和降低酸值、水分的關(guān)鍵設(shè)備。5.2影響抗燃油劣化的原因 抗燃油在運(yùn)行中的主要問(wèn)題是酸值上升過(guò)快甚至超標(biāo)以及顆粒度不合格。油質(zhì)劣質(zhì)的主要特征是酸值急劇上升，而酸值升高后導(dǎo)致油質(zhì)進(jìn)一步劣化， 不但縮短了油質(zhì)使用壽命，也使調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕、卡澀失靈等故障，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)，解決這一問(wèn)題刻不容緩。 運(yùn)行的環(huán)境溫度過(guò)高、水分含量大以及抗燃油本身的抗氧化性能等均可導(dǎo)致抗燃油的劣化。溫度、水分、金屬雜質(zhì)三個(gè)因素對(duì)抗燃油劣化速度有顯著影響。有試驗(yàn)結(jié)果表明，水分和溫度是影響抗燃油劣化的主要因素。磷酸酯在長(zhǎng)期使用后，水分、金屬和水解反應(yīng)生成的酸性物質(zhì)會(huì)進(jìn)一步惡化油品的性能。磷酸酯的水解反應(yīng)是自催化反應(yīng)，反應(yīng)中產(chǎn)生的H+會(huì)加快反應(yīng)速度，一旦發(fā)生水解，抗燃油的酸值會(huì)很快上升。 油中水分和油的氧化是油酸值增高的主要原因?？谷家涸谶\(yùn)行中會(huì)被逐漸氧化。通常，抗燃液運(yùn)行一段時(shí)間后，氧化速度會(huì)加速，酸值也隨之劇增。當(dāng)運(yùn)行中的抗燃液酸值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)將旁路再生系統(tǒng)投入運(yùn)行中更換吸附劑。有關(guān)導(dǎo)則中規(guī)定，新抗燃油酸值應(yīng)0.08mg(KOH)/g運(yùn)行中要定期化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)酸值明顯上升，達(dá)到0.50.25mg(KOH)/g時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)措施。酸值反映了抗燃油運(yùn)行中的劣化程度，是抗燃油重要的日產(chǎn)監(jiān)督指標(biāo)之一。酸值的測(cè)定方法與汽輪機(jī)油的酸值測(cè)定方法相同。加強(qiáng)抗燃油的運(yùn)行管理和維護(hù)監(jiān)督，可以延長(zhǎng)抗燃油的使用壽命，保證大機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的正常工作。6對(duì)策與措施 a.加強(qiáng)對(duì)油質(zhì)的化學(xué)監(jiān)督及處理，以便隨時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行情況。如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)采取有效處理措施，以免給機(jī)組安全運(yùn)行埋下隱患。新油和運(yùn)行中汽輪機(jī)用抗燃油應(yīng)按電廠用抗燃油驗(yàn)收、運(yùn)行監(jiān)督及維護(hù)管理導(dǎo)則(DL/T571-1995)進(jìn)行檢驗(yàn)，合格的新油存放于清潔、陰涼干燥、通風(fēng)良好的地方，現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)油前應(yīng)取樣化驗(yàn)檢查。運(yùn)行油按分析項(xiàng)目及周期進(jìn)行檢驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)通知有關(guān)人員進(jìn)行處理。 b.運(yùn)行中抗燃油溫度過(guò)高，可能會(huì)發(fā)生氧化或裂解，導(dǎo)致酸值迅速增加或產(chǎn)生沉淀物，使油質(zhì)急劇劣化。因此，抗燃油運(yùn)行溫度應(yīng)控制在55以下，個(gè)別熱點(diǎn)不能超過(guò)120。尤其像50MW小型熱電機(jī)組，油動(dòng)機(jī)直接裝在操縱座上，運(yùn)行人員更應(yīng)加強(qiáng)對(duì)抗燃油油溫的監(jiān)視，油溫升高時(shí)應(yīng)