抗燃油泡沫特性空放值超标及研究和解决

1、抗燃油泡沫特性、空放值超标问题的解决 刘长武（天津国华盘山发电有限责任公司）【摘要】 盘山发电公司目前运行的两台（俄供）500MW机组，汽轮机调节系统采用的是磷酸酯抗燃油，2002年2月5日，机组在运行当中发现抗燃油严重起泡，泡沫特性和空放值超标,影响了机组安全运行，针对这一问题，我们翻阅了有关资料、通过大量的实验研究和分析，找出了抗燃油泡沫特性和空放值超标的原因，并使用国电西安热工研究所提供的消泡剂和高效酸值滤油机成功的解决了问题。这一经验，对国内同类型火力发电厂调速系统使用抗燃油的机组，有重要的应用价值和参考意义。【关键词】 抗燃油 超标 解决1前言磷酸酯抗燃油具有优良的润滑性能，更主要的

2、是它具有高自燃点和阻燃特性，这一矿物油不可比拟的优越性能使它越来越广泛地应用于汽轮机的调节系统。抗燃油作为调速系统的控制液，体积弹性模数是一个重要指标，它表示液体的压缩性。油的体积弹性模数越大，可压缩性越小，越适合做液压油，脱除空气气泡的纯三芳基磷酸酯抗燃油的体积弹性模数不小于矿物油的体积弹性模数。在相同条件下，三芳基磷酸酯的空气饱和度和矿物油大致一样，但磷酸酯的空气释放速度比矿物油小1/21/3，而一但抗燃油被污染其泡沫特性和空放值指标就会恶化，恶化的直接结果是油箱油位下降，抗燃油中含气量上升，体积弹性模数下降。 从而使油箱正常油位难以维持，造成油压波动，使调速系统不稳定，同时油压升高时，空

3、气于油中溶解度随压力而成正比的关系变化，使之进入泵的不溶解空气在很长的压力油管中就溶解于油，但是节流时在很小的局部减压段内，空气又可能从油中释放出来，导致系统的不稳定，引起震动。因此运行抗燃油泡沫特性和空放值超标，直接威胁机组安全稳定运行，而使抗燃油泡沫特性和空放值超标的直接原因是系统腐蚀生成的皂化物，使抗燃油表面活性发生改变而造成。必须加强对磷酸酯抗燃油的监督与维护，采取有效的抗燃油防劣化措施。2002年2月5日，盘电#2机组抗燃油系统补入200kg新油后，并更换酸值滤油机滤芯，滤油时发现抗燃油严重起泡，抗燃油从油箱上部溢流，油箱油位迅速下降，油的泡沫特性、空放值严重超标，威胁着机组的安全运

4、行。为了找出并排除泡沫特性、空放值超标的主要因素，解决酸值过滤器在运行中遇到的问题，我们在近几个月的时间里进行了大量的调查和实验研究，基本上弄清了造成泡沫特性、空放值超标的原因，找到了解决问题的办法和途径。一、 抗燃油特性简介盘电公司汽轮机调节系统采用的是阿克苏诺贝尔公司提供的磷酸酯抗燃油，它的主要成分是三芳基磷酸酯。以其来源讲，不同于矿物油，磷酸酯抗燃油采用以合成酚为原料的热法合成工艺制成。作为一种合成产品，磷酸酯抗燃油的某些特性与矿物油相比差别很大，从表一可以看出两者之间差别。表一：磷酸酯抗燃油与矿物油之间的比较对比内容磷酸酯抗燃油矿物油密度大于水（1g/cm3）小于水（1g/cm3）自燃

5、点大于510350左右水解安定性差，容易水解不会水解热氧化安定性好次于前者氯含量要求严格没有要求辐射安定性差好于前者介电性能差好与密封材料的相容性对很多密封材料不相容相容性较好正是由于磷酸酯抗燃油与矿物油存在着的这种差别，使它在应用中对设备系统的洁净程度、材料的选择以及油品质的监督、维护及要求更为严格。在几年的工作实践中我认为，在抗燃油的运行监督过程中，应加强对抗燃油水份、酸值、电阻率、泡沫特性和空放值的监督同时要有高效的净化处理设备。二、 关于泡沫特性、空放值指标超标的原因分析要解决泡沫特性、空放值超标的问题，必须找到引起超标的根本原因，为此盘电公司组织了有专家、公司技术人员，抗燃油供应商、

6、滤油设备供应商，以及检测室监督人员参加的分析会，分析认为原因有以下几个方面：1） 与油接触的某些材料或介质的某些化学成分被溶入油中2） 油中含有少量矿物油3） 油中含抗泡沫的化学成分被再生剂吸附除去。 4）油质劣化腐蚀管道产生的劣化产物。 5）油受到外来表面活性剂的污染泡沫特性是在规定条件下对油鼓气后产生泡沫量大小的一个条件值；空气释放值是表示油中析出空气能力的条件值，油中泡沫特性和空气释放值的变化，同受抗燃油表面活性的影响，抗燃油的表面活性，可归于抗燃油所受的污染程度和劣化程度，找出和消除污染源、抑制泡沫生长，更换高性能大容量吸附过滤器芯是当务之急。检测室根据#2机抗燃油品质的现状，对#2机

7、抗燃油系统油箱、冷油器、滤网的检查，运行监督状况以及专家及各方面的分析意见进行了综合分析，认定原因如下：1由于2001年12月#2机抗燃油冷油器因腐蚀泄露，导致水分严重超标，水份与活性物质的共同影响使抗燃油发生自动催化裂化反应，加速系统腐蚀造成抗燃油中表面活性物质迅速增加。（抗燃油滤网发生腐蚀可以说明）有关资料显示，抗燃油劣化机理是一种自动催化裂化反应，特别是抗燃油含水较高的情况下由为突出，如果油质不断劣化而得不到处理，即使是投用旁路再生或过滤设备，由于劣化速度大于处理设备的吸附速度，很难将油处理合格。2由于在线油处理设备出力低，使#2机抗燃油自2001年6月份到2002年2月份一直没有得到良

8、好处理，抗燃油电阻率徘徊在3109.cm到5.4109.cm之间，电阻率的偏低导致系统发生了电化腐蚀，电化腐蚀产物影响了抗燃油的表面活性。这一点从调速系统飞锤被腐蚀可以得到证明。3#2机抗燃油运行中严重起泡发生异常的机理。在#2抗燃油出现严重起泡之前，抗燃油电阻率一直偏低徘徊在3109.cm到5.4109.cm之间，2001年12月16日又发生了冷油器泄露，抗燃油水分达到7000ul/L，抗燃油起泡是发生在2002年2月5日油箱补入新油以后，起泡后停机检查发现油箱滤网、油气分离板发生不同程度的腐蚀，并且油箱和冷油器上有大量粘稠物。通过这些现象我们分析，首先是抗燃油在电阻率较低的情况下使油系统发

9、生电化腐蚀，而后由于水分的超标促使抗燃油劣化，从儿加速腐蚀，腐蚀产物溶于抗燃油中，当抗燃油混入新油时腐蚀产物在抗燃油中的溶解度达到过饱和形成油泥析出，由于其密度低于抗燃油，漂浮在油的液面上，改变了油气界面的表面活性，使抗燃油产生严重起泡现象。 图1 图2 图3 起泡机理解释如下：1、补油前腐蚀产生的金属皂化物均匀分散于抗燃油中（如图（1），黑点代表腐蚀产物），油空气界面张力较大不易形成气泡。（2）当有新的抗燃油补入时，腐蚀产物在抗燃油中的溶解度达到过饱和形成油泥析出，漂浮在油和气的界面上，使油空气的界面张力下降（如图2）。（3）由于油空气的界面张力下降，空气在油流的搅动下很容易形成气泡，而且由

10、于腐蚀产物分子两端极性的差别定向的吸附在气液界面，形成牢固的液膜如图3所示，这个较牢固的液膜对泡沫具有保护作用，使抗燃油的泡沫破灭速度小于生长的速度，造成抗燃油泡沫特性、空放值指标超标，油箱严重起泡油位下降影响安全运行。 4分析实验为了进一步证实分析的正确性，我们进行了如下实验：A 析出物溶解性实验在对抗燃油中析出的粘稠物，进行溶解性实验发现，粘稠物溶于乙醇，不容于石油醚，为此我们进行了以下实验：首先称取2克粘稠物溶于50ml乙醇中过滤将滤液蒸干加石油醚100ml溶解油溶物过滤、洗涤、烘干、灰化于铂坩埚中在850下灼烧40分钟，残渣为氧化铁红色。（同时做空白）B 析出物灼烧后灰份分析。对灼烧后

11、的残渣进行了酸溶和碱溶，用化学分析法对溶出液进行了分析，发现残渣中95%以上为铁、锌氧化物（空白中未检出铁和锌），不含有铜、铝、硅氧化物，将铁、锌进行换算后铁占粘稠物含量的1.52%，锌占0.28%。通过上述实验我们排除了，原来认为硅藻土滤芯硅、铝成分溶入抗燃油产生粘稠物的解释，基本上认定粘稠物是系统发生腐蚀产生的金属皂化物。C 碳钢和锌片腐蚀性实验。为了更好的了解抗燃油的性能，我们进行了对比性腐蚀实验，第一组电阻率为大于6109.cm（实验过程中用换油来保持电阻率），第二组电阻率小于4109.cm（其他项目合格）。在55恒温箱中放置30天后，测定结果如下表： 腐蚀 组别试片 速率 第一组 第

12、二组 普通碳钢试片 0.000g/m2.月 0.056g/m2.月 镀锌试片 0.000g/m2.月 0.078g/m2.月 从实验看出抗燃油电阻率大于6109.cm时，抗燃油对设备基本上没有腐蚀，随着电阻率降低腐蚀性增强。D 新旧油混油前后泡沫特性测定。为了掌握抗燃油在补油过程中的运行规律，我们进行了混油后泡沫特性测定实验，实验结果如下：泡沫 比例 特性温度 新油与运行油混合体积比例1：05：15：35：53：55：15：024 5/045/5215/35220/65285/210295/17565/5从实验结果表明，运行抗燃油补入新油后，溶解在油中的皂化物大量析出造成抗燃油空气界面张力下降

13、，是产生泡沫的直接原因。E 加消泡剂小型实验。 根据抗燃油起泡原因分析和实验结果认定，加消泡剂是维持机组运行，避免停机的重要途径，因此检测室进行了实验室小型实验，实验室使用的是“中国石化研究院”提供的“#1消泡剂”，加入万分之五后，基本达到了满意的效果。但加表面活性剂不能从根本解决问题，必须有高效滤油设备滤除表面活性物，才能保证机组安全运行。F 联系西安热工所，进一步进行加消泡剂试验和滤油实验。西安热工所是电力系统技术权威部门，他们对盘电公司送去的抗燃油样品，做了分析，并进行了消泡剂优选实验和滤油试验，在技术上肯定了我们的分析和措施，为我们提供了“国电西安热工研究所”生产的高效滤油设备。以下是

14、国电西安热工研究所提供的消泡剂选择性试验数据：试验项目试验结果加消泡剂前抗燃油再生后加#1复合消泡剂200ppm加#2消泡剂10ppm含氯量%0.00140.00140.00170.0014电阻率.cm1.81094.310101.61091.9109空气释放值50 min大于307.310.911.0泡沫特性（24-93-24）倾向性mL210-390-120200-10-00-0-0稳定性mL200-30-11000-0-00-0-0三、泡沫特性、空放值超标的处理。运行状态下的油，其逐渐老化的趋势是无法避免的，但是如果能够及时处理，还是可以避免诸如产生气泡一类不安全现象发生的。因此，必须投

15、运高效旁路过滤装置，而且应适当延长运行的时间，确保抗燃油各项指标合格。 今年2月份，公司新购置了一台东北某厂生产的酸值滤油机，处理#2机抗燃油。处理过程中，抗燃油电阻率虽从2月6日的1.5109.cm.上升至3月25日2.0109.cm，但抗燃油油起泡沫严重.。3月15日加国电西安热工研究所提供的消泡剂500ml后泡沫减少。（数据见表二）表二：东北滤芯对#2机抗燃油处理期间数据日期2.212.263.13.43.153.25泡沫特性280/230220/0330/330580/550410/0530/500580/540580/100580/55020/00/010/010/00/010/0空

16、放值9.322.818.2电阻率1.71.92.00.961.942.0酸值0.0940.0860.0860.0860.0840.090注：电阻率数据后应加上“109”，单位是.cm。酸值单位是mgKOH/g。泡沫特性；前24 93.5 后 24空气释放值；min3月25日用东北某厂提供的滤油机和滤芯，对#2机抗燃油进行体外滤油试验，试验用油为200kg、试验用滤芯4个，滤油时间合计为51小时电阻率油2.1109.cm，上升到5.51109.cm，虽然电阻率一直在上升但按油量计算，上升速度缓慢，滤芯吸附容量较低，滤芯消耗量大，材料费用消耗高。 体外滤油过程中，抗燃油的泡沫特性在不断变化，总的趋

17、势是随着电阻率的升高，抗燃油的泡沫特性逐渐变好。但电阻率上升缓慢，#2机抗燃油油系统中的油按7吨计算，根据体外滤油试验结果可知，电阻率从2.1109.cm，上升到5.0109.cm，约需72天。根据经验估算，要使7吨抗燃油的电阻率达到合格，最少约需30个滤芯（指东北电力调节试验研究所供的滤芯），按每个滤芯6000元计算，应为18万，依目前#2机抗燃油油质状况和经济效益状况，应采用吸附容量大的滤芯进行处理。（体外滤油数据见表三）表三：东北某厂生产的滤芯进行体外滤油日期部位泡沫特性电阻率体外循环油24 60/5 93.5 40/0后24 30/52.10 抗燃油冷油器24 10/0 93.5 5/

18、0后24 10/0 2.01 体外循环油24100/593. 60/0 后24 70/52.72 抗燃油冷油器24 25/093.5 20/0 后24 20/02.0 体外循环油24 50/093. 30/0后24 30/0 2.90 抗燃油冷油器24 40/593.5 30/0后24 35/51.90 体外循环油24 30/093.520/0后24 20/0 2.50 抗燃油冷油器24 40/093.5 25/0 后2425/0 1.91 体外循环油24 25/093.520/0 后24 15/03.96 抗燃油冷油器24 30/093.525/0后24 25/0 1.98 体外循环油24

19、20/093.5 10/0 后24 20/0 5.51抗燃油冷油器24 20/093.5 20/0 后24 20/0 1.86 注：电阻率数据后应加上“109”，单位是.cm。东北某厂生产的滤芯吸附容量较低，滤芯消耗量大，材料费用高，在此同时用西安生产的滤芯对#2机组抗燃油进行了小型试验，5月24日采用西安电力试验研究所提供的滤油机和滤芯对#2机抗燃油进行体外滤油试验，试验用油为180kg、试验用滤芯4个，2个小时后电阻率1.98109.cm升至8.47109.cm，滤油机出口电阻率19.85109.cm。#2抗燃油滤前数据与体外循环滤油后测定数据比较如下： 时间项目5.21（抗燃油油箱）5.

20、24 16：00（体外循环）微水l/L359.6 407酸值 mgKOH/g0.0980.00电阻率109.cm2.028.47泡沫特性ml24 60/393 0/024 10/024 10/093 5/024 10/0 从上表试验数据看在体外滤油过程中，抗燃油的泡沫特性有所好转，电阻率在较短时间内升至合格，酸值降低为0.00，抗燃油从过滤前的棕黄色变为浅黄色，同时在滤油过程中未发现有异常现象。 5.27日对西安生产的滤芯投入#2机组抗燃油系统，在滤芯投运时抗燃油起沫，加消泡剂后继续滤油，电阻率在四天的时间内升至合格范围。在滤芯投运过程中酸值逐渐降低、空气释放值逐渐提高，抗泡沫性能逐渐变好，抗燃油的颜色由黄色变为淡黄色。抗燃油的大部分质量指标超过了运行抗燃油运行指标。此滤芯的经济费用低，过滤效果好。滤芯投运时的试验数据见表四：表二：西安热工所滤芯对#2机抗燃油处理期间数据日期取样部位泡沫特性空放值酸值电阻率5.28抗燃油冷油器24 5/093.50/0后24 5/03.695.29抗燃油冷油器24 5/093.50/0后24 5/00.0423.815.30抗燃油冷油器24 5/093.50/0后24 5/04.165.30因无消泡剂停止滤油，6月10 日15：15投运#2机组抗燃油滤芯6.10抗燃油冷油器24 5/093.50/0后24 5/06.0