高壓抗燃油的特點及安裝運行探討.doc

高壓抗燃油的特點及安裝運行探討孟慶森(山東恒通化工股份有限公司熱電廠，山東郯城276100) 摘 要 簡述了抗燃油系統(tǒng)的概況和磷酸酯抗燃油的特點，提出了安裝中注意事項，分析了運行中酸值增高的原因并提出解決問題的措施。 關(guān)鍵詞 抗燃油 汽輪機 EHC系統(tǒng)1概述 隨著大容量、高參數(shù)汽輪發(fā)電機組的發(fā)展，機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作介質(zhì)的額定壓力隨之升高，對其工作介質(zhì)的要求亦越來越高。通常所用的礦物油自燃點為350左右，若在高參數(shù)大容量機組使用，便增加了油泄漏到主蒸汽管道(530)導(dǎo)致火災(zāi)的危險性。為保證機組的安全經(jīng)濟運行，汽輪機電液調(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)得到了廣泛運用，我國在電廠使用抗燃油的時間不長，并且大部分是進口抗燃油，運行監(jiān)督和檢修管理方面缺少經(jīng)驗，尤其是企業(yè)自備電廠。而且，抗燃油在運行、檢修過程中容易受到水分、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)量不過關(guān)，都會給系統(tǒng)和機組的安全埋下隱患，甚至可能造成超速或停機事故。 因此，加強抗燃油的運行監(jiān)督及檢修質(zhì)量管理，對延長抗燃油的使用壽命、防止調(diào)速系統(tǒng)卡澀和保障機組的安全經(jīng)濟運行都有十分重要的意義。2機組概況 山東恒通化工股份有限公司熱電廠在2002年10月前裝機容量為36MW，1臺單抽凝汽式汽輪機，2臺雙抽凝汽式汽輪機，主要參數(shù)如下：額定轉(zhuǎn)速：3000r/min，主汽門前蒸汽壓力：3.43MPa、溫度：435、流量：108t/h，一級抽汽壓力：1.57MPa、流量：60t/h，二級抽汽壓力：0.49MPa、流量：80t/h。 一級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,熱電比高于國家熱電政策規(guī)定值。為進一步提高公司綜合利用程度，發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)優(yōu)勢，2002年5月開始熱電擴建工程設(shè)計，主機為50MW單抽凝汽式汽輪機，配套2臺240t/h循環(huán)流化床鍋爐，2002年10月正式投運后裝機容量達到86MW，汽輪機型號為C50-8.83/4.12，是武漢汽輪機廠制造的單缸、沖動式汽輪機，主要參數(shù)：額定轉(zhuǎn)速：3000r/min，主汽門前壓力：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汽輪機的抽汽(4.12MPa、450)帶動12MW汽輪機組發(fā)電抽汽，形成子母機制、階梯式利用，進一步降低了供電成本，增強了化肥、化工產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。 汽輪機控制系統(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)，是在美國西屋公司產(chǎn)品基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計的?？谷加褪褂玫氖敲绹鳤KZO化學(xué)公司的Fyrquel磷酸酯型抗燃油，其系統(tǒng)油壓正常控制值為12.7MPa14.7MPa。該系統(tǒng)能進行汽輪機的自動調(diào)節(jié)，有較完備的汽輪機超速保護，能進行汽輪機運行和啟停時的監(jiān)控等，通過計算機對應(yīng)轉(zhuǎn)速和負荷所需要的指令后將要求的主汽門、調(diào)門位置信號送至伺服閥、伺服油動機，由此來實現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制，并且通過這套高壓的油系統(tǒng)來實現(xiàn)緊急情況下關(guān)閉各汽門的保安功能。 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，水分將會通過呼吸器侵入油箱，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)由油路中的精密過濾器及旁路再生裝置組成。精密過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儲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濾器和精密濾器(波紋纖維濾器)等組成，見圖1。 再生裝置的進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入濾器，一路經(jīng)過2.5的節(jié)流孔、截止閥2進入到硅藻土過濾器，再經(jīng)過波紋纖維過濾器回到油箱，油的流量為每分鐘1加侖。另一路經(jīng)過截止閥3后直接進入波紋纖維過濾器，再回到油箱，管道中不需要有節(jié)流孔。 每個濾器上面都裝有一個壓力表，如果任一個濾器的油溫在4354之間，壓力高達0.21MPa時，就需要調(diào)換濾芯。將管路上的截閥關(guān)閉，濾器上蓋打開，就可以調(diào)換濾芯。 使用時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時使用。首先將通往波紋纖維過濾器的截止閥3打開，將濾油系統(tǒng)的截止閥1關(guān)閉，此時濾油泵的排出油全部流經(jīng)波紋纖維過濾器，待該過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，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，此時濾油泵出口壓力為0.5MPa左右。 在機組投運的第一個月，再生裝置每周應(yīng)連續(xù)運行八小時，在以后的日子里，則根據(jù)油的化驗結(jié)果，決定是否需要投入該裝置。3抗燃油的特點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)作抗燃汽輪機油和冶金行業(yè)，其粘度、閃點、自燃點、熱分解溫度均較高，能滿足大容量汽輪機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)對介質(zhì)的要求。 一般來說，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)電機組已廣泛采用抗燃油作為汽輪機電液調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的工質(zhì)。對抗燃油中的含氯量、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)嚴格控制，在啟動前和運行中都要定期化驗檢查，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 酸磷酯抗燃液對氯的含量要求很嚴格，氯含量超標會加速磷酸酯的降解，并導(dǎo)致伺服閥的腐蝕。磷酸酯抗燃液中的含氯量來源于合成中的副產(chǎn)物，而普通的礦物基汽輪機油則沒有這方面的要求。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小時的動態(tài)蒸發(fā)試驗中，三甲基磷酸酯的失重為0.22%，32號汽輪機油的失重為0.36%。這說明了抗燃油的揮發(fā)性能比汽輪機油好。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，抗燃液的驗收一定要按照它的技術(shù)規(guī)范要求，而使用礦物油時，便沒有這方面的指標規(guī)定。3.2.5潤滑性能 磷酸酯是一種很好的潤滑材料，其中三芳基磷酸酯還常用作潤滑劑的抗磨添加劑，許多機械、軸承和泵采用它作潤滑劑后，作用壽命都比用礦物油長。磷酸酯具有優(yōu)良的抗磨性能，它在摩擦?xí)r對金屬表面能起化學(xué)拋光作用，摩擦引起局部過熱時，酯就和金屬發(fā)生作用形成低熔點合金，低熔點合金能發(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)鏈長度和數(shù)量的增長，熱安定性隨之降低，若酯分子中引進了氧原子，其熱分解溫度就提高。三芳基磷酸酯的結(jié)構(gòu)對稱性決定了它具有高的熱氧化安定性，不僅遠遠超過汽輪機油，也優(yōu)于三烷基磷酸酯、烷基芳基磷酸酯和有機酸酯。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)物對某些金屬有腐蝕作用，特別是對銅和銅的合金。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，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題需要特別重視，因為本芳基磷酸酯對許多有機化合物和聚合材料有很強的溶解能力。 所以在使用抗燃油時，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，受到充分的重視和研究發(fā)展，除前述介紹的Fyrquel牌號外，還有另一種牌號為OMTI的磷酸酯基抗燃油，其自燃溫度更高，不低于730，并且運行時酸值變化緩慢，因而油液不需要經(jīng)常進行再生，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，其牌號為Cosmolubric HF-130,它具有良好的熱穩(wěn)定性、粘溫特性和潤滑性能，相對密度為0.92，與透平油相對密度接近，因而且有相對密度小于水的優(yōu)點，其閃點為555F，著火點為615F，流點為-10F。自燃溫度為760F，粘度為305s(SSu)。4安裝注意事項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，打開蒸汽閥沖洗管子1分鐘，再把管子調(diào)頭再沖洗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，直到白布上看不見臟點為止。然后用所供的專用套管套住管口，以防止灰塵進入干凈的管子。清洗后的管子放在一起以便安裝時使用。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灰點，然后將零件裝在干凈的塑料袋中備用。 如果沒有蒸汽沖洗，則用丙酮、汽油替代，用鐵絲把白布扎好，在管內(nèi)多次拉擦，直至白布看不見臟點為止。4.2管道切割及焊接 嚴禁用砂輪切割機切割管子。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)量不好會使油管在工作過程中產(chǎn)生斷裂，造成抗燃油流失。不但有經(jīng)濟損失，并且會造成機組因抗燃油油位過低而停機。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)進行X光探傷或著色探傷。如條件允許，建議對EH油系統(tǒng)管道進行探傷，C50-8.83/4.12汽輪機EH高壓油母管在2002年11月9日發(fā)現(xiàn)一條40mm長軸向裂紋，所幸裂紋漏油不甚嚴重，后采用外加半圓形護瓦施焊方法解決了漏油，避免一次停機，實際上冒了很大風(fēng)險。4.3管道安裝 焊接及探傷后，為確保管內(nèi)無雜物，最好用高溫低壓蒸汽再沖洗一遍，然后用氮氣吹掃，以確保管內(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，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，同時保持周圍環(huán)境干凈。5抗燃油的運行問題5.1汽輪機抗燃油系統(tǒng) 汽輪機抗燃油系統(tǒng)如圖3所示。過濾器是保證油系統(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 抗燃油在運行中的主要問題是酸值上升過快甚至超標以及顆粒度不合格。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，嚴重影響安全生產(chǎn)，解決這一問題刻不容緩。 運行的環(huán)境溫度過高、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)三個因素對抗燃油劣化速度有顯著影響。有試驗結(jié)果表明，水分和溫度是影響抗燃油劣化的主要因素。磷酸酯在長期使用后，水分、金屬和水解反應(yīng)生成的酸性物質(zhì)會進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+會加快反應(yīng)速度，一旦發(fā)生水解，抗燃油的酸值會很快上升。 油中水分和油的氧化是油酸值增高的主要原因?？谷家涸谶\行中會被逐漸氧化。通常，抗燃液運行一段時間后，氧化速度會加速，酸值也隨之劇增。當運行中的抗燃液酸值超過標準時，應(yīng)及時將旁路再生系統(tǒng)投入運行中更換吸附劑。有關(guān)導(dǎo)則中規(guī)定，新抗燃油酸值應(yīng)0.08mg(KOH)/g運行中要定期化驗，發(fā)現(xiàn)酸值明顯上升，達到0.50.25mg(KOH)/g時，應(yīng)采取相應(yīng)措施。酸值反映了抗燃油運行中的劣化程度，是抗燃油重要的日產(chǎn)監(jiān)督指標之一。酸值的測定方法與汽輪機油的酸值測定方法相同。加強抗燃油的運行管理和維護監(jiān)督，可以延長抗燃油的使用壽命，保證大機組調(diào)速系統(tǒng)的正常工作。6對策與措施 a.加強對油質(zhì)的化學(xué)監(jiān)督及處理，以便隨時掌握系統(tǒng)的運行情況。如發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時采取有效處理措施，以免給機組安全運行埋下隱患。新油和運行中汽輪機用抗燃油應(yīng)按電廠用抗燃油驗收、運行監(jiān)督及維護管理導(dǎo)則(DL/T571-1995)進行檢驗，合格的新油存放于清潔、陰涼干燥、通風(fēng)良好的地方，現(xiàn)場補油前應(yīng)取樣化驗檢查。運行油按分析項目及周期進行檢驗，如發(fā)現(xiàn)問題，及時通知有關(guān)人員進行處理。 b.運行中抗燃油溫度過高，可能會發(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，抗燃油運行溫度應(yīng)控制在55以下，個別熱點不能超過120。尤其像50MW小型熱電機組，油動機直接裝在操縱座上，運行人員更應(yīng)加強對抗燃油油溫的監(jiān)視，油溫升高時應(yīng)