抗燃油泡沫特性和空氣釋放值超標的解決措施

劉 芳

（天津大唐國際盤山發電有限責任公司 天津薊縣）

一、泡沫特性空氣釋放值超標情況

1.系統概述

隨著節能和環保的要求越來越高，高參數、大容量成為電力工業發展的必然趨勢。通常來說，發電廠汽輪機調節油壓隨著機組功率的提高而增加，目前600 MW火電機組汽輪機調節油壓可高達14 MPa，為防止高壓油泄漏釀成火災，調速系統控制液已經廣泛采用磷酸酯抗燃液壓油，簡稱抗燃油或EH油。如果抗燃油在使用中出現油質劣化現象，就會影響其使用性能，威脅機組的安全運行。因此，加強對大型汽輪機組抗燃油油質的監督維護和管理工作具有重要的意義。

2×600 MW亞臨界火電機組抗燃油系統由2臺高壓油泵（1運1備）、再生泵、冷卻泵、油箱、高低壓蓄能器、管路及控制模塊組成。采用美國阿克蘇公司生產的磷酸酯抗燃油，硅藻土濾芯旁路再生裝置，系統運行油壓維持在14.5±0.5 MPa，油泵濾芯出口差壓≤0.55 MPa，運行油溫38～55℃。

2.超標情況

自2011年以來，運行抗燃油逐漸出現泡沫特性、空氣釋放值兩項指標超標的情況。各項指標如表1所示。

表1 處理前運行抗燃油各項指標

運行時，抗燃油泡沫特性達到620/542、480/10、429/410 mL/mL，空氣釋放值19 min，均遠大于控制指標。在故障排查期，檢修人員對抗燃油系統進行了細致檢查，系統無明顯缺陷，旁路再生裝置處于連續運行狀態，多次更換濾芯，并跟蹤取樣化驗，指標無明顯改善。油質化驗各項指標顯示，除泡沫特性和空氣釋放值外，其他指標均合格，水分、酸值無明顯劣化。

二、泡沫特性、空氣釋放值超標危害及其原因分析

1.泡沫特性、空氣釋放值超標危害

泡沫特性用于評價磷酸酯抗燃油中形成泡沫的傾向及形成泡沫的穩定性。泡沫特性超標對機組安全運行危害表現在：加速油的氧化與劣化；在高壓下氣泡破裂將引起調速系統振動，損害原件壽命；氣泡進入油泵會造成油泵的汽蝕；如果泡沫過多會造成虛假液位，甚至會發生泡沫從油箱頂部呼吸口溢出的事故，嚴重威脅機組安全運行。

空氣釋放值用來表示油中夾雜空氣的逸出能力。由于磷酸酯抗燃油系統運行壓力較高（＞14 MPa），如果運行油中夾帶有較多的空氣，會對油系統的安全運行構成較大危害。如，改變油的壓縮系數，會導致電液控制信號失準，危及汽輪機組的安全運行；在高壓下，油中氣泡破裂，造成油系統壓力波動，對油系統設備產生影響；高壓下，氣泡破裂時在破裂區造成的高壓及氣體中的氧會使油發生氧化劣化。

2.原因分析

鑒于泡沫特性和空氣釋放值超標對機組安全運行的嚴重危害性，一旦超標，必須盡快查明原因，采取有效措施解決，保證機組安全穩定運行。一般來說造成抗燃油泡沫特性超標原因主要有：油老化或被污染；添加劑不合適，包括添加劑配比不當，以及添加劑消耗殆盡等。

經過相關專業人員結合實際運行情況，認真研究分析，初步認為，造成抗燃油泡沫特性和空氣釋放值超標的原因主要有3個方面。

（1）油品老化。大型汽輪機調速系統廣泛使用磷酸酯抗燃油作為液壓工作介質，運行中的抗燃油由于受溫度、空氣、雜質、水分及運行工況的影響，難免老化劣化。由于油的老化、水解變質或油被污染，以及運行中可能引入含有鈣、鎂離子的化合物，鈣、鎂離子與油劣化產生的酸性產物作用生成的皂化物會嚴重影響油的空氣釋放特性和泡沫特性。

（2）添加劑消耗。抗燃油在出廠時都添加了適量的消泡劑，在運行過程中，抗燃油中的消泡劑逐漸消耗損失，達不到較好的抗泡沫效果，導致泡沫特性超標。

（3）旁路再生裝置處理效果不理想。自抗燃油泡沫特性和空氣釋放值持續不合格以來，檢修人員多次對旁路再生裝置濾芯進行更換，效果并不明顯。從檢測結果來看，在線旁路再生裝置對于濾除抗燃油中可能造成泡沫特性和空氣釋放值增大的有害酸性產物、膠質、水分及機械雜質的能力下降。

三、措施

根據抗燃油運行與維護導則，泡沫特性超標的主要處理措施有：消除污染源；更換旁路再生裝置的再生濾芯或吸附劑；添加消泡劑；考慮換油。

空氣釋放值超標的主要處理措施有更換旁路再生裝置的再生濾芯及吸附劑或換油。由于抗燃油價格昂貴，換油應慎重，只有當油質嚴重劣化，不能滿足生產需要且再生成本較高時才換油。綜合考慮實際情況，技術人員主要從2個方面制定了處理措施。

（1）向運行抗燃油中添加消泡劑。在添加前，對運行抗燃油進行添加消泡劑的感受性試驗，根據實驗結果配制母液，在運行狀態下從油箱呼吸口加入。運行一段時間后，母液中的消泡劑有效成分隨著油系統循環，均勻分布到抗燃油中，達到控制抗燃油泡沫特性的目的。但要注意的是，向運行抗燃油中加添加劑時，應做相應的評價試驗，并對油質進行全分析，添加劑不應對油品的理化性能造成不良影響。

（2）加裝外置在線再生脫水裝置。添加消泡劑雖然能控制抗燃油泡沫的量，但并不能從根本上解決抗燃油產生泡沫的根源。因為常用的抗泡劑是二甲基硅油，這種抗泡劑并不能預防泡沫的產生，其主要作用是吸附在氣泡的表面，使泡沫膜局部表面張力下降，或者是浸入泡沫膜而使泡沫破裂。

經調研，某熱工研究院生產的KZTZ-2抗燃油在線再生脫水裝置，對于濾除抗燃油中的油品老化劣化所產生的有害酸性產物、膠質、水分及油中的機械雜質等有明顯效果，可以間接改善抗燃油泡沫特性和空氣釋放值。在運行中只要堅持投入，對運行中抗燃油進行再生、脫水、凈化，并及時更換各部分濾元，能有效保持油品性能的長期穩定，使油品性能指標充分滿足調速系統設備安全運行的要求。KZTZ-2裝置系統如圖1所示。

經過以上處理措施，抗燃油各項指標明顯好轉，泡沫特性和空氣釋放值兩項指標均降到合格標準范圍內。處理后的抗燃油各項指標如表2所示。

四、結論及建議

通過上述分析，一方面嘗試通過添加消泡劑的方法改善運行抗燃油泡沫特性和空氣釋放特性，取得良好效果，有效改善了運行抗燃油質量，確保了機組安全運行。另一方面驗證了KZTZ-2抗燃油在線再生脫水裝置對于改善抗燃油泡沫特性、空氣釋放值等指標的適用性。

圖1 KZTZ-2裝置系統原理圖

為了做好運行抗燃油的運行維護，確保機組安全穩定運行，應從6個方面重點加強管理。

（1）加強對抗燃油油位、油溫、主油泵壓力、流量、濾網差壓、再生裝置濾芯差壓等的日常檢查，定期更換硅藻土濾芯。

（2）提高在線濾油設備的可靠性，必要時接外置濾油機以確保濾油效果。

（3）加強對抗燃油油質的化學監督，確保及時發現異常指標，做好跟蹤分析。

（4）回油速度不宜過高，回流管路出口應位于油箱液面以下，避免產生沖擊、飛濺和泡沫，影響雜質和空氣分離。

表2 處理后運行抗燃油各項指標

（5）控制運行抗燃油中的氯含量，防止伺服閥腐蝕產生金屬雜質。

（6）檢修時，應徹底清洗油系統的污染物，大修后充油前要用同性質的油進行循環沖洗，按設備制造商提供的標準檢查合格后再正式進油。同時應加強檢修管理，嚴禁混用不同牌號，不同廠家的油，不準用帶絲的碎布進行清洗作業，以防在檢修時對抗燃油系統造成污染。