新型磷酸酯抗燃油再生濾芯在某核電廠的應(yīng)用

劉昊

摘? 要：EH油系統(tǒng)油脂劣化會(huì)對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行產(chǎn)生顯著危害，某核電廠在實(shí)踐過(guò)程中對(duì)磷酸酯抗燃油再生濾芯進(jìn)行了改型優(yōu)化，本文對(duì)改型過(guò)程和應(yīng)用效果進(jìn)行分析研究。

1 引言

由于燃點(diǎn)高，相對(duì)礦物油更加安全，磷酸酯抗燃油在大型發(fā)電廠中應(yīng)用廣泛。它具有低揮發(fā)、抗燃、耐磨等優(yōu)點(diǎn)，但是和礦物油相比，也存在價(jià)格高、抗氧化安定性、抗水解安定性差等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中容易發(fā)生油質(zhì)劣化，進(jìn)而可能嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，國(guó)內(nèi)外的主機(jī)廠都會(huì)為EH油系統(tǒng)配備凈化再生系統(tǒng)，以提升抗燃油的使用壽命。本文基于國(guó)內(nèi)某核電廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)目前大型發(fā)電機(jī)組抗燃油的主流凈化再生方式進(jìn)行對(duì)比分析。

2 系統(tǒng)綜述

該核電廠汽輪機(jī)調(diào)節(jié)油系統(tǒng)隨主機(jī)由上海汽輪機(jī)廠供貨，采用西門子的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)高壓缸進(jìn)汽閥和兩個(gè)低壓缸的進(jìn)汽閥，采用三套完全獨(dú)立且設(shè)備組成基本相同的控制油回路（三套回路簡(jiǎn)稱為EH1、EH2、EH3），每套控制油回路包括控制油部分和循環(huán)凈化冷卻部分。每個(gè)EH組合油箱均設(shè)有一個(gè)循環(huán)凈化再生回路，控制油再生裝置（GFR0115/2115/3115KI）的原始設(shè)計(jì)如下：每個(gè)控制油回路系統(tǒng)均配有一臺(tái)控制油再生裝置，通過(guò)離子交換器及分子篩的作用，將控制油中的離子和水分去除掉，實(shí)現(xiàn)控制油品質(zhì)的再生。再生裝置的濾芯由美國(guó)UOP公司生產(chǎn)的分子篩和美國(guó)羅門哈斯生產(chǎn)的離子交換劑混合裝填而成。分子篩和離子交換劑需要單獨(dú)采購(gòu)，填充量和填充比例需要人為控制。

3 改進(jìn)過(guò)程

磷酸脂抗燃油（EHC）的抗燃特性和高溫穩(wěn)定性使其在電廠廣泛應(yīng)用，但使用中會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)、水解、降低電阻率和產(chǎn)生顆粒等，需使用專門過(guò)濾凈化設(shè)備處理。國(guó)標(biāo)規(guī)定抗燃油運(yùn)行時(shí)：酸值（mg KOH/g）<0.15，水含量（ppm）<1000，電阻率（G-Ohm-cm）>6.0，顆粒度滿足Has6級(jí)。該核電廠位于南方臨海城市，空氣濕度、鹽分較大，但設(shè)置有足夠容量的空氣呼吸器，具備除濕能力。自從1號(hào)機(jī)組調(diào)試以來(lái)，陸續(xù)多次出現(xiàn)GFR系統(tǒng)水分含量異常升高的情況。

表1 5? 臺(tái)機(jī)組抗燃油系統(tǒng)水分異常情況統(tǒng)

對(duì)此，筆者參與的項(xiàng)目組第一時(shí)間開展了原因分析，收集到了一些相關(guān)信息，經(jīng)過(guò)分析和對(duì)比排查，并查閱維護(hù)記錄，多次再生裝置更換新填料后均監(jiān)測(cè)到EH油系統(tǒng)水分突然升高，主要原因可能為AMBERLYST A-21樹脂有水分析出。考慮到濕式樹脂除酸同時(shí)析出水分的固有缺陷，項(xiàng)目組開始著手考慮再生裝置濾芯的適宜性問題，并對(duì)行業(yè)內(nèi)較為先進(jìn)的干式濾芯進(jìn)行了調(diào)研。對(duì)于磷酸脂抗燃油（EHC）的凈化，當(dāng)今世界己使用的主要幾種處理介質(zhì)介紹如下。

硅藻土（FULLER'S EARTH）：早期產(chǎn)品。Nugent 30-150-207硅藻土濾芯在我國(guó)還廣泛使用。其酸吸收效率是0.59克分子酸/升，效率低。硅藻土含有大量的游離金屬離子，會(huì)催化抗燃油分解縮短使用壽命，也會(huì)造成磷酸脂抗燃油系統(tǒng)的電阻率下降。游離金屬離子和磷酸脂抗燃油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生多聚磷酸脂及復(fù)雜的磷酸鹽衍生物，此衍生物以凝膠狀析出造成侍服閥卡塞和濾器堵塞，還會(huì)使抗燃油各項(xiàng)泡沫性能劣化。還會(huì)出現(xiàn)破碎問題。改性活性氧化鋁（SELEXSORB GT）：酸吸收效率是1.17克分子酸/升，是硅藻土的一倍。是由阿克蘇諾貝爾公司和美國(guó)鋁業(yè)公司聯(lián)合研制的專利產(chǎn)品，專門用于磷酸脂抗燃油的再生脫酸。有效成份相對(duì)穩(wěn)定，不釋放游離納離子和氧化鋁顆粒。活性氧化鋁的顆粒十分細(xì)小而且硬度極高，經(jīng)過(guò)專利手段固化。GE發(fā)電設(shè)備常用的技術(shù)產(chǎn)品。離子交換樹脂（Ion Charge Resin）：酸吸收效率是3.71克分子酸/升，約為硅藻土的6倍。工作時(shí)不會(huì)釋放出金屬離子。離子交換樹脂又有兩種，一種稱為濕式離子交換樹脂，在除酸的過(guò)程中會(huì)放出水分。吸收1克分子的酸，同時(shí)會(huì)放出1克分子的水，產(chǎn)生膠狀物。因此需要一臺(tái)真空除水機(jī)同時(shí)工作。再一種稱為干式離子交換樹脂（Dry Resin）。在除酸的過(guò)程中不會(huì)放出水分，不產(chǎn)生酸性凝膠狀多聚磷酸鹽，還可以提高電阻率，這是當(dāng)今世界上可用于工業(yè)領(lǐng)域最新的產(chǎn)品。下圖是HILCO干式離子交換樹脂濾芯之一。此型號(hào)濾芯可以直接替換Nugent 30-150-207硅藻土濾芯。不用對(duì)原裝置做任何變動(dòng)。無(wú)需設(shè)備改造費(fèi)用。長(zhǎng)度為819mm，外徑165mm含8磅樹脂。

據(jù)了解， 哈爾濱汽輪機(jī)廠己使用HILCO干式離子交換樹脂多年，己是該廠EHC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置濾芯。東汽近3年也使用了HILCO干式離子交換樹脂濾芯，濾芯長(zhǎng)18英時(shí)，外經(jīng)7.28英吋，含6.5磅樹脂。

針對(duì)該核電廠控制油再生裝置的優(yōu)化替代，對(duì)于干式和濕式這兩種濾芯的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)比分析如下：舊型號(hào)濾芯為上海電氣配套產(chǎn)品，型號(hào)為分子篩[MOLECULAR SIEVE 4A]+離子交換劑[AMBERLYST A-21];新型濾芯選擇HDTech（德國(guó)海泰克）產(chǎn)品，型號(hào)為 HP-RE-Dron-45，新型濾芯是根據(jù)原始物項(xiàng)外形尺寸專門制作的，安裝尺寸完全相同，適用與現(xiàn)場(chǎng)。原始物項(xiàng)包含分子篩和離子交換劑，離子交換劑通過(guò)中和反應(yīng)去除抗燃油中的酸（酸吸收效率為3.71克分子酸/升），并產(chǎn)生水分，分子篩用于吸收水分，但從實(shí)際運(yùn)行效果看抗燃油中水分含量長(zhǎng)期偏高，影響系統(tǒng)運(yùn)行;新型濾芯包含干性離子交換樹脂，通過(guò)吸附方法去除抗燃油中的酸（酸吸收效率為3.71克分子酸/升），并且除酸過(guò)程不產(chǎn)生水分，能有效地解決抗燃油中水分偏高問題。新舊型號(hào)濾芯除酸效率相同，深圳某核電廠的試用結(jié)果表明替代物項(xiàng)在除酸、提高體積電阻率方面，效果較為明顯。在降低空氣釋放值、改善泡沫特性、清除油泥方面也會(huì)起一定的作用。該核電站所用抗燃油為阿克蘇諾貝爾公司生產(chǎn)，較其它主要品牌抗燃油酸值更低，表明其該項(xiàng)性能更優(yōu)。基于上述分析，2016年6月，從2號(hào)機(jī)組開始，項(xiàng)目組陸續(xù)對(duì)電廠的EH油系統(tǒng)再生裝置濾芯進(jìn)行了換型，新型號(hào)濾芯為干性離子交換樹脂濾芯HP-RE-Dron-45。

4 改進(jìn)效果

根據(jù)電廠維護(hù)記錄，查詢了1-5號(hào)機(jī)組所有水分異常數(shù)據(jù)，并根據(jù)濾芯更換時(shí)間進(jìn)行分段，對(duì)比情況見下表。可以發(fā)現(xiàn)更換為干式濾芯后，水分控制有明顯好轉(zhuǎn)。

5 結(jié)論

水分和酸值對(duì)磷酸酯抗燃油劣化的影響最為顯著，通過(guò)對(duì)硅藻土、改性活性氧化鋁、離子交換劑三種凈化介質(zhì)的對(duì)比，離子交換劑性能明顯最為優(yōu)越。而通過(guò)該核電廠實(shí)踐和數(shù)據(jù)可以證明，相對(duì)于濕式離子交換劑而言，在除酸能力基本一致的情況下，干式離子交換劑的水分抑制能力明顯更優(yōu)。

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