核电厂EH油质污染分析及控制措施

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摘要：

本文简要介绍了核电站eh油的特性、油质运行技术参数、油处理技术参数；从系统运行、设备解体检修及滤油各环节分析了导致EH油的污染源和油质劣化的各种影响因素，并提出对应的油质控制措施；比较详细的介绍EH油油质控制采用的离子交换和真空脱水技术。

关键词：

EH油污染源油质控制措施离子交换真空脱水技术

中图分类号：TM623文献标识码： A

引言

中核核电运行管理有限公司310MWe汽轮机电液控制（EHC）系统用的是磷酸酯抗燃油（通称EH油），该油种是全合成液压油，具有良好的耐高温、阻燃和性，已越来越广泛的应用于存在火灾危害的工业液压和设备。但由于油液易受各种颗粒物、水分的污染，且其本身也存在一定的腐蚀性，油系统中容易出现金属离子；并且由于其运行环境处于高温高压中，更使油液容易裂解，出现酸值、电阻率升高。酸性物质、水分、金属盐和各种颗粒共同作用容易产生聚合物，造成系统内出现油泥沉积，轻者引起回油滤网的堵塞，重者导致伺服阀卡涩、动作响应滞后，影响机组安全稳定运行。因此，掌握EH油的性能特点及使用要求，及时找出EH油系统污染来源并合理有效采取控制措施是每个运行电厂一项重要的工作。本文正是基于这一目的，通过对EH油性能指标及使用要求的介绍，分析造成EH油系统油质污染的原因，并结合秦山核电有限公司多年来油务管理方面的实际情况和特点，提出合理可行的控制措施。

1、运行中EH油主要性能指标参数及危害

为规范电厂抗燃油的使用标准，我国原电力工业部在总结我国十几年来在抗燃油研究领域的科研成果及电厂的使用经验，并参考国外同类导则于1995年编制出版了《电厂抗燃油验收、运行监督及维护管理导则》（DL/T571-95），作为我国电力行业的行业标准。我公司的《电站各系统的油质控制规范》、《油质监督管理制度》、《油务管理制度》中抗燃油标准中是在参照制造厂家说明、要求及电力部管理导则的基础上，充分考虑了秦山设备的类型、特点及气候环境等因素，制定了严格的EH油油务管理制度，表一是中核核电运行管理有限公司310MWe机组EH油性能指标与西屋公司标准及原国家电力部导则标准的数据对比。

1.1 EH油主要性能指标参数

EH油是一种磷酸酯合成液，根据调速系统的工作油压，目前我公司选用的为高压抗燃油。其性能指标如下表（一）：

序号 指标名称 单位 西屋标准 国标标准 310MWe质量标准

1 外观、颜色 无 透明 透明 无色或淡黄，透明

2 颗粒污染度 级 MOOG2 MOOG2 ≤4（NAS1638）

3 水份 mg/L ≤1000 ≤1000 ≤1000

4 酸值 mgKOH/g ≤0.10 ≤0.20 ≤0.15(实际控制值≤0.08)

5 粘度（40℃） mm2/s SU200-230 37.9-44.3mm²/s 37.9-44.3mm²/s

6 闪点 ℃ ≥235 ≥235 ≥235

7 氯（卤素）含量 mg/kg ≤100 ≤100 ≤100

8 电阻率(20℃) Ωcm(1×109) ≥5 ≥5 ≥6

9 密度(20℃) g/cm3 1.13―1.17 1.13―1.17 1.13―1.17

10 倾点 ℃ ≤-18 ≤-18 ≤-18

11 自燃点 ℃ ≥530 ≥530 ≥530

12 泡沫特性 ml/ml ≤100/0(24℃) ≤100/0(24℃) ≤200/0(24℃)

13 矿物油含量 % ≤4 ≤4 ≤4

14 空气释放值（50℃） min ≤10 ≤10 ≤10

以上指标中的外观、颗粒度、水分含量、酸值和卤素含量的五个污染物指标直接影响其它性能指标如电阻率、粘度和自燃点等，并在一定条件下会使油品的消泡特性变差，中核核电运行管理有限公司的系统大修和运行期间的油务缺陷处理的质量控制标准也就基于这五个污染物指标的控制。

为及时发现和消除EH油质劣化情况，核电站机组检修重新启动前必须进行油质的全分析测试，机组启动24小时后做颗粒度分析；五个污染物指标在机组启动后第1个月每周检测一次，每次补加油后做颗粒度分析。其中颗粒污染度NAS1638＞4级时需要除颗粒净化处理；酸值＞0.08mgKOH/g时需要降酸净化处理；水分含量＞1000mg/L时需要脱水净化处理；当卤素含量＞100mg/kg时需要降酸或换油处理。

1.2 EH油污染物危害

EH油质污染主要包括两个方面的来源：一是油质本身变质而产生粘度变化和酸值变化；二是外界物质，如金属及非金属颗粒、水分、空气等混入系统。由于系统设备的运行和检修过程异物控制直接影响EH油中颗粒度、水分含量及酸值指标，这三个指标反过来也影响到EH油质的粘度、电阻率、消泡特性等其它指标，因此，电厂油务监督管理中控制和考核的重点主要针对颗粒度、水分及酸值三个指标。

1.2.1 颗粒度的危害

油液中含有固体颗粒、金属颗粒、尘埃、其它杂质和氧化物、纤维等，普遍存在于各类油品中，颗粒度超标有诸多方面的危害，主要有：

加剧了输液泵及其它液压元器件的磨损，缩短其使用寿命；

可能影响伺服阀的正常功能，严重的还有可能引起伺服阀堵塞；

同时颗粒度的上升使得液压油的电阻率下降和运动粘度上升，影响其液压性能；

在有水分的条件下一些金属颗粒会大大的加速磷酸酯水解，助长凝胶物产生，影响其液压性能。

1.2.2 水分的危害

ＥＨ油中的水分子通常是溶解在ＥＨ油中，而不是游离在油之间，因此，即使微量的水分也会产生很负面的影响：

EH油水分的增加会对油本身的氧化起媒介作用，加速磷酸酯的降解，产生磷酸等酸性物质，导致油品酸度升高；

磷酸酯水解的衍生物与别的杂质结合会生成不溶解成份的凝胶物，在系统中沉积或堵塞滤芯；

同样水分的增加使油品的消泡特性劣化，造成气液分离困难，影响控制性能；

形成水蒸气凝结成水滴或结露，长期腐蚀金属表面。

1.2.3 酸值的危害

EHC油系统的压力很高，高酸度使磷酸酯的衍生物与别的杂质结合产生凝胶沉淀物，在高压力的作用下容易沉积在管内壁和伺服阀上，并堵塞滤芯、节流孔等；

使油液起泡造成气液分离；严重的高酸度还有可能腐蚀伺服阀，使电阻率大大降低，导致电化学腐蚀；

当EH油酸值上升到某一定值时（0.2mgKOH/g），一旦突破，其增长速度极快，很容易导致油液报废，严重影响系统运行。

1.2.4 卤素元素的危害

卤素特别是氯离子对ＥＨ油的危害特别明显，能加速磷酸酯的裂解，使酸值上升；

氯离子也是形成聚合物的重要因素，即时很微量的氯离子的存在，长期运行会使ＥＨ油的电阻率大大降低，引起整个油的报废。

2、ＥＨ油污染物控制措施

2.1颗粒度的控制措施

2.1.1系统运行无法避免油泵的部件磨损，需要通过定期的滤油来控制。

2.1.2系统、滤油设备与EH油接触的部位都使用不锈钢材料，防止腐蚀颗粒的产生。检查滤芯是否破损、失效，必要时更换滤芯，检查滤油管线是否清洁密闭。

2.1.3油系统设计、安装采用独立的管路系统，防止矿物油、水分渗漏造成污染。

2.1.4系统管路设计避免死角过多，这样不利于系统的彻底过滤冲洗。

2.1.5 EH运行设备保持密闭，油箱顶部装设专用呼吸器，必须具有过滤灰尘颗粒的作用，使外部空气中的灰尘无法进入油箱。

2.1.6脱酸过滤是特别防止硅藻土等脱酸材料泄漏进入油系统，降酸前进行系统外旁路试滤，出油口取样化验合格后投入系统。

2.2 水分的控制措施

2.2.1运行期间油箱顶部必须安装专用的呼吸口，同时具有吸潮的作用，保持EH油箱的密闭，使外部潮湿空气不会进入油系统。

2.2.2滤油期间滤油机的回油口要尽可能的密封，不能直接插入油箱，留有敞口。

2.2.3 脱酸过程会产生水分，酸值合格后要马上开始用真空滤油机进行脱水处理直到油质达到运行要求。

2.2.4消除冷油器的系统泄漏。

2.3酸值的控制措施

2.3.1 酸值控制的前提条件是颗粒度和水分的良好控制

从表（二）可以看出，酸值的产生与金属颗粒和水分的关系非常紧密，当EH油中水分含量增加时会加速磷酸酯的降解，产生磷酸等酸性物质，导致油品酸值升高。特别是在有水分的条件下，一些金属颗粒会大大的加速磷酸酯的水解，助长凝胶物的产生。所以，控制好颗粒度和水分，是控制酸值的关键，颗粒度和水分控制好，酸值能在很长时间内保持稳定；而颗粒度和水分一旦超标，特别是水分含量增加，酸值就会很快上升。

2.3.2 系统热点的普查

酸值主要从裂解和水解反应而来，而裂解和水解的反应与温度有密切的关系，温度越高，反应越快，因此要普查EH油系统中有没有热点，油管有没有与的高温蒸汽管道直接接触，若油管近处有的高温管道，一定要用保温材料进行可靠的保温，避免热点的产生加剧裂解和水解反应，使系统酸值升高。国内某电厂曾经因为EH油回油管接触到高温蒸汽管道，并没有被保温包裹，形成热点后，使油系统的酸值一直得不到很好的控制。

2.4卤素的控制措施

卤素元素超标主要是油系统密封材料损坏时，或在设备解体过程中受到外部污染，其中主要是用了含卤素的清洗剂和EH油有关的设备解体清洗，每一道工序必须采取净化措施，一般用合格的EH油直接冲洗，如卤素含量严重超标时只能换油处理。

2.5设备解体过程中的清洁度控制

现场设备解体后要立刻用非透明塑料布扎紧敞口，使环境中的灰尘和水汽不致进入油系统。若设备送厂家解体大修，更应按照规程进行防异物处理。解体后设备的清洗一般不用化学清洗剂，通常用合格的EH油冲洗就可以了，若用化学清洗剂清洗，则必须用不含卤素的清洗剂，特别不能使用含氯量超过1mg/L的溶剂进行设备清洗。

2.6滤油过程的清洁度控制

2.6.1 加入的油品必须经过系统外过滤，正式注入前应对油液进行取样分析，并确保所取样品具有可靠的代表性。注意核对EH油的牌号，不得将不同牌号的EH油补入系统，更不得将矿物油加入系统中。系统补油时，油箱油位应控制在要求的范围内，不能低于规定值。

2.6.2 滤油、加油用的设备、油管及体外油箱必须要专用，严格禁止与已使用其它油种的滤油机、油管及加油桶共用，加油时必须通过滤油设备进行加油。

2.6.3 滤油机及油管线密封件采用氟橡胶或聚四氟乙烯材料，不得使用丁晴橡胶，更不能用紫铜或铝作为密封垫。

2.6.4 系统用EH油箱脱酸处理前要在备用油箱中试滤，并取样化验滤油机出口油质合格后才能接入系统正式过滤再生。

EH污染物的控制主要着眼于三个方面，一是设备解体过程中要及时密闭开口部位。二是运行油箱内要保持正压，并设置呼吸口，使空气中水分和粉尘不会进入油系统。三是油处理净化过程中要加强污染物的控制。

3、ＥＨ油的离子交换脱酸和真空脱水技术

目前，针对EH油的过滤与再生处理，最普遍的技术方法应该是离子交换与真空技术相结合。离子交换法能起到脱酸与去除金属离子的作用，该技术是把粉未状的阴阳树脂固化在类似小过滤器的筒状结构上，形成多孔性树脂滤芯，以增加吸附和交换面积。阴树脂为弱碱性，主要起脱酸作用，阳树脂为强酸性，去除油中的金属离子。在实际使用中，离子交换脱酸应和真空脱水结合使用，因为离子交换法的原理仍然是酸碱中和反应，产物中包含有水分，且树脂本身也含有较大的水分，因此应在其下游串接真空脱水设备，以防水分进入系统，同时也能确保回油中颗粒度的清洁。

4、结论

4.1 在颗粒度、含水量控制良好的情况下，酸值指标能长期保持稳定，因此控制颗粒度和含水量是EH油质控制的关键。

4.2 EH油系统或设备解体大修过程中敞口的密闭隔离、防尘，并严格限制化学清洗剂的使用，用合格的EH油冲洗等是免受外部物质污染的最有效措施。

4.3 EH油系统在运行中是否存在局部的高温热点和油箱是否保持密闭是油质能否保持稳定的关键。

4.4 EH油的脱酸过程会产生水，因此，脱酸要配合脱水同时进行。

4.5 离子交换法脱酸配合真空法脱水的过滤工艺是当前比较好的EH油的滤油方法。

参考文献

[1] 抗燃油的性能及应用研究 电力部热工研究院

[2] 电厂用抗燃油验收、运行监督及维护管理导则 中华人民共和国电力工业部

[3] 化学监督管理制度 中核核电运行管理有限公司生产管理制度

[4] 油质监督管理制度 中核核电运行管理有限公司生产管理制度

[5] 电站各系统设备油质控制规范 中核核电运行管理有限公司运行手册