高压抗燃油的特点及安装运行探讨
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【摘要】简述了抗燃油系统的概况和磷酸酯抗燃油的特点，提出了安装中注意事项，分析了运行中酸值增高的原因并提出解决问题的措施。
【关键词】抗燃油；汽轮机；EHC系统
1. 概述
（1）随着大容量、高参数汽轮发电机组的发展，机组调节系统工作介质的额定压力随之升高，对其工作介质的要求亦越来越高。通常所用的矿物油自燃点为350℃左右，若在高参数大容量机组使用，便增加了油泄漏到主蒸汽管道（>530℃）导致火灾的危险性。为保证机组的安全经济运行，汽轮机电液调节系统（EHC）的控制液普遍采用了磷酸酯抗燃油。另外，随着中小机组控制系统改造和地方热电厂、企业自备热电厂的纷纷上马，EHC系统得到了广泛运用，我国在电厂使用抗燃油的时间不长，并且大部分是进口抗燃油，运行监督和检修管理方面缺少经验，尤其是企业自备电厂。而且，抗燃油在运行、检修过程中容易受到水分、温度、颗粒杂质和系统材料的污染而影响它的使用性能。在检修过程中如不注重检修质量管理，油系统清理不干净和检修质量不过关，都会给系统和机组的安全埋下隐患，甚至可能造成超速或停机事故。
（2）因此，加强抗燃油的运行监督及检修质量管理，对延长抗燃油的使用寿命、防止调速系统卡涩和保障机组的安全经济运行都有十分重要的意义。
2. 系统概况
（1）目前汽轮机控制系统都是采用高压纯电调系统（DEH），抗燃油使用的是磷酸酯型抗燃油，其系统油压正常控制值为12.7MPa～14.7MPa。该系统能进行汽轮机的自动调节，有较完备的汽轮机超速保护，能进行汽轮机运行和启停时的监控等，通过计算机对应转速和负荷所需要的指令后将要求的主汽门、调门位置信号送至伺服阀、伺服油动机，由此来实现调节和控制，并且通过这套高压的油系统来实现紧急情况下关闭各汽门的保安功能。
图1净化系统示意图
（2）高压EH油系统由供油装置、抗燃油再生装置及油管路部件组成。供油装置提供控制部分所需要的油及压力，其主要部件有：油箱、油泵、油压控制块、储能器、冷油器和再生装置。在抗燃油再生装置中的硅藻土接近失效或未调整的情况下，由于空气湿度大及昼夜温差等缘故，水分将会通过呼吸器侵入油箱，使水分逐渐升高。另外，由于EH油的密度1.13g/cm3（20℃）大于水的密度，故进入油箱的水分难以排出，加速了油品的劣化，酸值也逐渐升高。因此，必须经常更换呼吸过滤器中的干燥剂硅胶（氧化铝）或选择更有效的防潮填充剂。
（3）净化系统由油路中的精密过滤器及旁路再生装置组成。精密过滤器可截除抗燃油中的颗粒杂质及污染物，抗燃油再生装置是一种用来储存吸附剂和使抗燃油得到再生的装置（使油保持中性、去除水份），该装置主要由硅藻土过滤器和精密滤器（波纹纤维滤器）等组成，见图1。
（4）再生装置的进油口接在滤油管路上。滤油泵出口油分作二路：一路经截止阀1到滤油系统的过滤器去；另一路就是再生装置。到再生装置的油亦分作两路进入滤器，一路经过节流孔、截止阀2进入到硅藻土过滤器，再经过波纹纤维过滤器回到油箱，油的流量为每分钟1加仑。另一路经过截止阀3后直接进入波纹纤维过滤器，再回到油箱，管道中不需要有节流孔。
（5）每个滤器上面都装有一个压力表，如果任一个滤器的油温在43～54℃之间，压力高达0.21MPa时，就需要调换滤芯。将管路上的截阀关闭，滤器上盖打开，就可以调换滤芯。
（6）使用时考虑到抗燃油的粘度受温度影响很大，再生装置要求在油温高于40℃时使用。首先将通往波纹纤维过滤器的截止阀3打开，将滤油系统的截止阀1关闭，此时滤油泵的排出油全部流经波纹纤维过滤器，待该过滤器及回油管路全部充满40℃以上的热油以后，将截止阀2打开，截止阀3逐渐关小，注意保持硅藻土滤器上压力表指示不超过0.21MPa。待硅藻土滤器内全部充满热油以后，将截止阀3全部关闭，此时滤油泵出口压力为0.5MPa左右。
（7）在机组投运的第一个月，再生装置每周应连续运行八小时，在以后的日子里，则根据油的化验结果，决定是否需要投入该装置。
3. 抗燃油的特点
3.1抗燃油的种类。
（1）抗燃液分为磷酸酯、硅酸酯、石油基油、水——乙二醇乳化液、合成烃等。其中，汽轮机电液调节系统广泛采用的磷酸酯是应用最普遍的，而磷酸酯又按结构分为芳基磷酸酯、烷基磷酸酯和芳基——烷基磷酸酯3种。芳基磷酸酯有较好的抗水解性、抗热氧化安定性和抗燃性，除用于航空、航天等领域外，主要用于电力系统作抗燃汽轮机油和冶金行业，其粘度、闪点、自燃点、热分解温度均较高，能满足大容量汽轮机组调节系统对介质的要求。
（2）一般来说，芳基磷酸酯的热稳定性优于烷基磷酸酯，而烷基磷酸酯的低温性能及粘度指数优于芳基磷酸酯。芳基——烷基磷酸酯的性能介于两者之间，主要用于航空领域。
3.2抗燃油的理化性能。
（1）现代汽轮发电机组已广泛采用抗燃油作为汽轮机电液调节控制系统的工质。对抗燃油中的含氯量、中和性指数及杂质含量（颗粒度）等物理化学性能均应严格控制，在启动前和运行中都要定期化验检查，使它符合规定要求。否则，极易引起系统工作不正常或损坏设备，后果严重。
（2）磷酸酯抗燃油作为一种人工合成的化学品，除了其难燃性明显高于普通汽轮机油外，它的某些特性与矿物油有很大差别。
3.2.1密度。
密度是磷酸酯抗燃液与石油基汽轮机油的主要区别之一。磷酸酯抗燃液的密度大于1Kg/m3，一般为1.11Kg/m3～1.17Kg/m3，而石油基汽轮机油的密度小于1Kg/m3，一般为0.87Kg/m3左右。
3.2.2含氯量。
酸磷酯抗燃液对氯的含量要求很严格，氯含量超标会加速磷酸酯的降解，并导致伺服阀的腐蚀。磷酸酯抗燃液中的含氯量来源于合成中的副产物，而普通的矿物基汽轮机油则没有这方面的要求。
3.2.3挥发性。
三芳基磷酸酯的挥发性较低，含侧链的三芳基磷酸酯的挥发性更低。在90℃、6.5小时的动态蒸发试验中，三甲基磷酸酯的失重为0.22%，32号汽轮机油的失重为0.36%。这说明了抗燃油的挥发性能比汽轮机油好。
3.2.4介电性能
三芳基磷酸酯的介电性能比矿物油差得多。所以，抗燃液的验收一定要按照它的技术规范要求，而使用矿物油时，便没有这方面的指标规定。
3.2.5性能。
磷酸酯是一种很好的材料，其中三芳基磷酸酯还常用作剂的抗磨添加剂，许多机械、轴承和泵采用它作剂后，作用寿命都比用矿物油长。磷酸酯具有优良的抗磨性能，它在摩擦时对金属表面能起化学抛光作用，摩擦引起局部过热时，酯就和金属发生作用形成低熔点合金，低熔点合金能发生塑性变形，从而使电荷得到更好的分布。
3.2.6热稳定性。
三芳基磷酸酯的热稳定性决定于酯的化学结构，随着侧链长度和数量的增长，热安定性随之降低，若酯分子中引进了氧原子，其热分解温度就提高。三芳基磷酸酯的结构对称性决定了它具有高的热氧化安定性，不仅远远超过汽轮机油，也优于三烷基磷酸酯、烷基芳基磷酸酯和有机酸酯。
3.2.7腐蚀性。
三芳基磷酸酯的腐蚀性很小，中性酯不腐蚀黑色金属和有色金属。此外，酯在金属表面上形成的膜还能保护金属表面不受水的使用。但是，酯的热氧化分解产物和水分解产物对某些金属有腐蚀作用，特别是对铜和铜的合金。
3.2.8空气释放性能。
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汽轮机油小1/2～1/3。常压下，油中有约10%（体积）的溶解空气，压力升高时，空气中油的溶解度随压力而成比例的增加。
图2酸值变化比较
3.2.9与非金属材料的相容性。
（1）磷酸酯与非金属密封材料的相容性问题需要特别重视，因为本芳基磷酸酯对许多有机化合物和聚合材料有很强的溶解能力。
（2）所以在使用抗燃油时，需要特别注意其与密封材料、蓄压器皮囊材料等的兼容性。一般丁腈橡胶、氯丁橡胶、聚乙烯等都不能与磷酸酯相兼容，而丁基橡胶、氟橡胶、硅橡胶才可一起使用，这点很重要，应该引起充分注意。
（3）抗燃油由于具有较高自燃温度等优点，受到充分的重视和研究发展，除前述介绍的Fyrquel牌号外，还有另一种牌号为OMTI的磷酸酯基抗燃油，其自燃温度更高，不低于730℃，并且运行时酸值变化缓慢，因而油液不需要经常进行再生，其酸值变化比较如图2所示。
（4）此外，有一种多元醇酯（Polyol Ester）合成抗燃液，其牌号为Cosmolubric HF-130，它具有良好的热稳定性、粘温特性和性能，相对密度为0.92，与透平油相对密度接近，因而且有相对密度小于水的优点，其闪点为555°F，着火点为615°F，流点为-10°F。自燃温度为760°F，粘度为305s（SSu）。
4. 安装注意事项
4.1管道清洗。
（1）EH油系统所有管子及管路附件安装前必须经过清洗，把所供的不锈钢管用高温低压蒸汽冲洗，蒸汽压力为1.0MPa，温度为300℃。为了提高工作效率，可以多根管子（5根）一起冲。做一个架子把管子平放在架子上，略倾斜，这样可使管子冲后管内的剩水流出。从蒸汽管道上接出多个出汽口，出汽口管子外径应比所提供的不锈钢管径要小。把出汽口塞入要冲洗的管子，打开蒸汽阀冲洗管子1分钟，再把管子调头再冲洗1分钟。待管子冷却后，用铁人丝把白布扎好，塞入管内拉擦管子内壁，直到白布上看不见脏点为止。然后用所供的专用套管套住管口，以防止灰尘进入干净的管子。清洗后的管子放在一起以便安装时使用。需焊接的零件如接头、三通、弯头应在焊接前用汽油清洗二次，用白方绸布擦零件的内表面，保证白绸布上看不见灰点，然后将零件装在干净的塑料袋中备用。
（2）如果没有蒸汽冲洗，则用丙酮、汽油替代，用铁丝把白布扎好，在管内多次拉擦，直至白布看不见脏点为止。
4.2管道切割及焊接。
严禁用砂轮切割机切割管子。建议用手工锯或手工割管刀割切。所切断的管子应把管口用锉刀倒角去毛刺，以防铁屑和管子毛刺进入管道。EH油管的正常工作油压为14.5MPa，如果焊接质量不好会使油管在工作过程中产生断裂，造成抗燃油流失。不但有经济损失，并且会造成机组因抗燃油油位过低而停机。所以，所有接头焊接均应采用氩弧焊，并且要保证接头焊接质量，应进行X光探伤或着色探伤。如条件允许，建议对EH油系统管道进行探伤。
图3抗燃油系统示意图
4.3管道安装。
焊接及探伤后，为确保管内无杂物，最好用高温低压蒸汽再冲洗一遍，然后用氮气吹扫，以确保管内洁净。所有管路应使用专用管夹固定，每隔2～3m设置一个，并有可靠基础固定。
4.4拆卸冲洗。
拆卸冲洗板及复装伺服阀、AST和OPC电磁阀，节流孔时首先用绸布把外部清理干净，操作人员用丙酮或酒精洗净手和工具后再操作，同时保持周围环境干净。
5. 抗燃油的运行问题
5.1汽轮机抗燃油系统。
汽轮机抗燃油系统如图3所示。过滤器是保证油系统清洁度和降低酸值、水分的关键设备。
5.2影响抗燃油劣化的原因。
（1）抗燃油在运行中的主要问题是酸值上升过快甚至超标以及颗粒度不合格。油质劣质的主要特征是酸值急剧上升，而酸值升高后导致油质进一步劣化， 不但缩短了油质使用寿命，也使调速系统产生腐蚀、卡涩失灵等故障，严重影响安全生产，解决这一问题刻不容缓。
（2）运行的环境温度过高、水分含量大以及抗燃油本身的抗氧化性能等均可导致抗燃油的劣化。温度、水分、金属杂质三个因素对抗燃油劣化速度有显著影响。有试验结果表明，水分和温度是影响抗燃油劣化的主要因素。磷酸酯在长期使用后，水分、金属和水解反应生成的酸性物质会进一步恶化油品的性能。磷酸酯的水解反应是自催化反应，反应中产生的H+会加快反应速度，一旦发生水解，抗燃油的酸值会很快上升。
（3）油中水分和油的氧化是油酸值增高的主要原因。抗燃液在运行中会被逐渐氧化。通常，抗燃液运行一段时间后，氧化速度会加速，酸值也随之剧增。当运行中的抗燃液酸值超过标准时，应及时将旁路再生系统投入运行中更换吸附剂。有关导则中规定，新抗燃油酸值应≤0.08mg（KOH）/g运行中要定期化验，发现酸值明显上升，达到0.5～0.25mg（KOH）/g时，应采取相应措施。酸值反映了抗燃油运行中的劣化程度，是抗燃油重要的日产监督指标之一。酸值的测定方法与汽轮机油的酸值测定方法相同。加强抗燃油的运行管理和维护监督，可以延长抗燃油的使用寿命，保证大机组调速系统的正常工作。
6. 对策与措施
（1）加强对油质的化学监督及处理，以便随时掌握系统的运行情况。如发现问题，应及时采取有效处理措施，以免给机组安全运行埋下隐患。新油和运行中汽轮机用抗燃油应按《电厂用抗燃油验收、运行监督及维护管理导则》（DL/T571-1995）进行检验，合格的新油存放于清洁、阴凉干燥、通风良好的地方，现场补油前应取样化验检查。运行油按分析项目及周期进行检验，如发现问题，及时通知有关人员进行处理。
（2）运行中抗燃油温度过高，可能会发生氧化或裂解，导致酸值迅速增加或产生沉淀物，使油质急剧劣化。因此，抗燃油运行温度应控制在55℃以下，个别热点不能超过120℃。尤其像50MW小型热电机组，油动机直接装在操纵座上，运行人员更应加强对抗燃油油温的监视，油温升高时应及时处理。
（3）伺服阀间隙只有2μm，颗料度超标可能引起执行机构卡涩，机组超速等严重后果，加强对精密过滤器及再生器的监控管理，定期更换硅藻土滤芯及波纹纤维滤芯，降低油中杂质的颗粒度及酸性指标。对油系统进行定期检查，如发现精密过滤器压差异常，说明滤芯堵塞或破损，应及时通知检修人员查明原因进行清洗或更换。及时清理油泵出口滤网，必要时清理各汽门控制块高压油进口滤网。抗燃油清洁度要求如表1。
（4）在机组启动的同时，应开启旁路再生装置，该装置能吸附由于运行油老化而产生的酸性物质、油泥、水分等有害物质，防止油质劣化的有效措施。
（5）旁路再生装置投运期间，应定期从其进出口取样分析，取样频率见表2，判断吸附剂是否失效，以便及时更换再生滤芯，EH油的再生旁路装置应同步投入并及时将进油阀全开，及时对过滤器进行排汽。此外还应注意，在再生吸附剂允许压差0.30MPa下，应以酸值变化是否超标来确定滤芯是否失效。对于运行中的抗燃油，无论其酸值合格与否，都应投入旁路再生装置，以及时除去油品老化劣化所产生的酸性有害物质。如果油的酸值呈降低趋势或保持不变，说明再生滤元未失效；反之，酸值升高或升高得不到控制，则说明再生滤元失效，应及时更换。
（6）注意更换故障的电液转换器、快速卸载阀等组件。
参考文献
[1]罗运柏，王聪玲，于萍.汽轮机电液调节系统用磷酸酯抗燃液的性能与分析监督.汽轮机技术，1995，37（6）：368～371.
[2]汪红梅，罗运柏.抗燃油劣化因素的研究.长沙电力学院学报（自然科学版），2001，16（3）：83～85.