谈抗燃油在某电厂的应用

【摘要】随着社会的发展，电力事业不断发展，本文分析了抗燃油在某电厂的应用。

【关键词】抗燃油电厂应用

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：

国内大型汽轮机调速系统使用磷酸酯抗燃油已有近20多年的经验。为了减缓抗燃油的劣化速度,延长运行抗燃油的使用寿命,国内许多研究机构对抗燃油如何采取合适、高效的旁路再生系统研究过。但是对抗燃油的劣化机理的研究较少,只是普遍认为磷酸酯抗燃油属酯类,易水解,未能进一步的深人研究。本文主要采用红外光谱来研究磷酸酯抗燃油的劣化机理,试验结果对抗燃油运行中如何采取有效的防劣化措施有重要指导作用。

磷酸酯抗燃油与矿物汽轮机油相比有着优异的抗燃性(自燃点53度以上,),与其他人工合成液压液相比有着良好的稳定性和抗磨性。而发电厂汽轮机的调节系统大多靠近过热蒸汽管道(过热蒸汽温度在54度以上),调节系统油压达到14 MPa以上,采用矿物油(自燃点只有300℃左右)作为液压调节工作介质,一旦发生泄漏,发生火灾的危险性极大。据德国一家保险公司统计,电站火灾中有94%发生在汽轮机的油系统,其中约49%发生在液压系统,43%发生在系统。所以为了提高电厂的防火能力,降低消防成本,目前世界各国汽轮机的调节系统已广泛采用磷酸酯抗燃油作为液压工作介质。

磷酸酯抗燃油在我国用于发电机组的调节系统始于上世纪70年代,经过近30年的应用,在应用技术上已接近发达国家水平,对于保障发电机组的安全运行起到了重要作用,而且随着电力工业的发展,其应用将会越来越广泛。本文对于磷酸酯抗燃油在我国电力行业的应用历史做了回顾,同时对未来应用中需要解决的问题进行了展望,希望能有助于不断提高我国磷酸酯抗燃油的应用水平,以保障发电设备的安全运行。

磷酸酯抗燃油在我国的应用历史回顾：磷酸酯抗燃油的应用研究源于上世纪30年代,60年代起开始在欧洲用于发电厂的汽轮机调节系统上,在我国的生产应用开始于上世纪70年代,最早由石油化工科学研究院和上海彭浦化工厂联合研制生产,有两个系列,4613系列在上海闵行发电厂150 MW机组和安徽淮南发电厂125 MW机组的调节系统上作为液压工作介质进行应用试验;而4621系列作为抗燃油由华北电力试验研究所和石油化工科学研究院在花园发电厂进行了与20号透平油的对比应用试验。进口抗燃油随着引进机组进入我国,最早应用于元宝山电厂引进的法国阿尔斯通300 MW和600 MW机组,分别于1978年和1985年投产,其调速系统使用斯陶弗的Hydran FR-32磷酸酯抗燃油,随后又有阳逻电厂300 MW机组、石衡电厂300 MW机组,平圩电厂600 MW机组开始使用美国AKZO公司提供的Fyquel EHC(AKZO收购斯陶弗磷化学品业务后推出的品牌)磷酸酯抗燃油。

到90年代后期,随着国产汽轮机调节系统技术不断完善成熟,使用中压磷酸酯抗燃油的调节系统逐步被淘汰,全部被改造成高压系统,同时我国200MW汽轮机调节系统也开始改造,采用抗燃油作为液压工作介质,到目前为止,在我国200 MW级以上的火电机组甚至部分500 MW机组、核电机组均采用抗燃油作为调节系统工作介质。

磷酸酯抗燃油在我国电力行业应用中出现的问题：抗燃油制造中的问题。在我国,最早由上海彭浦化工厂生产的4613系列磷酸酯抗燃油采取如下两步法合成工艺:

PCl3+3R-PhOH P-(OPh-R)3+3HCl

P-(OPh-R)3+Cl2P-(OPh-R)3Cl2

P-(OPh-R)3Cl2+H2O P-(OPh-R)3O+2HCl

其缺点是在加氯氧化时,同时也可能在酚的苯环及烷基上发生氯取代反应,造成油中含氯量较高,最高可达4000μg/g以上。另外,可能由于工艺及原料的问题,早期的抗燃油稳定性较差,加上在线再生维护技术不过关,在工业应用试验过程中油质劣化较快,尽管完成了研制和工业应用试验,但由于种种原因,未能展开大面积的工业应用。随着引进型机组在我国的陆续投产和使用以及国外油品进入我国后对于抗燃油研究和应用经验有了较多积累,在此基础上,西安热工研究院和天津滨海化工厂开始重新研制国产磷酸酯抗燃油,吸取了以前生产技术上的不足,采用酚类原料直接与POCl3反应,一步法合成,避免了两步法生产时二次在磷酸酯分子上引进取代氯的弊端,反应式如下:

POCl3+3R-PhOH P-(OPh-R)3O+3HCl

反应逸出的HCl通过碱吸收塔吸收,再对反应产物进行洗涤,彻底消除残余氯,然后对合成产物进行减压蒸馏提纯后,作为基础油进行调配,过滤净化成成品油。通过对原料的把关和生产工艺的改进,国产油的质量如氯含量指标,抗氧化安定性等有了很大改进,逐步在国产机组上获得应用并取代了部分进口油。

尽管国产油在我国发电厂获得了较多的应用,但由于种种原因,目前在我国抗燃油的应用领域,还是进口磷酸酯抗燃油占主导局面,主要是美国AK-ZO和大湖公司的油品,所以国产油的推广应用需要在提高质量的基础上,加强营销及售后服务,提高品牌意识,尽早实现电力行业应用磷酸酯抗燃油真正意义上的国产化。

磷酸酯抗燃油在发电厂应用中存在的问题：

1、颗粒度问题。目前采用磷酸酯抗燃油的汽轮机调节系统大都采用14.5 MPa工作压力,其伺服阀等紧密工作部件运动副间隙很小,固体颗粒污染会直接导致伺服阀卡涩,所以运行磷酸酯抗燃油的清洁度是现场运行中关注的首要问题,根据国外机组以及我国使用磷酸酯抗燃油机组的运行经验,一般情况下运行磷酸酯抗燃油的颗粒污染级别控制在NAS1638标准6级以内比较安全,有些电厂为了保证生产安全,在企业标准中将颗粒度控制在NAS1638 5级以内。但是,早期由于过滤器技术落后的原因,要保证运行中磷酸酯抗燃油的清洁度合格比较困难,甚至发生过多起因伺服阀卡死而导致的跳机事故。许多机组为了保证磷酸酯抗燃油的颗粒度合格,不得不依赖进口滤油器,而进口滤油器的滤芯不但价格昂贵,而且供货周期很长,严重困扰了不少发电机组的安全运行。可喜的是,随着过滤技术的发展,部分国产滤油机及滤油器滤芯质量得到不断提高,其过滤性能已经能充分满足我国汽轮机调节系统对工作液的清洁度要求,到目前为止绝大部分机组都能保证调节系统磷酸酯抗燃油运行中的颗粒度合格。

2、油质劣化问题。由于磷酸酯抗燃油是人工合成化学品,其抗氧化安定性和抗水解安定性比矿物液压油差,在一定的温度下,可与空气中的氧作用,发生氧化老化,与水分发生作用发生水解劣化,而油质劣化后产生的酸性产物又会对油的进一步劣化产生催化作用。所以自从磷酸酯抗燃油投入工业应用后,为了防止运行中油质劣化,人们一直不停地努力,最早曾采用向油中添加环氧型添加剂,以反应的形式吸收油老化产生的酸性产物,生成酯类产物。

但是,环氧化合物反应吸收酸性产物后分子量变大,容易形成油泥而析出,同时添加的环氧化合物消耗完后,就不能再阻止酸性产物的产生,油的酸值很快升高导致报废。在提高油的抗水解安定性方面,主要是通过控制合成原料的纯度,尽量采用天然原料,如煤焦油中提取的烷基酚合成的磷酸酯就具有较好的抗水解安定性,也有资料报道通过添加抗水解添加剂如哌嗪一类化合物来阻断油的水解。除此之外也可通过严格控制油中的水分含量,以达到避免油水解的目的。控制运行磷酸酯抗燃油的水分含量一直是运行油维护的一个重要方面,在初期主要靠旁路再生装置中的氧化铝、硅胶或硅藻土吸附剂吸附水分,但这些吸附剂的吸水能力有限,效果并不理想,目前部分电厂也用带真空脱水功能的滤油机除去油中水分,以防止油的水解,较多的电厂在旁路再生装置中增加吸附式脱水滤元,利用吸水性吸附剂对水分的选择性吸附,安装在旁路再生装置中,在运行中吸附油中的水分,可将油中水分控制在0.05%以内。

磷酸酯抗燃油在运行中不可避免地要发生老化劣化,由于发电机组运行的特殊性,必须考虑在运行中对油的在线再生处理,所以大部分磷酸酯抗燃油系统中都配备有旁路再生装置,一方面除去油老化产生的酸性有害物质和水分,另一方面通过高精度过滤器滤除运行中可能产生的固体颗粒污染物,保持油的清洁度。

随着技术的进步,吸附效果不好,使用不方便或本身含有Ca、Mg离子能与油的老化产物反应生成凝胶状盐类的吸附剂逐步被淘汰。目前我国用于磷酸酯抗燃油在线再生的吸附剂主要有硅藻土和强极性硅铝吸附剂,均以滤元的形式装于旁路再生装置中,用于对运行中的磷酸酯抗燃油进行旁路再生处理。

结语：综上所述，磷酸醋抗燃油的劣化机理主要是醋类水解和烃类的自由基链锁反应。抗燃油在正常的运行环境下,虽然醋类极易水解,但因缺乏水解的外界条件,水解机理难以成立。所以,抗燃油在正常运行条件下,其劣化机理主要以烃类自由基的链锁反应为主。

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