汽轮机

        对于电厂的电液控制系统(EHC)来说,油液的状态很关键,过去一般使用矿物油,但随着技术发展,蒸汽温度可达到500℃以上,出于安全考虑,需要使用抗燃油,目前最为常见的抗燃液压油是磷酸酯(Phosphate ester)液压油。

 

磷酸酯抗燃油简介:

磷酸酯抗燃油从20世纪50年代开始使用,当时是为了解决油管破裂,油喷溅到高温部件引起着火问题。经过50多年的发展,磷酸酯抗燃油广泛用于冶金、天然气压缩机、航空液压控制系统,正确地使用和维护磷酸酯抗燃油是其中的关键。如果油液维护不好会引发腐蚀、阀件卡涩、系统运行状态不良等问题。

 

磷酸酯抗燃油的种类和性能:

磷酸酯油(三芳基磷酸酯Triaryl Phosphate Ester Fluids)的闪点和燃点比矿物油高,更重要的是,磷酸酯具有自熄性,磷酸酯的抗燃作用在于切断火源后,会自动熄灭,因此不传播火焰,对设备和人员安全具有重要意义。常见的磷酸酯类抗燃油有这么几种:TXP(Trixylenyl Phosphate Ester),TBPP(Butylated Phenol Phosphate Ester),IPPP(Isopropyl Phenol Phosphate Ester),TXP 和 TBPP混合磷酸酯,几种磷酸酯抗燃油性能对比:

 

>>>空气释放性:TXP最好

>>>水解安定性:TXP>IPPP>TBPP

>>>储存时的氧化安定性:TBPP最好

TXP的总体性能较好,TXP与TBPP混合后的抗燃油,根据混合比例不同性能有所差异。

注:以上性能只是磷酸酯油之间的对比。

 

磷酸酯抗燃油和矿物油的区别:

 

磷酸酯类油和矿物油的理化性质在很多方面都有所区别,下面我们列举其中一些项目,有助于我们了解磷酸酯抗燃油的维护要点:


1.成份区别:矿物油的基础油来源于石油精炼,然后加入少量添加剂调配而成。磷酸酯抗燃油的基础油是合成油(三芳基磷酸酯),加入少量添加剂。不同的油类在使用中应避免混合、互相接触。


2.密度:磷酸酯抗燃油的密度大于矿物油,因而污染物和杂质相对不容易在油箱沉降,杂质可能悬浮在液面而在系统中循环,造成某些部件堵塞与磨损。如果系统进水,水会浮在抗燃油的液面上面排除较为困难。


3.抗燃性:磷酸酯油具有自熄性,而且自燃点都很高。磷酸酯的抗燃作用在于其火焰切断火源后,会自动熄灭,不再继续燃烧,这是和矿物油最大区别之一。


4.毒性:相对于矿物油,磷酸酯油有一定的毒性,应避免直接接触人体,尤其是皮肤有伤口的情况下。


5.介电性能:磷酸酯的介电性比矿物油差,介电性能主要是以电阻率为代表。一般情况下油温越高,电阻率越小,提高电阻率可减少因电化学腐蚀而引起的伺服阀等部件损坏。油液受到污染或油变质也会造成电阻率降低,因此控制油温,防止磷酸酯油液受到污染很重要。


6.氧化安定性:氧化是润滑油变质的主要原因,磷酸酯抗燃油具有良好的氧化安定性,但是高温、水份、油中杂质以及油氧化后产生的酸性物质都会加速油质的劣化。所以在运行中严格控制油温、保持油质清洁,防止油里进水对于延长油的使用寿命非常重要。


7.水解安定性:磷酸酯类油具有较强吸湿性,而水解安定性总体来说很一般,水解产生的物质还具有腐蚀性,因此要重视防水、除水工作。


8.材料的相容性:大多数情况下,矿物油适用的非金属材料都不适用于磷酸酯油,包括密封垫圈、油漆涂料、绝缘材料及过滤装置等。如选用不合适的材料将会发生溶胀、收缩、腐蚀现象,而导致液体泄漏、部件卡涩或加速磷酸酯油液变质。


9.辐射安定性

磷酸酯的辐射安定性比石油基油差,在多数不同类型的照射下,酯均分解。因此,不宜用在受辐射的设备上。


磷酸酯油的净化:

 

前面我们提到过,净油设备对磷酸酯油很重要,而液压油对电液控制系统很关键,净油环节出问题会引起油液的酸值升高(油变质、腐蚀系统)、油的使用寿命短,系统腐蚀,油路过滤器、伺服阀滤网堵塞,油的电阻率降低、电化学腐蚀、伺服阀、电磁阀卡涩、颗粒物杂质超标。另外,磷酸酯抗燃油吸湿性很强,遇水又容易水解。


通过对油净化,有如下好处:

1.除掉油里的机械杂质、颗粒杂质物,这些杂质会造成机械问题。

2.除掉水分,水会造成油乳化、水解,油乳化后不但丧失润滑性,而且会变质。

3.控制酸值:在使用中,油会逐渐产生氧化沉淀物,接触杂质,这些物质如果不除掉,随着积累,会加速油液变质,影响油液性能。

 

磷酸酯油的净化过程可包含以下几个部分:

  • 去除机械杂质、颗粒污染物:一般情况下,滤芯的过滤精度要达到Beta-Two > 75 quality elements,把颗粒杂质滤掉,可以防止伺服阀卡涩。

  • 除水:磷酸酯类油吸水性很强,使用真空蒸馏可以有效地去除油里溶解的水分,离心式油水分离器不能有效去除水分,因为磷酸酯液压油的吸湿性很强。

  • 清除油里的酸性物质:使用具有吸附能力的过滤介质,如硅藻土、活性氧化铝过滤器,可以把酸性物质从油里去除。


关于净油设备硅藻土过滤介质的更换,GE公司建议,满足以下任何一种情况就要更换(根据GEK-46355E液力系统):

  • 滤芯受到的压差达到30 psi(207 kPa)或者用满三个月,满足任何一种情况就要更换。

  • 氯含量达到150ppm以上

  • 油的含水量>0.20%

  • 酸值达到0.20 mg/kg      KOH ,或者通过过滤后一段时间,酸值没有降低,说明过滤过程中,不能有效地去除酸性物质。


提示:更换时,过滤器的全套过滤组件都要一次换掉,应及时更换过滤介质。建议把各过滤器都打上标签,标明更换时间和相关信息。


在磷酸酯液压油的净油过程中,存在的问题大多可以归结为以下几个方面:

1.净油设备没有及时更换。

2.使用净油设备时,油流经净油介质时流速不当,过高或过低。

3.净油介质湿度过大,有些时候新设备也会出现这个问题。

4.净油腔内空气没有排干净。

5.净油腔,系统的旁通阀或者安全阀有问题。

6.净油介质选型不当。

7.液压油选型不当,油的性能与系统工况、设备条件不适合。

8.高温、高压造成液压油分解,例如当两只泵一起开动,隔热不好等等。

9.油液受到污染,混入其它油类、其它化学物质,与密封胶不相容等。


总结起来,要维护好磷酸酯液压油,就是让油保持清洁、干燥,同时注意与油接触的部件、物质是否会发生不相容问题,定期抽油化验。

 

与材料接触的相容性问题

矿物油和磷酸酯类油在电厂都有使用,这两类油的相容性问题在维护中很重要。在使用时要慎重选择与其接触的材料,包括密封件、垫圈、油漆涂层、绝缘材料及过滤装置等。一般用于矿物油的橡胶、涂料等都不适用于磷酸酯。如选用不合适的材料将会发生溶胀、收缩、腐蚀现象,导致液体泄漏、部件卡涩或加速磷酸酯油变质。磷酸酯对许多有机化合物和聚合材料有很强的溶解能力,例如:

  • 乙烯丙烯共聚物(EPR,全称为Ethylene-propylene)和丁基橡胶(butyl rubber)适用于磷酸酯油,但是不适用于矿物油。

  • 丁晴橡胶(Nitrile      rubber /Buna-N)广泛用于矿物油,但不适用于磷酸脂类油。

  • PVC材料里面一般含有磷酸酯成分,因此PVC材料的部件或者涂层、管线应避免接触磷酸酯油,以防材料软化。

  • 一般的涂料不适用于磷酸酯,会软化、脱落。


如何检测相容性?

如何检测材料与磷酸酯油的相容性?简单的方法就是把材料取样,浸入磷酸酯油里,把油液加热一段时间,观察材料的变化。GE推荐的一个简单方法如下:取一块样品材料,浸入磷酸酯油液里,加热到60℃,保持7天。七天后取出材料,如果出现高于5%的收缩,或者15%以上的膨胀,均视为实验不通过。在这两个范围内的情况可以接受。需要注意一点,相同的材料,但是供应商不同,材料的相容性程度可能会有出入。前面我们提到过,某些材料经过实验认为是相容的,只不过受影响的程度在可接受的范围内,也许换一个供应商,材料与磷酸酯油的相容性不一定属于可接受范围。例如氟胶密封圈也有多个系列,Viton A, Viton B和Viton GF。哪怕名字相同的材料,换一个供应商,成分也会有所差异,具体应咨询供应商,同时考虑使用部位对材料精度的要求、用于运动部件还是静态部件。


温度对相容性有着重要影响。某些材料会受到磷酸酯油的影响,但是变化程度在可接受范围内,如果在高温环境下,变化的程度会增加,超出“可相容”的范围。对于重要用途的材料,有必要进行专业的实验室台架测试,测试方法为ASTM D471,检测橡胶和液体之间的相容性。


硅橡胶(Silicone-based rubber)和硅质密封件可能不适于直接接触磷酸酯油液,曾有一些案例说明这类材料会影响油液的空气释放性,气泡滞留在油液里,受到压缩时会造成局部油液温度升高,引起磷酸酯油变质。


O型圈的简单检测:

检测O型橡胶密封圈可以进行以下的简便测试:用容器乘一些干净磷酸酯抗燃油,把O型圈放到油液里,如果沉底,那么O型圈很可能是氟橡胶(Viton,比重为1.85),可用于磷酸酯油。如果O型圈浮在油面上,那么有两种可能:O型圈可能是Buna-N 丁晴橡胶(比重为1.0),这种材料不能用于磷酸酯;另一种可能是丁基橡胶(butyl rubber),比重为0.92,这种材料只能低温下和磷酸酯油使用。

 

磷酸酯油的监测管理:

为了减少油液问题引起的设备问题,应该对EHC系统的磷酸酯油液进行油液监测,选择有经验、技术先进的实验室很重要,例如一般的测试容易忽视电阻率(Resistivity)的检测,因为测试比较麻烦。但是对于使用伺服阀的高压控制系统,这项检测非常重要,可以预测电化腐蚀。


结语:磷酸酯抗燃油的价格很高,如果维护得当,汽轮机电液控制系统的磷酸酯抗燃油可以使用很多年,不出问题。很多电站的油可以用上20来年不出问题,也不用换油,设备也没有出问题。有的电站却经常出问题,油变质得很快,酸值升高、油泥很多。严重的甚至每次停机都要换油,设备也问题不断,伺服阀卡滞、腐蚀、滤芯堵塞。其中的差距就在于油液的管理,应根据厂家要求更换滤芯和净油介质,保持油液干净、除水,一方面可以节省油钱,另一方面可以降低汽轮机系统的故障率。


对汽轮机的EHC系统油液进行维护和监测有如下好处:

1.节省购油支出:不要等到油液出现严重问题了才重视,应该从开始就重视油液的维护和净化,如果在变质早期就开始净化油液,可以最大限度延长油液使用寿命。因为刚开始只是少量的油变质,酸值、油泥较少,变质产生的有害物不多,如果不把这些有害物除掉,随着积累,后期的变质速度会激增。


2.减少净油设备的投入:酸值高的油液,需要更加频繁地更换净油介质,有时候酸值过高,汽轮机厂家推荐的油品净化再生装置估计都“救”不了你的油,尤其是一般的硅藻土过滤介质。


3.减少设备问题:干净的油不容易在伺服阀和电磁阀上产生沉积物,滤芯也不容易堵塞,油箱也更干净。


4.进行油液检测可以监测油液的状态,还可以监测到泵和阀件的异常情况,防止严重问题发生。


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