抗燃油泡沫特性及空气释放值超标的研究与分析

贾小琼

摘要：针对广州珠江天然气发电有限公司在油质监督过程中发现的抗燃油泡沫特性和空气释放 值超标问题，深入分析不合格的原因和危害，积极采取应对措施，供广大同行交流与探讨。

关键词：抗燃油；泡沫特性；空气释放值；长期超标；措施

一、系统概述

为适应高压机组蒸汽参数的变化，改善汽轮机液压调节系统的动态响应特性，必须缩小液压执行机构的尺寸，同时对介质工作压力提出更高的要求。更高的工作压力对介质的防漏保护提出更高的要求，如果介质的燃点不能满足一定要求，发生泄漏，介质在高温的热表面极容易发生燃烧，产生火灾隐患。磷酸酯抗燃油自燃点一般在530℃以上，具有优异的耐热防火性能和润滑性能，而汽轮机油的自燃点只有300℃左右，汽轮机液压调节系统使用磷酸酯抗燃油，可大幅度降低因泄露而引起火灾的危险性。因此，目前磷酸酯抗燃油广泛用于汽轮机的调速系统。然而，与矿物油相比，抗燃油稳定性差，更易于劣化。抗燃油劣化会导致其抗氧化性能下降，酸值升高，电阻率降低，产生油泥。对于调速系统，抗燃油劣化会导致调速系统部件腐蚀卡涩，部套动作灵活性降低，威胁机组的安全经济运行，因此，加强对汽轮机组抗燃油油质的监督维护和管理工作具有重要意义。

2. 泡沫特性、空气释放值超标危害

泡沫特性用于评价磷酸酯抗燃油中形成泡沫的倾向即形成泡沫的稳定性。在液压油循环系统中如果混有泡沫，会加速油的氧化与劣化，造成液压不稳，影响自动控制和操作的精度，特别对高压液压系统，会失去动力传递的可靠性，在高压下气泡破裂将引起调速系统抗燃油泡沫特性和空气释放值超标，直接振动，损害元件的寿命。泡沫特性超标对机组安全运行威胁还表现在：气泡进入油泵会造成油泵的汽蚀，如果泡沫过多会造成虚假液位，甚至发生泡沫从油箱顶部呼吸口溢出的事故，严重威胁机组安全稳定运行。

空气释放值用来表示夹杂空气的逸出能力。液压油应具有良好的空气释放性，这样液压油内部的气泡才能在油箱快速逸出排掉，避免气泡随着液压油继续循环。磷酸酯抗燃油系统的运行压力较高，如果运行中夹带有较多的空气，会对油系统的安全运行构成较大危害。如，改变油的压缩系数，会导致电液控制信号失准，不利于汽轮机组的安全运行；在高压下，油中气泡破裂，造成油系统压力波动，气泡破裂时在破裂区造成的高压及气体中的氧会使油发生氧化劣化。

因此，对抗燃油泡沫特性和空气释放值进行研究分析是寻求超标原因和解决途径的重要步骤，具有重要的现实意义。

三、原因分析

正是由于泡沫特性和空气释放值超标对机组安全运行的严重威胁，一旦发现超标，就必须要尽快查明原因，采取有效措施，保证机组的安全运行。总结其他电厂机组出现的同类问题，原因可归结如下：

（一）油品老化。大型汽轮机调速系统关注广泛使用磷酸酯抗燃油作为液压工作介质，运行中的抗燃油由于受温度、空气、杂质、水分及运行工况的影响，难免老化劣化。由于油的老化、水解变质或油被污染，以及运行中可能引入含有该镁离子与油劣化产生的酸性物质作用生成的皂化物会严重影响油的空气释放值和泡沫特性。

（二）抗燃油在出厂时都添加了适量的消泡剂，在长期运行过程中，抗燃油中的消泡剂逐渐消耗损失，无法有效抑制泡沫的产生，导致泡沫特性超标^[1]。

（三）旁路再生装置处理效果的有限性。由于抗燃油系统自带的旁路再生装置能力有限，对于刚形成的劣化物质可有效去除，但是对长期积累的劣化物质无法有效滤除，从而使油系统中含有可能造成泡沫特性和空气释放值增大的有害酸性产物、胶纸、水分及机械杂质。

2. 处理过程

广州珠江天然气发电有限公司2×390MW燃气轮机联合循环发电机组于2006年、2007年投产运行，工程引进两套由美国GE公司和哈尔滨电器股份有限公司联合生产的STAG 109FA SS高效单轴燃气-蒸汽联合循环发电机组，机组由一台燃气轮机、一台蒸汽轮机、一台发电机和一台余热锅炉组成。其中，主机调速控制系统液压油采用的是是美国阿克苏公司(Akzo Nobel)生产的磷酸酯抗燃油，其主要成分是三芳基磷酸酯。抗燃油系统由油箱、液压油泵、滤油泵、冷却风扇、储能器、管路及控制模块组成，分子筛滤芯旁路再生装置（后升级为再生树脂滤芯）。

2018年10月以来，运行抗燃油逐渐出现泡沫特性控制指标超标的情况，如表1所示。两台机组抗燃油泡沫特性均超出运行油标准要求，而水分、酸值、电阻率等其他指标均合格。

表1 2018年10月#1、#2机组抗燃油处理前各项指标

分析项目		质量标准	#1机	#2机
水分（mg/L）		≤1000	33.1	54.1
酸值（mgKOH/g）		≤0.15	0.008	0.007
电阻率（20℃）（Ω·㎝）		≥6.0×109	8.31×1010	3.59×1010
空气释放值（50℃）min		≤10	2	2
矿物油含量（m/m)%		≤4	0.19	0.16
泡沫特性（mL/mL)	24℃	≤200/0	350/100	0/0
	95.3℃	≤40/0	90/0	130/0
	后24℃	≤200/0	170/0	480/240

经过调研，西安热工研究院生产的KY-XTDSNY5型抗燃油在线再生脱水净化装置对国内其他电厂机组出现的抗燃油泡沫特性和空气释放值超标问题，有理想的处理效果。其原理是针对运行中抗燃油的老化问题，采用了与抗燃油相容的材料及新型高效吸附剂填充的再生滤元及精密颗粒过滤器进行合理配置，具有使用寿命长，再生处理效果好，过滤精度高的特点。对于滤除抗燃油中的油品老化劣化所产生的有害酸性产物、胶质、水分及有种的机械杂质有明显效果。

图1 KY-XTDSNY5型抗燃油在线再生脱水净化装置

经过与西安热工研究院联系，采取其建议，2019年开始使用西安热工院在线再生脱水净化装置进行过滤处理。#2机组2019年2月补油后，泡沫特性仍然超标。2019年4月2#机组第一次滤油，送检泡沫特性明显好转，指标稍微超标，但空气释放值开始超标，水分、酸值、电阻率等其他指标均合格，如表2所示。

表2 2019年4月#2机组在线再生脱水净化装置处理后各项指标

分析项目		质量标准	#2机
水分（mg/L）		≤1000	70.3
酸值（mgKOH/g）		≤0.15	0.006
电阻率（20℃）（Ω·㎝）		≥6.0×109	8.25×1010
颗粒污染度NAS（级）		≤6	3
空气释放值（50℃）min		≤10	10.5
矿物油含量（m/m)%		≤4	0.09
泡沫特性（mL/mL)	24℃	≤200/0	20/0
	95.3℃	≤40/0	90/0
	后24℃	≤200/0	140/0

6月份D修后将滤油机安装至#1机组过滤，2020年1月10日取样送西安热工院检测，#1、#2机泡沫特性分析合格，3月送检机械研究院，抗燃油泡沫特性和空气释放值均超标，其他指标合格，如表3。

表3 2020年3月抗燃油机械研究院化验结果

项目		标准	#1	#2
泡沫特性	程序Ⅰ24℃	≤200/0	10/0	10/0
	程序Ⅱ95.3℃	≤40/0	80/0	110/0
	程序 Ⅲ 后24℃	≤200/0	280/20	10/0
空气释放值 min		≤10	11.2	15
水分 mg/L		≤1000	154	152
颗粒度 NAS		≤6	5	4

#1机组2020年4月D修抗燃油更换新油，跟踪油质化验结果，颗粒度等指标合格，泡沫特性指标好转，稍微超标。6月份#1机组更换新油后析出凝胶状物质堵塞滤芯，后续系统运行正常，泡沫特性和空气释放值仍未见改善。

2020年10月安装再生滤油机对#1机组进行旁路过滤，#1机组抗燃油经过滤油后电阻率、油颜色等指标明显好转，但泡沫特性、空气释放值指标未见改善，下图为过滤前后油颜色对比。电阻率由10月份的7.45×10⁹(Ω·cm)提升至1.85×10¹¹(Ω·cm)，油质逐步变好。

图2 2020年10月#1机组抗燃油旁路过滤前后取样

经过两年多的过滤处理、跟踪分析，抗燃油的水分、酸值、电阻率等指标均维持在较好的水平，未出现劣化倾向，但空气释放值从安装在线再生脱水净化装置后逐步变差，泡沫特性指标也长期处于超标状态，且无变化规律可寻。到目前为止抗燃油的泡沫特性和空气释放值超标的问题仍未得到有效解决。

2. 结论

综合以上分析，广州珠江天然气发电有限公司2×390MW燃气轮机联合循环发电机组抗燃油出现的泡沫特性和空气释放值超标的问题，一方面尝试通过整体换油或者补油的方式改善抗燃油泡沫特性和空气释放值，并不能达到理想的效果，另一方面采取在线再生脱水净化过滤装置或者旁路过滤的方式，也未实际改善抗燃油泡沫特性和空气释放值指标，说明采取这两种处理方法具有局限性，抗燃油出现的泡沫特性和空气释放值超标问题的根本原因有待进一步查明。技术人员结合专业经验以及对两年多来处理结果分析，本公司抗燃油泡沫超标的原因可能并不在于抗燃油系统，而主要应为油本质存在的问题：

（一）抗燃油系统经过十多年运行，由于受到温度、空气、杂质、水分及运行工况的影响，抗燃油出现逐步老化、分解，产生老化物质，如油泥、皂化物质、弱酸性物质等，导致油泡沫特性和空气释放值指标超标。同时，这些物质也会在系统内部管道、油箱等逐年累积，并且与油进行平衡交换，当更换新油时，系统中的老化物质会逐步融入到油中导致新油指标快速超标。

（二）新油整体质量变差，由于基础油的变化，新油在抗老化方面性能降低，更容易老化产生皂化产物等，最终反映在新更换的油运行不久即出现指标超标现象。

抗燃油出现的泡沫特性和空气释放值超标问题在再生过滤处理期间虽未造成调速系统振动、伺服阀卡涩等威胁机组安全运行的情况，但依然要引起技术监督人员高度重视，在日常工作中要紧密跟踪抗燃油泡沫特性和空气释放值指标的变化，密切关注机组日常运行时抗燃油系统的异常情况，积极采取应对措施。

参考文献：

[1]刘芳.抗燃油泡沫特性和空气释放值超标的解决措施[J].设备管理与维修，2014年S2期：141-143