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德石油倍可抗燃油在蒸汽轮机和燃气轮机中的应

栏目: 电力抗燃油  2020-11-26 18:01  来源:润滑油品牌网  点击:190 次  打印页面 复制网址

德石油倍可抗燃油在蒸汽轮机和燃气轮机中的应用

传统上在蒸汽轮机和燃气轮机中都使用矿物油作为液压工作介质和润滑剂。但为了追求更高的运行效率,蒸汽温度和液压油温度不断提高,使用矿物油带来的火灾也随之增加了。此外,机组加大的趋势使得矿物油用量增大,而电站又要求有极高的安全性,这都要求大力强调电站中火灾的预防和控制。

在所有功率等级的现代透平中,蒸汽温度可能非常高 (500-600℃),该温度已远超过矿物油的自燃温度 (约350℃)。二十世纪五十年代中期,在发生了一系列由于液压油管破裂和矿物油喷到热表面上而引起的火灾之后,三芳基磷酸酯抗燃油开始被用于汽轮机调速控制系统,现在它们已广泛用于大型汽轮机组。由于使用矿物油作润滑剂仍然会造成火灾,因此又考察了磷酸酯抗燃油是否能在蒸汽轮机和燃气轮机中用作润滑剂。在许多厂家的各种燃气轮机中已积累了近三十年的经验,在蒸汽轮机中也进行了若干试验。在这二种应用中,抗燃油都表现良好。可以期望,它们作为防火润滑剂的应用将会增加。不过,与矿物油基质的透平液一样,对抗燃油的维护和使用也必须小心谨慎,以保证抗燃油的使用寿命和设备的正常运行。为此编制本说明,特别在设备厂未提出建议时,帮助使用这种抗燃油的用户。

适用范围

本说明为使用德石油倍可牌号磷酸酯抗燃油的用户提供了维护和使用所需要的资料和建议。它主要适用于将抗燃油用作汽轮机调速器和锅炉控制系统的液压介质的情况,但许多建议也适用于将其作为蒸汽轮机和燃气轮机润滑剂的情况。本说明的使用不能优先于透平制造厂颁发的说明书,而是要对它们的要求作出补充。如果对本说明中所提建议的适用性或性能极限有疑问,应与设备制造厂或抗燃油供应商进行联系以取得进一步资料。

尽管本说明的许多资料也适用于矿物油类液压液和润滑剂在透平中的应用,对于这些产品还是建议用户参考透平制造厂的说明书和相应的国家或国际标准。

德石油倍可抗燃油的设计说明

为满足大范围透平制造厂和用户提出的严格的运行要求,德石油倍可抗燃油是用特别提纯的三芳基磷酸酯为基质制成的,含有改进安定性和起泡特性的添加成份。

影响使用寿命的因素

所有抗燃油,其使用寿命都受以下因素控制:
--系统的种类和设计
--系统的状态
--抗燃油的初始状态
--系统的运行温度
--抗燃油的污染和净化
--抗燃油的补给速率

系统的种类和设计

透平和附属设备中有一些系统,它们的设计会影响抗燃油的使用寿命。这些系统包括蒸汽流量控制、轴承和齿轮箱(如果使用)润滑以及发电机的氢密封。特别重要的是在高压(例如超过60bar)下运行和采用小公差伺服阀的那些液压控制系统。

制造厂在设计使用抗燃油系统时,必须考虑到这种液体在物理、化学性质方面与矿物油的差别。例如,抗燃油密度较高,就必须用功率较大的泵。可能还需要专门的密封、垫片和附加的过滤设备。系统要从矿物油转换使用抗燃油时,在进行改装之前必须先咨询设备制造厂。

系统的状态

起动时:
在液压和润滑系统部件送到装配现场之前,其内部油路和表面都应涂上与抗燃油相容的防腐蚀涂层。若制造厂对设备预先进行试验,建议用一种防腐蚀磷酸酯进行质量控制检验,从而提供防腐蚀保护。

在现场存放的期限应尽量短(建议最长期限为一年),而且涂有磷酸酯的部件要放在室内并尽可能密封起来。因为这种液体对湿度敏感。如果进行验收检查,应在事后立即把设备再封起来,最好再加一些干燥剂。

为防止装配时有污物进入,要注意尽量减少打开系统的次数并保持工作区清洁。在这一阶段精心防止污染对投运过程非常有益,还有助于以后的无故障运行。

从矿物油换用时:
必须按照制造厂的要求冲洗系统,直到达到规定的清洁水平为止。这个过程非常重要,因为小量的矿物油会对抗燃油的起泡性能产生不利影响。详细步骤见<系统冲洗>。

系统维护:
如果对使用抗燃油的系统不加以正确维护,不管哪种抗燃油都不能满意地运行。保证抗燃油性能良好的关键是:定期检查所有的过滤器和通气口;尽量减少蒸汽和冷却器的泄漏;防止由密封处漏入空气等。

应尽量减少抗燃油向系统外的泄漏,以便减少补给及清理溢出抗燃油所需费用。

抗燃油的初始状态

抗燃油的生产是满足有关规定要求的。保证抗燃油性能良好的关键是:定期检查所有的过滤器和通气口;尽量减少蒸汽和冷却器的泄漏;防止由密封处漏入空气等。应尽量减少抗燃油向系统外的泄漏,以便减少补给及清理溢出抗燃油所需费用。

如果不能保证抗燃油达到规定的初始要求,就会导致违背设备的保修条件和降低抗燃油的使用寿命。

系统运行温度

影响抗燃油寿命的重要因素就是温度。通常把抗燃油的平均运行温度控制在50℃至65℃之间。不过也可以用更低的温度,但要采取防止水分及酸度增高的措施,否则油箱中的水就会凝结。如果设备定期(例如每周周末)停机,情况更是如此。在这种情况下,建议经常检查水含量,必要时要在整个停机期间开动颗粒处理系统和/或脱水装置。

尽管平均温度不高,但可能有局部热点,例如在阀、轴承、热表面上、气体密封和齿轮箱中。在这些部位抗燃油可能出现氧化和/或热分解,在极端条件(例如超过150℃)下会使抗燃油变稠和产生沉积物。

在冷起动时用油箱加热器来降低抗燃油粘度,加热器的功率必须合适,还要在整个加热期间内尽可能使抗燃油在加热器表面循环流动,以防止抗燃油局部过热和在加热器表面形成沉积。

污染和净化

抗燃油在运行中发生的污染既来自系统外部(蒸汽凝结、冷却器泄漏、通气口干燥剂漏出等),也来自内部(抗燃油的分解、泵和轴承等的腐蚀和磨损)。前面已指出,在起动前建立一个清洁的抗燃油系统特别重要。不过即使已达到了清洁状态,通过密封、通气口以及使用了不正确的或不干净的添加油所引起的外部污染还可能发生,应该加以防止。

另一方面,内部污染总会在系统中发生。这种污染包括水、金属微粒和抗燃油分解产物。金属微粒可能是由于齿轮、泵、轴承和阀的磨损。在湿的系统中还会产生锈的微粒。这些污染物必须用设计适当的过滤器和净化器加以清除。 使用磷酸酯抗燃油时特别重要的是由水解生成的酸性污染。要保证抗燃油有较长的寿命,通常让抗燃油在主油箱的一个旁路系统中通过颗粒吸收剂进行处理或净化。这些颗粒吸收剂可以除去酸性分解产物、小量矿物油、含氯的物质和一些水以及携带的固体微粒。由于这一净化步骤非常重要,在<抗燃油调整>一节中将详细加以说明。

尽管偶尔也会需要恢复抗燃油中添加剂(例如消泡剂)的含量,但在向抗燃油供应商和/或设备制造厂咨询之前不要采取行动。要把几种不同厂商供应的抗燃油进行混合时,也要遵从同样的原则。各种德石油倍可牌号的抗燃油是完全可以混合使用的,但在使用时一定不能和矿物油或含水的液体相混合。

抗燃油的补给速率

向系统中补给抗燃油的数量和频率对于决定抗燃油的寿命起着重要的作用。在补给速率高于分解速率的情况下,分解的抗燃油对平均性能可能没有什么影响,因而抗燃油仍然会有良好的性能。

向正在运行的系统添加大量的冷抗燃油作为补给可能对其性能产生不利的影响。最好在添加前把补给油加热到和运行油相同的温度。

使用中抗燃油性能的恶化

所有抗燃油在运行中都会受到热和氧化的分解作用,磷酸酯抗燃油还会发生水解。这些反应会由于存在高温和催化剂(例如金属盐)而加速,主要后果是产生酸。在一定的情况下,抗燃油性能的其它变化,如空气释放值高,发泡过多或电阻低,也可能是抗燃油性能恶化的信号。抗燃油性能发生一些恶化可能不会对系统安全性和运行效率产生不利影响,因此,大多数透平制造厂对它们的使用性能有附加的使用要求。规定在什么条件下应该调整或更换抗燃油。(在没有这些要求时,可参考表1)
为确定何时抗燃油性能的改变已到了必须采取措施的程度,良好的监测程序是必不可少的。(见表3)

 

表1:对运行抗燃油测试数据的说明和建议的措施


性质   警告极限        说明         措施



外观   抗燃油发浑    受到水和/或固体污染   检查水和微粒水平
    迅速变色        污染或过度分解     检查化学成份和抗燃油酸度


粘度  40℃时原始值    受到其它液体污染    检查化学成份和液体酸度/
     ±10%       或严重分解       金属含量

酸度值  0.2~0.3 mgKOH/g  过滤器需要      更换过滤器和检查水含量                                 

               更换和/或水含量高

    > 0.5 mgKOH/g    水含量很高和/或抗燃  更换颗粒过滤器/脱水装置(包括邮箱通气口)
               油热不安定和/或颗粒
               处理/脱水不当

水含量   1000 ppm     系统有内漏和/或脱水  检查油箱、冷却器和密封处
              能力不够和/或通气器  泄漏,检查脱水装置(包括
                         干燥剂不合适 油箱通气口)  
                         性能是否良好,
                         更换颗粒过滤器或更换                                   

                           通气器中的干燥剂

发泡  储池中有厚泡沫层    防泡剂耗尽,系统中有  添加少量防泡剂,检查密封
               空气、矿物油、微粒   等有无空气吸入
               金属盐污染

空气释放  50℃时10分钟   矿物油、微粒、金属      检查抗燃油污染和粘度变化
                盐等污染或严重分解

矿物油含量  0.5%       由于冲洗不当、密封      更换抗燃油
               故障或使用不正确的
               补给液而造成的污染

微粒含量  SAAE ARP 749D  微粒可能来自补给油,     确定污染来源和性质
      4级        进入系统的灰尘、硅      检查系统过滤和保证油箱
      Conpar 3级     藻土微粒、磨屑或锈屑     密封

氯含量   100 ppm      冷却器泄漏、通气器      确定原因并采用连续过滤
               干燥剂或抗燃油被清洗     将其减少到可接受水平;
               剂污染            然后更换颗粒过滤器,
                              如不能达到满意水平,
                              更换抗燃油。需要时更换通
                              气器干燥剂

体积电阻率   20℃时4*109Ωcm  灰尘、氯离子、酸性     检查抗燃油状态,如果受到
                 产物和水对体积电阻率     污染,按上面所述采取措施
                有不利影响          当电阻率低于此值时,更换
                过滤器可能未满意地      过滤;以短时间间隔监
                对抗燃油进行调整       测电阻率直至其升高到极限

钙/镁/钠含量  任一种10 ppm  燃油与吸收剂颗粒       检查抗燃油酸度和水含量
                发生反应           更换颗粒过滤器。
                任一种30 ppm        更换抗燃油



*通常抗燃油酸度极限值为0.1mgKOH/g,但有些透平制造厂要求0.2mgKOH/g,因此建议当酸度增加量超过0.1mgKOH/g时,即更换硅藻土滤芯。


粘度

除非分解很严重,德石油倍可抗燃油显示的粘度变化相对较小。粘度变化可能是由于抗燃油的污染(例如不当心用错了补给油)造成。检查粘度的主要目的是保证所用抗燃油的品牌正确和检查污染。

氧化安定性

抗燃油的氧化安定性可能会慢慢降低,这是由于:阀或油箱加热器的规格不对;蒸汽泄漏或隔热不良而造成的平均或局部温度过高;酸性腐蚀造成的溶解金属的催化作用;或高的空气含量。每种情况都会导致酸度增加,粘度也可能增加,并相应地产生不溶物质,它们对伺服阀的运行有害。可以用硅藻土或氧化铝滤芯来控制酸度发展和消除不溶性物质以维持抗燃油质量,但它不能对严重氧化的抗燃油做出满意的调整。

通常硅藻土滤芯都是随系统运行,也有每天运行8小时左右的。但不可以不运行。如果不随机运行,对抗燃油的使用寿命会有较大影响。当硅藻土滤芯随机运行时还不能有效地控制酸值时,应及时更换硅藻土滤芯。

水含量/水解安定性/乳化性质

由于磷酸酯抗燃油的水解趋势,水是引起它分解的最主要的原因。所产生的酸性产物又催化进一步的水解,促使敏感部件的腐蚀,还对抗燃油的发泡和空气释放性能产生不利影响。因此,水含量必须保持尽可能低(最好低于0.1%)。当含水量不大(<0.2%)时,用带干燥剂的通气口和油箱上的通气扇就可以有效控制。要从抗燃油中除去大量的水最好采用真空脱水装置。

水也会引起生锈,而由蒸汽封或冷却器泄漏引起的污染还会造成抗燃油乳化,随之又对安定性和润滑性能产生不利的影响,还可能分离出自由水。因为固体污染物和酸性分解产物能使乳化状态稳定,所以,低酸度的清洁抗燃油有助于水迅速分离和防止乳化。如果在油箱中产生了一层自由水,应将其尽快除去。必要时把系统停掉并用虹吸管把大量的水除去,剩余的水则用油箱通气口除去。可以用脱水装置和/或将抗燃油平均温度暂时升高到70℃以上。用过滤器清除大量的水效果不好,而且需要好几个过滤器。

微粒污染

抗燃油中的固体微粒,例如灰尘、锈和金属屑,可能来源于不正确的冲洗、外部污染、或由于抗燃油分解。抗燃油中的金属微粒,由于其催化效应,会促进氧化和引起侵蚀。固体微粒一般还会增加空气滞留、发泡和乳化。它们会引起轴承和泵的划伤和损坏以及导致控制机构失常。

如果说系统的清洁任何时候都很重要,那么对于使用小公差伺服阀的液压系统来说这一点就是至关重要的。如果不除去固体污染物,这些阀就会磨损或卡塞。而系统的灵敏度也会受到影响。抗燃油的电阻率也会受到不利影响,导致伺服阀腐蚀。所以经常更换过滤器是必要的,并且最好是选择质量较高的过滤器。

发泡和空气释放性质

空气从抗燃油中释放造成发泡,如果严重的话,会导致抗燃油损失和破坏润滑及传热性质。这可能是由机械问题引起,也可能是由于抗燃油污染或分解等原因造成的。

矿物油的混入对泡沫和空放的改变是致命的。一般情况下抗燃油中混入0.1%的矿物油时,抗燃油的泡沫特性就会变现为不合格,空气释放性能也会有不合格的趋势,所以,严格控制矿物油的混入是极为重要的。

只要可能,一定要对抗燃油在使用中的发泡情况进行监控。

抗燃油卷入空气会促进氧化和增加它们的压缩性。后一效果会降低液压系统响应。实验室空气释放值在确定抗燃油性质的变化趋势方面是有用的,但也不能满意地预测抗燃油在使用中的特性。在实用中,其它因素,例如抗燃油循环速率和油箱设计,也会影响空气释放速率,而且即使一种抗燃油在实验室中表现了高的空气释放值,也可能泵入口处空气含量是低的。因此最好在泵入口处测量实际的空气含量,例如用一种自动化的密度测量装置。但无论如何,新油具有较好的空气释放值对延长抗燃油使用寿命是有效的。ISO 9120 标准对该指标的要求为不超过2分钟。


即使是小量,硅硐消泡剂,也会对抗燃油卷入空气的量产生不利影响。我们不建议用户自行添加消泡剂,因为工厂在加消泡剂时是有严格的工艺条件的。而且,消泡剂加多后一方面会因过滤流失,另一方面会析出油泥,这对系统危害将更大。

体积电阻率

在液压控制系统中装有伺服阀时,需要抗燃油有高电阻(或低电导率)以防止阀芯塞受到抗燃油的电化学腐蚀。当抗燃油酸性高、含水氯化物量高或污染时,电阻会变低。通常应用过滤处理就足以维持一个满意的电阻水平。

氯含量

在磷酸酯抗燃油中有极小量的氯(特别是氯离子)也会造成抗燃油系统中伺服阀的侵蚀,其含量必须严格控制。这种污染可能由使用含氯溶剂清洗系统、冷却系统泄漏、或当电站近海时空气中氯化物所造成。因此必须避免使用这种溶剂或将海水用于冷却。

虽然有一系列可用于确定润滑剂中氯含量的试验方法,但大多数不适用,因为它们不能精确测量微小含量。因此我们力主用户使用表2中所指出的那些方法。
 

表2:推荐的试验方法

性质     试验方法                   其它
      ASTM     DIN     IP         ISO    --


粘度    D445      51562   71     3104   --
酸度值   D664      51558    177     6619   --
倾点     D97       51597    15     3016     --
水含量    D1744      51777    --      760  IEC10/348CDV   
乳化特性   D1401      51589    19     6614   --
空气释放值  D3427      51381   313    9120        
发泡特性   D892      51566     146    6247   --
闪点/着火点  D92      51376    36      2592
自燃温度*   D2155/E659  51794     --   3988   IEC247
体积电阻   D1169(修订)   --     --    --        IEC60247
氯含量    X射线荧光或微电量测量技术 IP510.04
矿物油含量  薄层彩光折射或红外分光法
颗粒度*
自动粒子计数器  F661    --      --     --  DEF STAN 05-44                              and 05-46 IEC970   
重力法     F313    51592     --     --  SAE ARP 785
显微镜法    F312     --      --     --  SAE ARP 598A
                                     --    -- Conpar IEC970
氧化安定性         51373          FTMS 5308.6(mod)  
水解安定性   2619(修订)  --       --     --   MIL-H-19457D
金属含量    2788(修订) 51431(修订)  288(修订) --   --


*按颗粒尺寸分布对污染水平分级是通常做法。允许使用标准有ISO4406、NAS1638、SAE ARP749D(也称为SAE A-6D)和STAN05-42。

*自燃温度的检测方法不同,结果相差很大.ASTM D2155和E659法,检测结果相差约8%左右。

 

矿物油含量

小量(<0.1%)矿物油的存在会对磷酸酯抗燃油的发泡和空气释放性质产生不利影响。而大量(>4%)的存在则会降低抗燃油防火性能和氧化安定性,而且某些矿物油中的添加剂会对电阻产生不利影响。

金属含量

酸性分解产物会在抗燃油调整系统中与过滤器中的颗粒发生反应,或使金属系统部件发生腐蚀,有时会形成可溶性或不溶性的不完全磷酸酯金属盐。特别是镁和钙盐,可能促进发泡和增加空气释放值;铜盐会加速氧化和水解。

抗燃油的调整

为保证抗燃油长寿命,必须保持抗燃油清洁干燥和低酸度。对磷酸酯抗燃油来说,这通常是靠过滤器和/或真空脱水达到的。这种设备最好是系统的固定组成部份,但也可以用移动式装置分批对抗燃油进行调整。

过滤器的容量应该与系统中抗燃油的容积相匹配。当每小时抗燃油的循环体积为5-10%时,过滤器中的吸收剂与抗燃油的重量比为1.5-3%是合适的。如果过滤器过小,显然难以维持需要的低酸度水平。

所有颗粒过滤系统均应在颗粒过滤器后面紧接着装一个0.5μm的细过滤器,以防止可能有细颗粒扩散到整个系统中去。仅管如此,细小的颗粒仍然会随抗燃油进入系统,影响系统的颗粒度指标。

尽管硅藻土已多年成功地用于调整磷酸酯酸度,但在把这种颗粒与烷基化酚为基质的合成磷酸酯共同使用时发生了一些沉积问题。沉积物的出现总是与抗燃油酸度高以及硅藻土中碳酸盐含量高相联系的。高酸度会造成不溶性的复合磷酸酯,并通过与硅藻土中碳酸盐成分发生反应而生成可溶性或不溶性的钙盐和镁盐。因为硅藻土是天然产物,它的成分是不稳定的,有时高碳酸盐含量是不能避免的。活性氧化铝是一种合成的成分固定的产品,使用它就可能解决上述问题。

有酸存在时,抗燃油的水解是自催化的,因此使酸度值尽可能低是重要的。建议酸度值不应比透平制造厂规定的极限高出0.1mgKOH/g。通常这意味着最大酸度值为0.2mgKOH/g。当超过极限且酸度呈现出稳定增加的趋势时,就应更换除酸过滤器。另一种办法是定期(例如每6个月)更换过滤器,其前提是在两次装填之间酸度能得到控制而且不超过规定极限。含水量高就需要更频繁地更换滤芯,因此应该尽快地找出发生不正常数值的原因。

过滤器也可能被微粒堵塞,如果过滤器压降超过了制造厂的推荐值(通常大约2bar)就应该更换过滤器。

因为硅藻土或活性氧化铝暴露于大气时会很快吸收湿度,备换过滤器最好应该在气密的塑料袋中储藏。在临用之前应将过滤器在110℃环境下烘干12小时以上,但烘干后的过滤器如果在常温下放置1小时以上,它还会迅速地再吸收湿度,因此备换过滤器应在干燥箱内冷却至20-30℃立即装到过滤设备中去。

湿的过滤器不仅在去除分解产物方面效力低,而且还可能把水分释放到抗燃油中去,从而促进水解。

当停机而将抗燃油冷却时,油箱中会产生凝结水,从而导致抗燃油水解。当停机时间超过一周时,建议如果可能的话,每周将抗燃油调整一段时间(至少全部抗燃油能通过除酸和除水过滤器一次),油箱通气口在这段时间也应该投入运行。若停机时间过长,大约每个月应该使控制系统动作一次以便用抗燃油冲洗一次阀门。每隔一定时间(例如4周)应取一次抗燃油油样样检查酸度,以保证不超过警告极限值。如果不能使抗燃油通过过滤器进行循环,也应该按相同的时间间隔取样分析。如酸度升到0.2~0.3mgKOH/g,应尽快开始调整以便在抗燃油恢复运行之前将酸度值降到警告极限值以下。如果酸度值超过0.5mgKOH/g,可能难以甚至不可能再将抗燃油酸值调整到正常水平,就不得不换油。在这些情况下,应该就抗燃油是否还能使用征求抗燃油供应商的意见。

由于酸性分解产物与硅藻土或氧化铝(可能性要小得多)的化学反应有可能生成金属盐,应按一定时间间隔监测金属盐的含量。

某些过滤器可能会从抗燃油中除去一定的添加剂,例如防泡剂。当抗燃油性能不满意时,建议用户向抗燃油供应商征询是否应该恢复添加剂的含量。


抗燃油品质的警告极限

表1中对最重要的运行参数给出了一系列极限值。这些值是指导性的,仅应在没有制造厂或用户建议值时使用,或是与它们一起使用。表中已假定,一旦发现可能由于非正常条件或系统故障而引起的问题,立即进行研究查明可能的原因。在故障已经纠正而且确定抗燃油已能满意地连续运行之前,应频繁地检查抗燃油质量(必要时每天进行)。

储存

德石油倍可抗燃油是装在桶内供应的,每桶净重230KG。桶内有衬漆以尽量减少微粒污染,应该当心搬运以防止损坏内衬。桶应在室内存放,最好在恒温、清洁、干燥的环境中。空桶也应放在同样条件下存储,以备用来接从系统中放出的抗燃油。

由于存放条件的不同,可能由于水解而发生缓慢的酸性增高。因此如果抗燃油存放超过一年,随后应每3个月进行一次质量检查。在取样后立即把桶重新封好。

通常,使用酸度稍高的少量(例如不超过10%)的抗燃油作补给不会明显改变抗燃油的平均酸度,是可以允许而没有危险的。但要更换全部抗燃油时,使用前应做好检查。如对其是否适用有疑问,应向设备制造厂或抗燃油供应商进行咨询。

损坏的桶应小心搬运,在发生泄漏时,应该用沙子或锯末将抗燃油吸收并作为固体垃圾处理掉。

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