新型磷酸酯抗燃油再生滤芯在某核电厂的应用

刘昊

摘  要：EH油系统油脂劣化会对机组安全运行产生显著危害，某核电厂在实践过程中对磷酸酯抗燃油再生滤芯进行了改型优化，本文对改型过程和应用效果进行分析研究。

1 引言

由于燃点高，相对矿物油更加安全，磷酸酯抗燃油在大型发电厂中应用广泛。它具有低挥发、抗燃、耐磨等优点，但是和矿物油相比，也存在价格高、抗氧化安定性、抗水解安定性差等缺点，导致其在机组运行过程中容易发生油质劣化，进而可能严重影响机组安全稳定运行。因此，国内外的主机厂都会为EH油系统配备净化再生系统，以提升抗燃油的使用寿命。本文基于国内某核电厂的实践经验，对目前大型发电机组抗燃油的主流净化再生方式进行对比分析。

2 系统综述

该核电厂汽轮机调节油系统随主机由上海汽轮机厂供货，采用西门子的设计标准，针对高压缸进汽阀和两个低压缸的进汽阀，采用三套完全独立且设备组成基本相同的控制油回路（三套回路简称为EH1、EH2、EH3），每套控制油回路包括控制油部分和循环净化冷却部分。每个EH组合油箱均设有一个循环净化再生回路，控制油再生装置（GFR0115/2115/3115KI）的原始设计如下：每个控制油回路系统均配有一台控制油再生装置，通过离子交换器及分子筛的作用，将控制油中的离子和水分去除掉，实现控制油品质的再生。再生装置的滤芯由美国UOP公司生产的分子筛和美国罗门哈斯生产的离子交换剂混合装填而成。分子筛和离子交换剂需要单独采购，填充量和填充比例需要人为控制。

3 改进过程

磷酸脂抗燃油（EHC）的抗燃特性和高温稳定性使其在电厂广泛应用，但使用中会产生酸性物质、水解、降低电阻率和产生颗粒等，需使用专门过滤净化设备处理。国标规定抗燃油运行时：酸值（mg KOH/g）<0.15，水含量（ppm）<1000，电阻率（G-Ohm-cm）>6.0，颗粒度满足Has6级。该核电厂位于南方临海城市，空气湿度、盐分较大，但设置有足够容量的空气呼吸器，具备除湿能力。自从1号机组调试以来，陆续多次出现GFR系统水分含量异常升高的情况。

表1 5  台机组抗燃油系统水分异常情况统

对此，笔者参与的项目组第一时间开展了原因分析，收集到了一些相关信息，经过分析和对比排查，并查阅维护记录，多次再生装置更换新填料后均监测到EH油系统水分突然升高，主要原因可能为AMBERLYST A-21树脂有水分析出。考虑到湿式树脂除酸同时析出水分的固有缺陷，项目组开始着手考慮再生装置滤芯的适宜性问题，并对行业内较为先进的干式滤芯进行了调研。对于磷酸脂抗燃油（EHC）的净化，当今世界己使用的主要几种处理介质介绍如下。

硅藻土（FULLER'S EARTH）：早期产品。Nugent 30-150-207硅藻土滤芯在我国还广泛使用。其酸吸收效率是0.59克分子酸/升，效率低。硅藻土含有大量的游离金属离子，会催化抗燃油分解缩短使用寿命，也会造成磷酸脂抗燃油系统的电阻率下降。游离金属离子和磷酸脂抗燃油发生化学反应产生多聚磷酸脂及复杂的磷酸盐衍生物，此衍生物以凝胶状析出造成侍服阀卡塞和滤器堵塞，还会使抗燃油各项泡沫性能劣化。还会出現破碎问题。改性活性氧化铝（SELEXSORB GT）：酸吸收效率是1.17克分子酸/升，是硅藻土的一倍。是由阿克苏诺贝尔公司和美国铝业公司联合研制的专利产品，专门用于磷酸脂抗燃油的再生脱酸。有效成份相对稳定，不释放游离纳离子和氧化铝颗粒。活性氧化铝的颗粒十分细小而且硬度极高，经过专利手段固化。GE发电设备常用的技术产品。离子交换树脂（Ion Charge Resin）：酸吸收效率是3.71克分子酸/升，约为硅藻土的6倍。工作时不会释放出金属离子。离子交换树脂又有两种，一种称为湿式离子交换树脂，在除酸的过程中会放出水分。吸收1克分子的酸，同时会放出1克分子的水，产生胶状物。因此需要一台真空除水机同时工作。再一种称为干式离子交换树脂（Dry Resin）。在除酸的过程中不会放出水分，不产生酸性凝胶状多聚磷酸盐，还可以提高电阻率，这是当今世界上可用于工业领域最新的产品。下图是HILCO干式离子交换树脂滤芯之一。此型号滤芯可以直接替换Nugent 30-150-207硅藻土滤芯。不用对原装置做任何变动。无需设备改造费用。长度为819mm，外径165mm含8磅树脂。

据了解， 哈尔滨汽轮机厂己使用HILCO干式离子交换树脂多年，己是该厂EHC系统的标准配置滤芯。东汽近3年也使用了HILCO干式离子交换树脂滤芯，滤芯长18英时，外经7.28英吋，含6.5磅树脂。

针对该核电厂控制油再生装置的优化替代，对于干式和湿式这两种滤芯的关键参数，对比分析如下：旧型号滤芯为上海电气配套产品，型号为分子筛[MOLECULAR SIEVE 4A]+离子交换剂[AMBERLYST A-21];新型滤芯选择HDTech（德国海泰克）产品，型号为 HP-RE-Dron-45，新型滤芯是根据原始物项外形尺寸专门制作的，安装尺寸完全相同，适用与现场。原始物项包含分子筛和离子交换剂，离子交换剂通过中和反应去除抗燃油中的酸（酸吸收效率为3.71克分子酸/升），并产生水分，分子筛用于吸收水分，但从实际运行效果看抗燃油中水分含量长期偏高，影响系统运行;新型滤芯包含干性离子交换树脂，通过吸附方法去除抗燃油中的酸（酸吸收效率为3.71克分子酸/升），并且除酸过程不产生水分，能有效地解决抗燃油中水分偏高问题。新旧型号滤芯除酸效率相同，深圳某核电厂的试用结果表明替代物项在除酸、提高体积电阻率方面，效果较为明显。在降低空气释放值、改善泡沫特性、清除油泥方面也会起一定的作用。该核电站所用抗燃油为阿克苏诺贝尔公司生产，较其它主要品牌抗燃油酸值更低，表明其该项性能更优。基于上述分析，2016年6月，从2号机组开始，项目组陆续对电厂的EH油系统再生装置滤芯进行了换型，新型号滤芯为干性离子交换树脂滤芯HP-RE-Dron-45。

4 改进效果

根据电厂维护记录，查询了1-5号机组所有水分异常数据，并根据滤芯更换时间进行分段，对比情况见下表。可以发现更换为干式滤芯后，水分控制有明显好转。

5 结论

水分和酸值对磷酸酯抗燃油劣化的影响最为显著，通过对硅藻土、改性活性氧化铝、离子交换剂三种净化介质的对比，离子交换剂性能明显最为优越。而通过该核电厂实践和数据可以证明，相对于湿式离子交换剂而言，在除酸能力基本一致的情况下，干式离子交换剂的水分抑制能力明显更优。

参考文献

[1]  邓素华.论汽轮机磷酸酯抗燃油电阻率超标的防范措施[J].中国高新技术企业，2017（05）：40-41.

[2]  张再琴，韩秀峰，宋春然，史雯.火电厂抗燃油再生处理[J].内蒙古电力技术，2012，30（06）：99-102.