汽轮机电液调节系统（EHC）磷酸酯抗燃油的使用

        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。