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如何监测和维护磷酸酯液?

发布日期: 2024-02-29
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过去60年来,磷酸酯流体已用于控制数千台蒸汽轮机。有了如此多的用户经验,人们就会认为他们的操作挑战将得到很好的理解,并且发电厂将能够轻松地保持这些流体的质量。相反,磷酸酯液往往是大多数润滑方案的致命弱点。



【降解模式】

磷酸酯液体的主要降解方式是水解和微柴油化。这些流体还可能由于氧化、热降解和金属皂的形成而降解。汽轮机电液控制 (EHC) 系统中磷酸酯流体降解的原因和影响


【水解】

水解是磷酸酯最常见的降解来源。高工作温度、间歇性蒸汽泄漏和流体的吸湿性提供了有利于水解反应的理想环境。操作温度下磷酸酯的饱和极限约为水的百万分之 3,000 5,000(ppm)。在水解过程中,液体产生较强和较弱的酸。较强的酸经历一系列反应,形成随后的磷酸衍生物和烷基酚。

温度、水和流体是控制水解反应的三个主要参数,其中水的消耗是限制因素。这些反应是自催化的,并在100120摄氏度的较低持续温度下引发。因此,建议保持水含量低于500ppm酸值低于每克 0.2 毫克氢氧化钾 (mg KOH/g)


【微柴油】

微柴油涉及当夹带的气泡通过高压泵时对其进行压缩。破裂后,气泡会释放大量热能,从而导致8001,000 摄氏度的高温。这些温度会将磷酸酯液体分解成其组成分子,并导致液体变黑。在某些情况下,微柴油可能会导致烟灰和不燃烧产物的形成。

烟灰颗粒为碳质、黑色且尺寸为亚微米。它们可能会保持悬浮状态或在系统内部形成沉积物和清漆。这些颗粒有可能堵塞伺服阀,从而导致严重的可靠性问题。烟灰颗粒的存在也会影响除酸介质的性能和流体的电阻率。因此,监测液体的颜色至关重要。


【磷酸酯金属皂】

EHC 系统用户经常采用传统的除酸介质技术(例如漂白土)来更快地去除酸。该技术可浸出各种金属,如铝、硅、钙、钠和镁。因此,监测流体的元素分析非常重要。浸出的金属与流体中的酸反应形成肥皂

金属皂可以是碱性或中性的。它们通常是不溶的,但根据流体的状况可能会溶解在流体中。生产时,这些肥皂往往会沉淀并在系统中形成沉积物。它们还会影响流体的电阻率和其他性能特性。

在最初应用离子交换技术时,使用漂白土的系统通常会出现电阻率下降的情况。电阻率降低是由于从系统中去除了金属。采用离子交换树脂等现代除酸介质技术,可以消除现有的浸出金属,并避免流体中金属的进一步浸出。


【状态监测】

主动的状态监测计划对于成功维护磷酸酯液体至关重要。针对这些类型液体的传统油液分析报告无法提供有关使用中液体健康状况的重要信息。建议使用更新的或非传统的测试方法来主动监测液体的健康状况。酸滴定曲线、线性扫描伏安法和膜片比色法(MPC) 有效的测试方法


【酸滴定曲线】

酸值测试 (ASTM D974) 通常用于测量使用液体的酸值。在此比色测试中,颜色变化决定终点,这使得深色样品的测量变得困难。此外,该方法仅测量较强的酸,而不测量羧酸(有机清漆)或较弱的酸(烷基酚)。建议改用 ASTM D664 测试,该测试可测量更广泛的酸并提供总酸值 (TAN)。除了测量所有类型的酸外,该测试方法不受液体颜色的影响,减少了错误的数量。 D664 设备也是自动的,与 D974 测试相比,消除了操作员造成的任何偏差。由 D664 测试方法生成的酸滴定曲线如图 1所示。

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(图 1. 新的、受污染的和使用中的磷酸酯液体的酸滴定曲线)



【线性扫描伏安法】

根据 ASTM D6971 线性扫描伏安法广泛用于监测透平油的抗氧化剂。对电解池中的流体样品进行线性扫描,生成伏安图。同样,该测试方法可用于监测水解和热降解过程中产生的烷基酚。对于涡轮机油,该方法显示抗氧化剂的消耗,但对于磷酸酯,它可以揭示流体降解产生的污染物的增加。线性扫描伏安法对烷基酚非常敏感,测量浓度低于 100 ppm。因此,它是检查磷酸酯流体中水解和缩合反应的方法。


【膜片比色法】

发电行业通常使用膜片比色法 (MPC) 来测量清漆电位。类似的方法也适用于磷酸酯液体。该方法涉及将 50 毫升样品与 50 毫升溶剂混合。混合后,流体混合物穿过纤维素酯贴片。测量色块表面的颜色会产生“delta E"值。颜色越高,清漆潜力越高。

观察 MPC 贴片上的颜色可以提供有关流体的更多信息。例如,黑色斑块可能表明系统中形成了烟灰。深棕色斑块可能表明在非常高的温度下形成的不燃烧产物,而绿色斑块可能表明铜的浸出。只需使用少量样品进行测试并用极性溶剂冲洗贴片,即可从 MPC 贴片收集更多信息。然后可以在显微镜下识别烟灰或有机清漆的存在。


【测试频率和限制】

1显示了监测磷酸酯液体的推荐操作限值。主动管理流体有助于降低长期维护成本并延长机器的使用寿命。其他测试,例如粘度、氯化物、颗粒计数、空气释放和起泡,可以进一步了解流体和系统的健康状况。

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1. 推荐的磷酸酯液体状态监测测试方法及其报废限值)



【污染控制】

静电过滤除酸介质和空气膜干燥 不同的污染控制技术通常用于去除磷酸酯液体中的降解化合物或污染物。图 2 显示了这些技术及其目标应用。


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2. 推荐用于去除特定污染物的不同技术)



【静电过滤】

采用静电过滤技术去除烟灰和不燃烧产物。它的工作原理是电泳和介电泳。电泳是分散粒子在空间均匀电场的影响下相对于流体的运动。介电电泳是非均匀电场对介电粒子施加力的现象。空间均匀电场使粒子带电。带电粒子聚集,过滤器去除粒子。



【除酸介质】

离子交换介质技术是一种处理在用磷酸酯液体以减少酸度的现代方法。与漂白土介质等传统技术相比,离子交换技术具有多种优点。离子交换处理可去除多种类型的污染物,包括强酸(磷酸衍生物)、弱酸(烷基酚)、有机可溶清漆(羧酸清漆)、金属皂和一些聚磷酸盐凝胶。此外,离子交换介质可以恢复流体的电阻率。

不同的介质组合显示出不同的酸去除率和酸饱和率,具体取决于磷酸酯流体的状况。有些介质仅去除较强的酸,而另一些介质则主要去除较弱的酸。因此,使用定制的混合介质非常重要。酸滴定曲线可以作为通过识别酸的性质、吸附和酸饱和度来评估介质性能的有用工具。



【空气膜干燥】

在所有润滑系统中,保持油不受污染始终是一个挑战。在 EHC(电液控制)系统中,这一点仍然正确,并且具有最高优先级。在这些系统中,间隙通常小于常规系统。因此,至关重要的是,在污染物造成堵塞之前将其从润滑剂中清除,而堵塞最终可能导致意外停机。 虽然传统的过滤装置可以有效地用于润滑系统,但当涉及磷酸酯时,过滤的动力学会发生一些重建。这些应该在资产的整个生命周期内持续存在,但是,如果它们受到污染,那么它们的使用寿命就会缩短。磷酸酯很容易被水污染,因此必须确保这些液体不受任何水污染。

空气膜干燥器将干燥空气扫过EHC 储液罐的顶部空间。干燥空气通过传质降低流体的水分含量。空气膜干燥机可以有效地保持田间的低湿度,并且比真空脱水系统更便宜且维护成本更低。


(图3. 应用空气膜干燥器后水分含量降低)




天津联科思创采用创新技术,通过向储液器中引入稳定的清洁、干燥空气流来去除磷酸酯中的水分。它利用传质原理。当流体的湿度大于空气(顶部空间)的湿度时,水分子转移到干燥的空气中,然后流体变得干燥。这会激活储层呼吸,从而持续净化储层顶部空间并使其脱水,并从流体中去除水分。


LKAB系统用超干燥清洁的空气覆盖储层顶部空间。顶部空间的低压空气吹扫可以从流体中提取水分,并防止污染物进入流体。该系统安装成本低廉,没有移动部件或电气连接,并且不需要维护。



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【使用空气膜式干燥器可以带来多种好处】

去除油中溶解的水分

防止油库容量中形成冷凝水和铁锈

无需更换昂贵的干燥剂式呼吸器

通过去除水来减少酸的形成

最大限度地减少颗粒物或水通过水库入口进入的可能性



【维护磷酸酯液】

您现在应该更好地了解用户在管理磷酸酯液体时面临的最重要问题,以及为什么标准油分析测试可能并不总能识别某些问题。此信息还应提供测试磷酸酯状况的路线图以及建议的操作。



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