中滤过滤-离子交换技术在EH再生系统中的应用

细节

一、抗燃油酸值劣化的原因
磷酸酯抗燃油广泛应用于高参数的发电机组以及其它工业领域中。它是以芳基/烷基磷酸脂为基础的合成液，有极其良好的润滑、抗氧化、阻燃等特性。但是在有微量水分存在时，油液在高温运行下容易分解，反应往往从P-O键或C-O键的断裂开始，并形成磷酸、单价酯和二价酯等产物，这些产物均为较强的酸、酸会进一步加剧油脂的分解，使得油液的酸值劣化。高酸值的油液会腐蚀液压设备，析出杂质，导致伺服阀卡涩，造成调节系统失灵。
二、硅藻土再生系统存在的问题
目前，绝大多数用户采用硅藻土或活性氧化铝等材料降低油液的酸值，但这种传统的方法存在不足之处：
1、硅藻土中含有钙、镁等离子，会与油液水解的磷酸酯产物发生反应，形成胶状态的皂化物，堵塞过滤器及调节机构；
2、硅藻土是天然产物，不同批次的产品存在化学成分的差异，使用时存在不可预测性；
3、硅藻土本身含有细微的颗粒，运行不当时会直接进入油系统；
4、硅藻土或活性氧化铝仅能恢复微量的酸值，对严重劣化的油品，如酸值超过0.5mgKOH/g，处理能力极其有限；
5、硅藻土处理的油量较少，需要频繁更换，费用比较高。
离子交换树脂是PALL（颇尔）公司和FMC（大湖）公司于二十世纪八十年代共同研制开发，为满足欧美市场油液处理的环保要求：废油的处理费用非常高。离子交换树脂处理技术用于降低油液酸值和提高油液电阻率，该技术首先应用于美国Grand Gulf核电项目，并取得了良好的效果。
目前在国内，上海汽轮机厂的EH油液再生回路已采用离子交换树脂作为标准的应用技术。离子交换树脂是一种人工合成物，呈米粒状，具有稳定的物理、化学结构。可以选择不同类型的树脂：弱碱阴离子树脂（用于降低EH油液的酸值）、强酸阳离子树脂滤芯（用于去除EH油液中的金属离子，以提高电阻率）。弱碱性阴离子树脂具有永久性的碱性功能团，能与酸发生反应，并具有良好的吸附效果。离子交换会产生微量的水分，而且树脂本身含有一定量的水分，新的树脂含水量高达50％以上。因此，离子交换装置必须和脱水设备共同使用，一般采用高效真空式脱水装置，以降低油液中的含水量。PALL高效真空式滤油机能去除100％的游离水和80％以上的溶解水。

离子交换树脂过滤优点：	硅藻土/氧化铝过滤缺点：
1、不会生成不溶性的磷酸酯皂化物，滤芯不会泄漏；	1、效率低、易泄漏、易凝胶；
2、提高电阻率明显；	2、提高电阻率不明显；
3、稳定的理化性能，处理能力强；	3、化学成份不固定，颗粒尺寸不一；
4、降酸速率快；	4、降酸速率缓慢；

四、离子交换树脂再生系统的应用效果
4.1 对比试验情况
表一详细说明了在降解的磷酸酯抗燃油上分别采用了传统硅藻土和离子交换树脂处理的测试结果。在每次测试中，当酸值停止下降时更换固体吸收物，同时测试油液的性能。采用离子交换树脂方法比硅藻土方法在开始阶段的酸值变化就呈现了明显的差异。另外，离子交化树脂处理方法也有效地降低了金属离子含量，从处理前的90mg/L降到处理后的18mg/L。而采用硅藻土处理前后的金属总量没有明显的变化。

表一硅藻土处理和离子树脂处理磷酸酯抗燃油的参数对比

特性参数	使用过的油液	硅藻土处理					离子树脂处理
特性参数	使用过的油液	286hr	505hr	839hr	962hr	258hr		748hr	793hr	912hr
电阻率×10¹⁰ （Ω•cm）	0.26	0.09	0.17	0.16	0.20	0.30		0.46	0.75	1.80
水分％（m/m）	0.10	0.04	0.03	0.02	0.02	0.08		0.04	0.04	0.03
酸值（mgKOH/g）	0.40	0.26	0.19	0.18	0.13	0.07		0.05	0.03	0.01
Na(mg/L)	4	12	15	17	19	2		1	1	1
Al(mg/L)	13	18	20	18	21	5		2	3	3
Ca(mg/L)	22	19	18	17	16	6		5	4	4
Mg(mg/L)	38	33	32	30	27	10		8	6	7
Fe(mg/L)	10	10	11	10	10	3		3	3	2
Cu(mg/L)	3	2	2	2	1	2		1	1	1

上述劣化较为严重的抗燃油采用离子树脂处理后，水分和酸值两项主要指标均远远优于运行中抗燃油质量标准：水分0.1％；酸值0.20mgKOH/g。
4.2 现场的应用情况（厦门嵩屿电厂）
厦门嵩屿电厂自2001年底，在1号机组采用了离子交换——真空脱水处理技术，从半年的运行监测观察，该处理工艺能明显也改善抗燃油品质。图一为嵩屿电厂1号机抗燃油的油质变化情况。
图1 嵩屿电厂1号机抗燃油采用离子树脂——真空脱水技术后的油质变化情况

五、离子交换树脂替换硅藻土的应用实例
目前离子树脂技术应用于EH再生回路有以下几种形式：
1、使用HRP020（滤油机）：即PALL离子树脂再生装置和真空式滤油机配合使用，原有的硅藻土回路停用；
2、已有离子再生回路：常见于上汽机组的EH系统中已配置了离子再生回路，只需配置真空式滤油机即可；
3、只有硅藻土再生回路：可以用PALL离子再生回路替换硅藻土回路，同时配置HNP021真空式滤油机；
4、已有硅藻土再生回路和真空式滤油机：只需用PALL离子再生回路替换硅藻土回路即可。
杭州华电半山发电有限公司于2006年11月，在5#机组（上汽125MW机组，新华EH1000型油系统，使用阿克苏诺贝尔抗燃油）改造了硅藻土再生回路，通过使用PALL离子交换树脂和真空滤油机处理方法成功的恢复了劣化的油液，获得了厂方的好评。

5.1 订货资料：
1、离子交换装置过滤型号：      PFS8370R3KP
其中包括：离子交换过滤器：   HZ8370F48**XBB-YC03
            拦截过滤器：       HZ9020C12**SBM
            电机：             1200662
            再生泵：           1204302
滤芯备品：
阴离子滤芯：      HC0653FAG39Z(隆酸值)
阳离子滤芯：      HC0653FCG39Z（提高电阻率）
拦截滤芯：        HC9020FKP8Z
2、高效真空滤油机型号：       HNP021R3KPZC

5.2 系统流程结构图：

5.3 图片实例
图一、原有的硅藻土再生回路

油质变化情况
投用PALL离子树脂和真空式滤油机后的抗燃油油质变化情况：

六、使用离子交换处理技术的相关事项
如何安排离子树脂的运行方式？
在酸值或电阻率不合格的情况下，强烈建议连续投运离子树脂和真空式滤油机，以获得最佳的处理效果。单支离子树脂过滤器的设计流量为1.5L/min。对于600～1500L的油箱容量。
在酸值或电阻率合格的情况下，可以停运离子树脂，也可安排定期投用，比如：每月安排投用8小时。

离子树脂使用后的衍生物有哪些？有何处理方法？
该树脂不能按常规水处理树脂的工作原理对比，无论是阴离子还是阳离子，其唯一衍生物只有水。
使用PALL真空式滤油机，可以作为去除水分的方法。在没有脱水设备的情况下，PALL公司建议不能单独使用离子树脂过滤器。

离子交换树脂滤芯的使用寿命？
可参考如下实验数据：单支滤芯能将800L的抗燃油从0.35mgKOH/g降低到0.1mgKOH/g。

如何判断滤芯的失效？
该滤芯的失效没有报警装置。当化验结果表明酸值没有明显下降或电阻率没有明显上升，即可判断该滤芯已经失效。

使用离子树脂滤芯对油温有何要求？
使用树脂结构的不同，其热稳定性有所不同。弱碱阴离子树脂适合20～80

中滤过滤-脱酸滤芯

4.20