关于抗燃油微自燃现象的研究

关于抗燃油微自燃现象的研究

陈建东 1 周文胜 2 陈涛 3 陈翔 4

1：中国华电集团公司福建分公司，福建福州， 350000

2：福建华电永安发电有限公司，福建永安，366000

3、4：福建弗洛泰克科技有限公司，350001

摘要：抗燃油的降解机理有氧化、高温降解、外来污染（水解、历史污染物、外来的化学物）三种大类。其中高温降解被认为是非主要因素，但在实际油质监督过程中发现，抗燃油中混入的气泡没有及时释放在受到绝热压缩后气泡会坍塌爆炸并产生高温，极高的温度会降解抗燃油产生直径为亚微米的碳灰颗粒，这个过程被称为微自燃（micro-dieseling）现象。并且该现象不是个案有一定的普遍性，需要引起行业重视。

关键词：微自燃 抗燃油 油泥 漆膜

一、概述

华电福建分公司在开展抗燃油漆膜油泥专项课题研究过程中对抗燃油漆膜油泥增长趋势的指标MPC（漆膜倾向指数）进行长期观测，发现有部分机组的MPC值在使用能够将强酸、弱酸、烷基酚以及溶解态金属离子一并除去的特种树脂（Endure IX）来做清除媒介的情况下依然维持在高位。经过更深入的研究发现抗燃油中混入的气泡没有及时释放在受到绝热压缩后气泡会坍塌爆炸并产生高温是导致这一现象的根原因，这个过程称为微自燃现象。高温降解因素并不是过去认为的不常见、非主要降解因素，在气泡控制不得当的情况下是普遍存在的。

2. 微自燃现象研究

微自燃（micro-dieseling）是由气泡受到绝热压缩后坍塌爆炸所产生超过1000℃高温的一种特殊现象。该现象会使油碳化，产生直径为亚微米的碳灰颗粒。并加剧油降解生成油泥、漆膜最终导致伺服阀卡涩等设备故障。并且该现象所产生的物质无法通过机械过滤等常规方式清除，需要采用针对性的解决方案。

2. 1. 微自燃产生的原因

用通俗的话来说，微自燃是压力引起的热降解。气泡将从低压或负压区域过渡到高压区域，并通过绝热压缩而达到非常高的温度（超过1000℃）高到足以使气泡界面处的油碳化，从而导致碳副产物（油泥和漆膜）以及增加的油降解（氧化）。发生微自燃现象的根本原因是泡沫，如果可以控制气泡数量，则可以控制微自燃。，这过程就称为微自燃现象

一般情况下，液压泵中施加于抗燃油上的压力是低于抗燃油中溶解气体（通常是空气）的饱和压力。如果气泡通过较高的压力区（如在泵的排放侧），它们将剧烈破裂。会引起例如：振动，噪音，表面损坏等潜在故障，这些气泡在泵的加压侧是绝热的压缩（在压力增加的纳秒内，流体和气泡之间没有太多的热量交换，）。

微自燃会导致油的高温降解，更高的操作温度，压力尖峰，液压泵及其它部件的腐蚀。

2. 2. 气泡来源

油中气污染的3种状态

• 溶解的空气——空气完全溶解在油中，看不到（无混浊）。

• 夹带的空气——油中不稳定的微小气泡。

• 自由空气——在死角，高处和竖管中困有空气。

2. 微自燃现象检测及处置措施

3.1.微自燃判定

微自燃现象所产生的碳灰颗粒是无机物，并且直径非常小，通常小于1μm，检测方式是以漆膜倾向指数（MPC）为主，结合其他指标综合分析。例如，金属元素分析，颗粒物等级，空气释放值等。

首先，将油样经过MPC检测流程制出标准膜片，取值后再用使用异丙醇彻底冲洗膜片，再次取值，如果MPC值变高，膜片颜色变深变黑，则证明存在不容的有机污染物，然后结合金属元素分析（除了磷元素以外没有其他元素）、颗粒物等级（4/6/14 微米的颗粒等级），空气释放值（大于5min）等指标，即可确认存在微自然现象，即系统中有气泡被吸入在受到绝热压缩后剧烈燃烧，坍塌，局部高温致使油液产生直径小于1μm的碳灰。

3.2.减少气泡的产生

需要有效的控制微自燃现象就需要减少混入油液中的不溶空气，空气的释放值需要在5min以内。要将空气释放值维持在一个良好水平就需要有效控制降解物的含量，及时清除相对强酸（stronger acid），羧酸（自由基，weaker acid 相对弱酸，即漆膜、油泥），以及各种游离太金属离子，Ca, Mg, Na, Al等。因为溶解态的油泥、漆膜会捕捉气泡使它们不被释放，进而将气泡带入高压区发生微自燃现象。

3.3.检测微自燃降解物

所检测的指标不仅仅是抗燃油水解所产生的相对强酸，还需要对水解生成相应的烷基酚进行监测，烷基酚降解后会产生羧酸，它们都是相对弱酸。烷基酚检测方式是Ruler，遵循ASTM D6971标准。羧酸会产生漆膜胶质物，检测方式是MPC，遵循ASTM D7843标准。检测这些指标有助于保持空气释放值在一个良好水平。在检测MPC的基础上，使用异丙醇对MPC检测膜片进行冲洗，对冲洗后的膜片进行MPC测定可以对微自燃所产生碳灰的量进行一定程度上的定量，用于判断系统中微自燃状况。相应的控制措施到位后，需要定期跟踪酸值、水分、颗粒度，空气释放值、RULER、MPC等检测结果。

3.4.清洁并维持油质

除水成为维护抗燃油的关键环节，需要将水分长期维持在200PPM以内，除水需要主动除水/防水进入，真空除水是被动除水，是水进入后，再除，实际上已经有部分水与抗燃油发生水解了，相当于往抗燃油中倒入一杯水再用真空脱水除去。通过改造采用超干气体物理除水技术方案，该方案不与油接触，没有活动部件，不需要通电，基本实现免维护，实现将水分长周期的控制在200PPM以下，有效控制了抗燃油的水解过程。

抗燃油中降解物的清除需要选择能够将相对强酸、相对弱酸、烷基酚以及溶解态金属离子一并除去且没有任何副产物释放到抗燃油系统中的过滤媒介。采用硅藻土、强极性硅铝、离子树脂等材料为滤媒的技术方案只能除掉强酸，而除不掉溶解态的弱酸和烷基酚，同时强极性硅铝会释放溶解态的金属离子（Ca, Mg, Na, Al），这些金属离子会与酸发生反应生产金属皂（胶质物），金属皂也很容易堵滤器和卡伺服阀。因此，需要采用正确的清洁方案将相对弱酸、烷基酚控制在一个较低水平。

对于微自燃所产生的直径小于1μm的碳灰颗粒，需要采用专业抗燃油碳灰清洁设备，依据异性相吸的原理，利用油与水、胶质杂质、机械杂质等杂质粒子的Z电位的不同，当杂质粒子随油液流动至高压电极板之间时，即迅速泳向相反电极方向，并附着在电极板之间的积尘滤材上。同时，在静电力的作用下，附着在积尘滤材上的杂质粒子，还可以像磁场中的铁屑一样，又去吸引其它的杂质粒子。其分离原则与污染物的大小无关，只与被分离物体的电位有关。

五、结语

微自燃现象不仅仅局限于抗燃油系统中，只要润滑油系统中的气泡不能够及时释放就会在压力的作用下产生绝热压缩过程从而发生微自燃。

气泡过多的原因总结起来有设备和油质2方面。

与设备相关：漏气、密封不严、油管吸入空气、机械运行中搅动卷入空气、油箱设计不当、油在油箱里停留的时间不足、润滑油的喷溅速度过猛等等。

与油质相关：油的黏度较大，油温降低（也会使润滑油黏度增加）、润滑油受到污染（水、其他油类、液体、化学物质、杂质等）、润滑油氧化变质（油随着使用劣化）、添加剂被消耗——润滑油受到污染会造成添加剂过早耗尽，另外，还可能发生抗泡剂被滤芯滤掉的情况。

在实践中，通常是多种原因造成泡沫过多，因此需要全面的分析。重点是减少空气进入系统特别是高压区，由于不可避免的空气会进入油系统，保持空气释放值在较低水平就非常有必要，要保持油质在良好状态，控制水分解及时清除弱酸等降解物就非常有必要了。

参考文献：

《电厂抗燃油弱酸检测的重要性》        浙江能源

《润滑油品质对压缩机轴温的影响和消除措施》 乙烯工业

《关于 EH 油 MPC 及 Ruler 指标应用的研究》 电力系统装备

《利用中空纤维薄膜材料主动去除 EH 油中水分》 电力系统装备

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