如何監測和維護磷酸酯液？

過去60年來，磷酸酯流體已用于控制數千臺蒸汽輪機。有了如此多的用戶經驗，人們就會認為他們的操作挑戰將得到很好的理解，并且發電廠將能夠輕松地保持這些流體的質量。相反，磷酸酯液往往是大多數潤滑方案的致命弱點。

【降解模式】

磷酸酯液體的主要降解方式是水解和微柴油化。這些流體還可能由于氧化、熱降解和金屬皂的形成而降解。汽輪機電液控制 (EHC) 系統中磷酸酯流體降解的原因和影響

【水解】

水解是磷酸酯最常見的降解來源。高工作溫度、間歇性蒸汽泄漏和流體的吸濕性提供了有利于水解反應的理想環境。操作溫度下磷酸酯的飽和極限約為水的百萬分之 3,000 至5,000份 (ppm)。在水解過程中，液體產生較強和較弱的酸。較強的酸經歷一系列反應，形成隨后的磷酸衍生物和烷基酚。

溫度、水和流體是控制水解反應的三個主要參數，其中水的消耗是限制因素。這些反應是自催化的，并在100至120攝氏度的較低持續溫度下引發。因此，建議保持水含量低于500ppm，酸值低于每克 0.2 毫克氫氧化鉀 (mg KOH/g)。

【微柴油】

微柴油涉及當夾帶的氣泡通過高壓泵時對其進行壓縮。破裂后，氣泡會釋放大量熱能，從而導致800至1,000 攝氏度的高溫。這些溫度會將磷酸酯液體分解成其組成分子，并導致液體變黑。在某些情況下，微柴油可能會導致煙灰和不燃燒產物的形成。

煙灰顆粒為碳質、黑色且尺寸為亞微米。它們可能會保持懸浮狀態或在系統內部形成沉積物和清漆。這些顆粒有可能堵塞伺服閥，從而導致嚴重的可靠性問題。煙灰顆粒的存在也會影響除酸介質的性能和流體的電阻率。因此，監測液體的顏色至關重要。

【磷酸酯金屬皂】

EHC 系統用戶經常采用傳統的除酸介質技術（例如漂白土）來更快地去除酸。該技術可浸出各種金屬，如鋁、硅、鈣、鈉和鎂。因此，監測流體的元素分析非常重要。浸出的金屬與流體中的酸反應形成肥皂。

金屬皂可以是堿性或中性的。它們通常是不溶的，但根據流體的狀況可能會溶解在流體中。生產時，這些肥皂往往會沉淀并在系統中形成沉積物。它們還會影響流體的電阻率和其他性能特性。

在最初應用離子交換技術時，使用漂白土的系統通常會出現電阻率下降的情況。電阻率降低是由于從系統中去除了金屬。采用離子交換樹脂等現代除酸介質技術，可以消除現有的浸出金屬，并避免流體中金屬的進一步浸出。

【狀態監測】

主動的狀態監測計劃對于成功維護磷酸酯液體至關重要。針對這些類型液體的傳統油液分析報告無法提供有關使用中液體健康狀況的重要信息。建議使用更新的或非傳統的測試方法來主動監測液體的健康狀況。酸滴定曲線、線性掃描伏安法和膜片比色法(MPC) 是有效的測試方法。

【酸滴定曲線】

酸值測試 (ASTM D974) 通常用于測量使用液體的酸值。在此比色測試中，顏色變化決定終點，這使得深色樣品的測量變得困難。此外，該方法僅測量較強的酸，而不測量羧酸（有機清漆）或較弱的酸（烷基酚）。建議改用 ASTM D664 測試，該測試可測量更廣泛的酸并提供總酸值 (TAN)。除了測量所有類型的酸外，該測試方法不受液體顏色的影響，減少了錯誤的數量。 D664 設備也是自動的，與 D974 測試相比，消除了操作員造成的任何偏差。由 D664 測試方法生成的酸滴定曲線如圖 1所示。

（圖 1. 新的、受污染的和使用中的磷酸酯液體的酸滴定曲線）

【線性掃描伏安法】

根據 ASTM D6971， 線性掃描伏安法廣泛用于監測透平油的抗氧化劑。對電解池中的流體樣品進行線性掃描，生成伏安圖。同樣，該測試方法可用于監測水解和熱降解過程中產生的烷基酚。對于渦輪機油，該方法顯示抗氧化劑的消耗，但對于磷酸酯，它可以揭示流體降解產生的污染物的增加。線性掃描伏安法對烷基酚非常敏感，測量濃度低于 100 ppm。因此，它是檢查磷酸酯流體中水解和縮合反應的方法。

【膜片比色法】

發電行業通常使用膜片比色法 (MPC) 來測量清漆電位。類似的方法也適用于磷酸酯液體。該方法涉及將 50 毫升樣品與 50 毫升溶劑混合?；旌虾?，流體混合物穿過纖維素酯貼片。測量色塊表面的顏色會產生“delta E"值。顏色越高，清漆潛力越高。

觀察 MPC 貼片上的顏色可以提供有關流體的更多信息。例如，黑色斑塊可能表明系統中形成了煙灰。深棕色斑塊可能表明在非常高的溫度下形成的不燃燒產物，而綠色斑塊可能表明銅的浸出。只需使用少量樣品進行測試并用極性溶劑沖洗貼片，即可從 MPC 貼片收集更多信息。然后可以在顯微鏡下識別煙灰或有機清漆的存在。

【測試頻率和限制】

表1顯示了監測磷酸酯液體的推薦操作限值。主動管理流體有助于降低長期維護成本并延長機器的使用壽命。其他測試，例如粘度、氯化物、顆粒計數、空氣釋放和起泡，可以進一步了解流體和系統的健康狀況。

（表1. 推薦的磷酸酯液體狀態監測測試方法及其報廢限值）

【污染控制】

靜電過濾、除酸介質和空氣膜干燥等 不同的污染控制技術通常用于去除磷酸酯液體中的降解化合物或污染物。圖 2 顯示了這些技術及其目標應用。

（圖2. 推薦用于去除特定污染物的不同技術）

【靜電過濾】

采用靜電過濾技術去除煙灰和不燃燒產物。它的工作原理是電泳和介電泳。電泳是分散粒子在空間均勻電場的影響下相對于流體的運動。介電電泳是非均勻電場對介電粒子施加力的現象?？臻g均勻電場使粒子帶電。帶電粒子聚集，過濾器去除粒子。

【除酸介質】

離子交換介質技術是一種處理在用磷酸酯液體以減少酸度的現代方法。與漂白土介質等傳統技術相比，離子交換技術具有多種優點。離子交換處理可去除多種類型的污染物，包括強酸（磷酸衍生物）、弱酸（烷基酚）、有機可溶清漆（羧酸清漆）、金屬皂和一些聚磷酸鹽凝膠。此外，離子交換介質可以恢復流體的電阻率。

不同的介質組合顯示出不同的酸去除率和酸飽和率，具體取決于磷酸酯流體的狀況。有些介質僅去除較強的酸，而另一些介質則主要去除較弱的酸。因此，使用定制的混合介質非常重要。酸滴定曲線可以作為通過識別酸的性質、吸附和酸飽和度來評估介質性能的有用工具。

【空氣膜干燥】

在所有潤滑系統中，保持油不受污染始終是一個挑戰。在 EHC（電液控制）系統中，這一點仍然正確，并且具有最高優先級。在這些系統中，間隙通常小于常規系統。因此，至關重要的是，在污染物造成堵塞之前將其從潤滑劑中清除，而堵塞最終可能導致意外停機。 雖然傳統的過濾裝置可以有效地用于潤滑系統，但當涉及磷酸酯時，過濾的動力學會發生一些重建。這些應該在資產的整個生命周期內持續存在，但是，如果它們受到污染，那么它們的使用壽命就會縮短。磷酸酯很容易被水污染，因此必須確保這些液體不受任何水污染。

空氣膜干燥器將干燥空氣掃過EHC 儲液罐的頂部空間。干燥空氣通過傳質降低流體的水分含量?？諝饽じ稍餀C可以有效地保持田間的低濕度，并且比真空脫水系統更便宜且維護成本更低。

（圖3. 應用空氣膜干燥器后水分含量降低）

天津聯科思創采用創新技術，通過向儲液器中引入穩定的清潔、干燥空氣流來去除磷酸酯中的水分。它利用傳質原理。當流體的濕度大于空氣（頂部空間）的濕度時，水分子轉移到干燥的空氣中，然后流體變得干燥。這會激活儲層呼吸，從而持續凈化儲層頂部空間并使其脫水，并從流體中去除水分。

LKAB系統用超干燥清潔的空氣覆蓋儲層頂部空間。頂部空間的低壓空氣吹掃可以從流體中提取水分，并防止污染物進入流體。該系統安裝成本低廉，沒有移動部件或電氣連接，并且不需要維護。

【使用空氣膜式干燥器可以帶來多種好處】：

●去除油中溶解的水分

●防止油庫容量中形成冷凝水和鐵銹

●無需更換昂貴的干燥劑式呼吸器

●通過去除水來減少酸的形成

●最大限度地減少顆粒物或水通過水庫入口進入的可能性

【維護磷酸酯液】

您現在應該更好地了解用戶在管理磷酸酯液體時面臨的最重要問題，以及為什么標準油分析測試可能并不總能識別某些問題。此信息還應提供測試磷酸酯狀況的路線圖以及建議的操作。