摘要：某发电机组EH供油系统主油泵出口滤网频繁堵塞，滤网前后压差异常升高，给机组安全运行带来隐患。为查明原因，采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线能谱等手段并结合抗燃油的油质全分析试验，对EH供油系统油泵出口滤网污染物成分进行分析。结果表明，污染物是系统中的磨损产物、抗燃油的过滤滤料及其他颗粒杂质。解决此类问题的方法包括合理选用抗燃油过滤器，以及加强油质和油系统的污染防控。同时，为促进液压系统过滤技术的发展与提高，提出了意见和建议。
关键词：EH供油系统；油泵滤网；堵塞；污染物；成分分析
0 引言
某电厂一期安装2台660 MW超临界燃煤湿冷发电机组，1、2号机组相继于2009年9月及11月通过168 h满负荷试运转并投入生产。汽轮机EH供油系统液压控制介质使用以色列化工集团（ICL，原阿克苏诺贝尔磷化学公司）生产的Fyrquel EHC PLUS磷酸酯高压抗燃油。为满足可靠性及稳定性要求，EH供油系统采用2台交流电动机驱动高压变量柱塞泵并以双泵联锁的方式工作，2台泵均设置于EH油油箱下方，保证吸入压头为正。投产不久，1号机组EH供油系统主油泵出口滤网压差先后3次升高直至报警，且出口压力（滤网后）有相应的下降趋势，滤网压差开关经校验正常，随后更换该泵出口滤网。后期切换至备用油泵，运行一段时间后备用泵的出口滤网压差也异常升高。
汽轮机调节保安系统油泵滤网堵塞、油系统受到污染的问题曾在一些发电机组先后出现过，油系统的污染平衡与控制对于机组的稳定运行至关重要［1-4］。本文通过对某电厂1号机组EH油进行油质检测，并借助扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线能谱等手段对EH供油系统油泵出口滤网附着的污染物成分进行分析，以查明滤网堵塞的原因，为同类故障的分析及诊断提供参考。
1 油质全分析试验
对某电厂1号机组运行抗燃油进行油质全分析试验，试验结果如表1所示。由表1可见，1号机组抗燃油的所检项目符合DL/T 571—2007《电厂用磷酸酯抗燃油运行与维护导则》中运行油的标准要求，但油泥析出试验结果显示油中含有痕量油泥。
2 污染物成分分析
2.1 污染物提取
观察油泵出口滤网外表面，无明显可见污染物附着。沿滤网外表面纵向纹路用石油醚反复冲洗，将冲洗液回收。将滤网解体，滤网包括外部过滤层及内骨架支撑筒。过滤层由5部分组成，从两端至中间依次为：内、外层金属网，内、外层无纺布以及最内层过滤毡（见图1）。再用石油醚沿滤网内、外表面纵向纹路反复冲洗，将冲洗液回收。冲洗过程中发现外层金属滤网上零散地附着有少量碎片状物质，大小不一，毛面呈暗红色，光面呈白色，将该物质随冲洗液一并回收。反复清洗后，将冲洗液静置、沉降，将上清液移入调温电热套中蒸干，得到淡黄色油状液体，其主要成分为抗燃油，将下层溶液于离心分离机中分离、提取，将提取物移入表面皿中，烘干、密封，作为待检物备用。
表1 1号机组抗燃油油质全分析结果
Table 1Total quality analysis results of EH oil in Unit 1
图1 滤网纵剖图
Fig.1Longitudinal section of strainer
提取物含4种物质：（1）细小金属丝及环氧树脂胶，由滤芯解体、冲洗过程引入，不作为待检物进行检测；（2）少量碎片状物质；（3）灰黑色絮状物质；（4）灰黑色粉末状物质。对后3种物质进行分析。因3种物质提取时相互混合，无法彻底分离，故每种物质均会少量粘附其他2种物质，检测结果不排除几种物质间的相互干扰。
2.2 片状物成分分析
2.2.1 扫描电镜形貌观察
用QUANTA 400型扫描电子显微镜（SEM）对片状物微观形貌进行观察，结果如图2所示。由图2可看出，片状物表面零散地附着有无规则状颗粒杂质。
图2 片状物的SEM照片
Fig.2SEM images of fragmentary substances
2.2.2 红外光谱分析
用TENSOR 27型傅里叶变换红外光谱（FT-IR）仪对片状物进行扫描，结果如图3所示。图3中3 424 cm-1为羟基的氧氢伸缩振动峰（γO-H），1 064 cm-1为碳氧伸缩振动峰（γC-O），2 924 cm-1、2 854 cm-1为甲基、亚甲基的碳氢伸缩振动峰（γC-H）。1 730 cm-1处出现酯基的特征吸收峰（γC=O），说明片状物上附着有少量未洗净的抗燃油（三芳基磷酸酯）或其老化产物（油泥等有机酯）。
图3 片状物的FT-IR谱图Fig.3FT-IR spectrogram of fragmentary substances
2.2.3 能谱及元素分析
用INCAx-sight 6650型X射线能谱（EDS）仪对片状物进行能谱分析，相关SEM图像及EDS谱图如图4所示，各元素质量分数如表2所示，其中的C、O、P（部分）可能来源于抗燃油或其老化产物；由Na（部分）、Mg、Al、Si、Ca、Fe（部分）元素推测，片状物上可能含有某种滤料成分；S、Cl、Na、K、Zn可能来源于无机盐。另外结果中出现的Ti、Cr尤其是含量较高的Fe，说明片状物可能是系统中的磨损产物。
图4 片状物的SEM-EDS分析结果
Fig.4SEM-EDS results of fragmentary substances
表2 片状物的元素组成
Table 2Element composition of fragmentary substances
％
由以上分析可知，滤网外表面洗脱的少量片状物应为系统中脱落的氧化皮或磨损产物，同时粘附有未冲洗干净的抗燃油或其老化产物及某种滤料。
2.3 絮状物成分分析
2.3.1 扫描电镜形貌观察
对絮状物进行形貌观察，SEM照片如图5所示。由图5可清晰地看出该物质成分主要为纤维，分析其大多来源于滤网解体后的过滤毡，在溶剂冲洗过程中随其他污染物一并被洗脱下来。
图5 絮状物的SEM照片
Fig.5SEM images of flocculent substances
2.3.2 红外光谱分析
由絮状物的红外光谱分析结果（谱图略）可知，3 423 cm-1为羟基的氧氢伸缩振动峰（γO-H），1 732 cm-1处出现弱的酯基吸收峰（γC=O），说明絮状物中可能含有少量的抗燃油或其老化产物，1 071 cm-1处的强峰可能是C—O—C及Si—O—Si的叠加峰，说明絮状物主要是纤维，467 cm-1处的吸收峰可能为无机盐。
2.3.3 能谱及元素分析
对絮状物进行能谱分析，EDS谱图从略，各元素质量分数如表3所示，其中的C、O、P（部分）可能来源于抗燃油或其老化产物；Na、Mg、Al、Si、Ca、Fe元素的存在，说明絮状物可能含有某种滤料成分，另外含量较高的Si说明该物质可能主要来自于滤网中脱落的玻璃纤维。
综上所述，絮状物主要是滤网解体后的内层过滤毡，由污染物洗脱过程中引入，非滤网堵塞物质。另外絮状物中还粘附有某种滤料及少量的抗燃油或其老化产物。
表3 絮状物的元素组成
Table 3Element composition of flocculent substances ％
2.4 粉末状物质成分分析
2.4.1 扫描电镜形貌观察
对粉末状物质进行SEM形貌观察，结果如图6所示。由图6可以看出，因提取物的几种成分相互混合，未能完全分离，故粉末状物质中掺杂有少量的絮状物（纤维）。
图6 粉末状物质的SEM照片
Fig.6SEM images of powdery substances
2.4.2 红外光谱分析
由粉末状物质的红外光谱分析结果（谱图略）可知，波数969 cm-1为抗燃油的特征吸收峰，说明粉末状物质提取过程中有少量的抗燃油未洗净。1 105 cm-1处的中强峰是C—O—C的吸收峰，说明粉末状物质中含有少量的纤维。464 cm-1处的吸收峰可能为无机盐。
2.4.3 能谱及元素分析
对粉末状物质进行能谱分析，EDS谱图从略，各元素质量分数如表4所示，其中的C、O、P（部分）可能来源于抗燃油或其老化产物，Na（部分）、Mg、Al、Si、Ca、Fe（部分）元素说明粉末状物质可能含有某种滤料成分，S、Cl、Na、K可能来源于无机盐，Fe还可能来源于金属磨损、腐蚀产物。
3 结果讨论
结合对1号机组EH油及其供油系统油泵出口滤网附着的污染物成分分析结果，可以得出：（1）1号机组抗燃油的所检项目符合运行油标准要求，油质整体水平较好。油泥析出试验结果显示油中含有痕量油泥，与FT-IR分析结果相吻合，但痕量的油泥不足以引起系统油泵出口滤网堵塞。（2）对滤网附着的片状、絮状和粉末状等3种污染物的提取物分析可知，片状物主要为系统中脱落的氧化皮或者磨损产物；絮状物主要为滤网解体后的内层纤维过滤毡，由污染物洗脱过程引入，非堵塞滤网物质；粉末状物质含有某种滤料及其他颗粒杂质。（3）几种提取物程度不一地含有某种滤料成分（含O、Na、Mg、Al、Si、Ca、Fe元素），从元素结果分析以及特征元素与常规元素的区别判断，该滤料应为汽轮机调节保安系统旁路再生装置中的硅藻土。
1.4 统计学方法 统计分析与处理软件采用 SPSS 19.0，计量资料以±s)表示，两样本的均数比较采用独立样本t检验方法，P<0.05为差异有统计学意义。
然而，硅藻土在用于过滤的同时也会造成系统及油液的污染，一些发电机组汽轮机调节保安系统曾出现过硅藻土泄漏导致油系统污染，以及硅藻土含有的Ca2+、Mg2+与抗燃油中的酸性分子结合形成金属盐堵塞系统滤网并引起伺服阀故障的问题［8-9］。国内一些机构对硅藻土的过滤原理进行了研究，认为由于本质特征及制造工艺的影响，硅藻土颗粒在滤网内表面呈正弦曲线分布，且颗粒粒径变化范围相对较大，并提出了“桥”型结构理论［10-11］，该理论有助于解释硅藻土泄漏的原因。硅藻土颗粒在过滤过程中会形成独有的“桥”型结构（见图7），在不断受到系统内油流形态变化、过滤压力升高或频繁波动等作用，这种固有的“桥”型结构被破坏，一些粒径相对较小的硅藻土颗粒会沿“桥”型结构的缝隙穿过滤网过滤层（如无纺布、滤布或金属滤网等等），从而泄漏并引起油系统污染。
4 建议
表4 粉末状物质的元素组成
Table 4Element composition of powdery substances ％
液压系统油液的污染控制是一个全面而又系统的工作，为了促进液压系统过滤技术的发展与提高，提出以下两方面建议。
图7 桥型结构示意
Fig.7The structure diagram of bridge style
（1）液压系统过滤标准化工作的开展对于设备的可靠及稳定运行极为重要［12］，国际标准化组织早期已经成立了相应的机构，涵盖9个委员会、20个成员国及其他17个国家，一同致力于液压过滤的标准化工作。我国电力行业液压过滤技术也需要进一步建立健全相应的标准及制度，包括过滤原理及方法的合理选用、滤器工艺参数及规格尺寸的设计、过滤安全性条件的建立、过滤效果的评价方法和执行准则等等，从制度的标准化及规范化上来辅助保障设备的安全和稳定运行。
（2）研究显示，液压系统大约有2/3的故障源于油液的污染，因此极有必要在故障发生之前做好预防工作。“主动预防性维护”［13-14］概念早在十多年前就已经被提出，即在电站设备运行过程中、在故障出现前期对其工作介质实施合理的维护和有效的污染控制，保持油液良好的理化性能和运行状态。生产中，将“主动预防性维护”与“质量循环”（PDCA循环）一同用于液压系统污染防控及失效治理上，在故障前期从“目标策划与制定、过程实施与控制、结果检测与评价、方案优化与调整”等方面做好液压系统油液过滤的计划、实施、检查及处理，将有助于消除故障隐患，延长故障间隔时间和设备及元器件的使用寿命，提高过滤的有效性。
5 结语
根据全文分析，某电厂1号机组EH供油系统油泵出口滤网上的污染物主要包括抗燃油使用的硅藻土滤料，油系统内冲刷、脱落的氧化皮或磨损产物，以及其他颗粒杂质。为避免同类故障再次发生，需使硅藻土过滤器退出运行，并借助其他机械式高精密过滤器进行颗粒拦截，实现油液的多级过滤，以确保油系统的清洁。本文为类似问题的分析和诊断提供了一定的借鉴。
