CT 镁缓蚀剂

产品背景

在燃气涡轮机发展的早期,即1950年代,钒的腐蚀作用日渐明显。许多燃气涡轮机制造商开始寻找解决钒腐蚀问题的方法。经过研究,他们发现镁是最经济有效的抗腐蚀金属。

1960年代末至1970年代初期,制造商逐步确定镁与钒的最优配制比例是3:1。最初,他们将比例设置为3.5:1,以确保镁的加剂量充足。而业界对比较合适的3:1达成共识并将其制定为标准则是在1980年代初期。实际上,与钒反应制备安全化合物所需的镁所需的化学计量其实只要0.7:1,为什么最后标准配置比例却是3:1呢?这是因为加入的镁不仅形成了所需的原钒酸镁,而且还制得了其他额外的的镁钒化合物(氧化镁和硫酸镁)。这些额外产物也会消耗所添加的镁。为了使得反应生成足够的所需产物,他们增加了镁的添加量来抵消这些不太理想的化合物。最后,由于反应所需的时间非常短(火焰区域的气体流速较高),因此镁的添加量越大,钒原子找到镁原子的机会就越大。

大多数使用添加剂的燃气涡轮机都用了磺酸盐或羧酸盐。 CT-30Mg是真正的油溶​​性镁添加剂,使用起来虽然比水溶液更昂贵,但是更方便。 CT-30Mg的另一个优点是可以直接交付给用户使用。使用水溶液时,必须分批稀释晶体,之后要么进行浓缩分析,要么对高于所需水平的水溶液进行安全化处理。由于要使用比所需更多的添加剂,水溶性产品可能具有的成本优势不复存在。

无论镁的来源是什么,解决钒腐蚀的机理都是相同的:钒污染物的熔点必须提高到燃气涡轮机温度以上。通过添加镁,形成原钒酸钒代替五氧化二钒。该反应复制如下:

V205 + 3MgO ——————> 3MgO.V205 (一般写作 Mg3V2O8)

原钒酸镁的熔点高于1200C。该温度远高于典型的燃气涡轮机温度,尤其高于叶片冷却后的叶片温度。当系统温度低于化合物的熔点时,该化合物(在这种情况下为原钒酸镁)不熔融,为固体。因此,原钒酸镁在燃气涡轮机中为固体。五氧化二钒只有在熔融时才具有腐蚀性,当转化为原钒酸盐(在火焰中)时,它将无害地通过系统。因此,通过添加适量的镁(3:1),可以保护系统不受腐蚀。这种通过添加镁的抗腐蚀方法在使用重质燃料的燃气涡轮机应用中已有40多年的历史。

在燃气涡轮机中使用镁添加剂的唯一缺点是:由于通过燃气涡轮机的金属量增加,其在涡轮机叶片上沉积速度会更快。而沉积物增加就会增加燃气涡轮机的旋转部分的重量,导致燃气涡轮机输出的功率损失。最后则需要停止燃气涡轮机来清洁叶片上的沉积物。对于重质残留燃油,当金属含量较高时,可能需要每运行200小时就停止一次。不过,这其实是预期中的正常操作,因为通常在选择用于燃气涡轮机的燃料时也会考虑后续的清洁周期。

清洁涡轮机一般要完全停止运行。所有重油燃气涡轮机都将清洗系统作为其设备的一部分。冷却后,会对内部的涡轮机喷水。用水完全填充满涡轮部分在某些安装流程中是标准程序。让沉积物浸泡一定的时间,然后将水排干。清洁后涡轮机通常可以恢复全功率运行。

燃料中硫和镁燃烧产生的硫酸镁让洗涤操作更容易。在含氧量充足的环境中,燃气涡轮机中许多硫将转化为三氧化硫。它与氧化镁结合形成硫酸镁。硫酸镁极易溶于水。因此,在洗涤操作期间,沉积物中的硫酸镁会溶解,从而使所有其他沉积物材料松脱。这使得清洗操作相当容易执行。

在清洗时需要注意两点。

1.每个涡轮机制造商都有自己的推荐程序。同一家制造商的不同类型的燃气涡轮机也可能有所不同。

2.镁的另一个化合物,氧化镁,会影响洗涤效果。当涡轮机温度过高时,硫酸镁会转化回氧化镁。氧化镁不是水溶性的。因此,如果硫酸镁太少,可能会导致洗涤不彻底。这一问题可以通过延长浸泡时间并根据需要重复洗涤周期来解决。具体由涡轮机运营商和涡轮机制造商决定。

CT-30Mg在燃气涡轮机中的应用

燃气涡轮机运营商面临很多与其工厂整体运营相关的问题。这些问题中许多都是机械性的。CT镁缓蚀剂(CT-30Mg)可以最大程度地减少其中由于化学物质引起的问题。

高温腐蚀

燃气涡轮机中的高温腐蚀主要是由钒引起的。钒燃料污染物燃烧时,会与氧气结合,主要形成五氧化二钒(V2O5)。该化合物的熔点约为675 C,远高于沿涡轮机燃烧路径发现的温度。五氧化二钒是在钴-铬-镍合金表面上形成的钝化金属氧化物的“溶剂”。它溶解了氧化物涂层,导致另一层金属形成了氧化物,新的氧化物又被溶解了(每次氧化物溶解时,它也会离开金属表面),又导致另一层金属形成了氧化物等等。此过程将一直持续到最终金属最终消失为止。当甚至存在少量钠时,腐蚀速率也会加快。钠和钒的比例越高,腐蚀速度越快。气体路径的温度越高,腐蚀速度也越快。

过滤器

过滤器在燃气涡轮机上非常重要。涡轮机是价值数百万美元的设备,其中含有精密度高的组件。过滤器是用于从燃料中去除尽可能多的“固体”物质,以保护分流器,燃料喷嘴,燃料泵等。此外,热气流以相当高的速度“吹”过燃气涡轮机,因此通过燃烧系统的燃料中的任何微粒都可能导致旋转叶片的腐蚀。这个问题一旦发生,后果十分严重,需要彻底避免。

低压过滤器通常安装在大型过滤器壳体内。多年数据显示,纸质过滤器效果很好。纸质过滤器的孔径为5、10或25微米,具体取决于燃料和涡轮机制造商的要求。粘性较低的燃料往往孔径更小。

金属滤网比纸质滤网更坚固。金属滤网最初购买时非常昂贵,但是可以通过清洗(通常在超声波浴中)以清除残留的碎屑来重复使用。随着使用时间的增加,其表面上的孔径将越来越多地被无法清除的颗粒堵塞,最终需要永久更换滤网。

高压过滤器位于主燃油泵后方。高压过滤器通常包括一块金属滤网,支撑在环绕过滤器元件内部的刚性“弹簧”上。这些过滤器元件的尺寸与上述纸质元件尺寸大致相同。高压过滤器一般很少过滤。它们的主要目的是截停任何大到足以损坏分流器或燃油喷嘴的颗粒。尽管如此,每过一段时间,高压过滤器会被蜡质覆盖。不过这个问题不大,一般蜡会随升高的燃油温度而溶解。高压过滤器的孔径通常为75或100微米。

储油罐

燃料储罐的主要问题是其底部积水。这个问题很常见。当燃料(在某些情况下超过一百万升)存储在油箱中时,一小部分的水就会沉淀到底部,其占总燃料比例很小。例如,相对干燥的原油可能仅包含0.1%的水,但在一百万升中,这代表1000升水。随着时间的流逝,这会沉淀在水箱中。燃气涡轮机现场正常的操作是将水从罐底排出。制定排水时间表后并遵守该时间表排水能解决此问题。该罐底水(以及燃料中发现的任何其他水)中含有大量的钠和钾污染物。如果其中任何一种水被抽入燃油泵的吸入口并一直通向燃气轮机,则会导致腐蚀损坏元件,可能会导致异常高温。频繁而定期的储罐排水几乎与使用镁添加剂一样重要。

化学问题的解决方案

问题解决方案分为两个一般要点:

(1)进行燃料洗涤以去除水溶性污染物钠和钾

(2)随后添加镁添加剂以抑制不溶于水的钒的影响。

燃油清洗

燃油清洗的原理是将“清洁水”混入燃油中,然后在后续步骤中将所有水清除。水溶性钠和钾也会随之被带走。钠和钾是由原油中所含的盐(通常为氯化钠–盐水中的盐–和氯化钾)产生的。因此,钠和钾可以存在于燃料中的唯一方法是存在于水滴中。重要的是要认识到钠和钾非常集中在水滴中。水滴中这两种元素的浓度均高于2000 ppm的情况并不罕见。因此,对于包含1%的水和钠钾含量为40 ppm的残留燃油,水滴中的钠钾含量为40 / 0.01 = 4000 ppm。

除去钠和钾比较简单,添加一定量的纯净水,将其充分混入燃料中,以接触燃料中的水滴来稀释水滴中的钠和钾浓度,然后去除尽可能多的水。这些步骤能通过以下方式完成。

通常先添加破乳剂。剧烈混合时,水和油/燃料会形成乳液。几乎所有石油产品(沥青,蜡,沉积物,污垢,金属肥皂和其他材料)中都存在可以稳定石油乳液的天然物质。在形成的油和水乳液稳定后,水将无法从燃料中去除。如果在燃油清洗期间发生这种情况,“清洗”工作就变成向燃油中添加额外的水(通常含有更多的钠和钾),无法解决问题。因此,为了消除现有的乳液并防止形成新的乳液,首先要添加破乳剂。由于乳化剂和许多天然稳定物质化学结构类似,拥有亲油尾端和亲水头端,它们能够穿透在水滴上形成的乳液稳定膜。然而,破乳剂则由特定的分子支化破坏膜,膜被破坏后液滴可以聚结。随着液滴的聚结,它们会变得足够大,受到重力会导致它们从燃料中的悬浮状态中“掉落”。在添加破乳剂之后添加水。通常,添加的水占燃料体积的5%至10%。应尽量保证水中钠和钾含量尽可能低,低于50 ppm即可,无需使用钠和钾为零的水。然后使水与燃料紧密接触,以确保用水的燃料小滴被淡水稀释。对于静电除尘器,通常使用混合阀来完成。对于离心机,则是在混合罐完成的。混合阀是一种截止阀,通过阀门关闭大小来对通过的燃料/水/破乳剂施加压力。阀门口径减小使得通过阀门的物质压力增加,水被分解成非常细小的水滴。这些液滴将与燃料中已经存在的液滴混合,这实现了“盐水”的稀释。而混合罐中,缓慢旋转的桨叶使得燃料和水混合。由于离心机破乳效果不好,因此混合罐会产生较少的乳状液以供离心机溶解。静电除尘器在破乳方面更有效,因此它们的混合方法会产生乳状液,但是需要紧密混合。

燃料/水混合物被送入静电除尘器或离心机中,以将混合物分解为清洁的燃料和水。两种方法都遵循史托克定律。史托克定律是材料与沉降的关系。具体可观察雨滴落在窗玻璃上。

静电和离心方法都可以通过加热油来降低粘度(由于关闭了静电除尘器,因此可以达到更高的温度)。加热也大大降低了油和水的比重,尽管程度较小。除此之外,这两种方法是不同的。离心机是通过离心力而增加了重力项,而静电除尘器是通过增加水滴的直径。由于直径是平方项,因此很多时候静电方法可以更快地实现水分离。但是,通常,燃料清洗方法的选择取决于设备的大小:静电除尘器对于大型设备更有效。将清洁燃料转发到仓库。无论如何清洗燃料,清洗后的燃料都将被送至清洁的燃料储存库。在将燃料发送到存储之前,必须执行一个关键步骤:必须确定燃料的质量。请记住,燃料洗涤的整个目的是将钠和钾去除到满足涡轮机制造商对这些元素的要求的水平(0.5至1.0 ppm,具体取决于制造商和燃料)。将使用发射光谱仪检查“清洁”燃料样品中的这些元素。仅当燃料符合规格要求时,才将其存储。如果不符合,它将被返回到原始燃料存储,然后将其与来自原始存储的其他燃料一起返回到燃料洗涤流程。对于静电和离心系统,通常必须在运行开始时返回燃料,直到整个系统达到平衡为止。同样,所使用的破乳剂含量可能不足以充分降低燃料中的水含量以满足痕量金属的要求。一旦一切正确,所有后续燃料应符合要求的规格。一旦系统处于平衡状态,将仅采样样本。经过处理的燃料存储具有几个优点。燃料将继续流失水,燃料的质量会得到改善,因为逐渐掉出的水还将携带更多的钠和钾。更重要的是,当工厂需要时,经过处理的燃料将随时可用。如果所有的燃气涡轮机都在运行,大多数燃油洗涤厂的规模都小于每小时的燃料需求。这样做是为了节省成本,同时也认识到大多数电厂并非全天候运行,也不是所有燃气涡轮机都始终在运转。通过在燃气涡轮机停机期间运行,燃油清洗厂可以轻松满足燃油需求。

产品的物理性质

镁含量, wt% 30%min
密度, g/ml @ 20°C 1.4-1.5
倾点, °C <-20
闪点, °C >=65
钾和钠含量, ppm <75
钙含量, ppm <1500
与燃料相性 完全可溶

产品添加量

加剂量一般基于涡轮机燃料中的钒含量计算。通常,添加剂是按燃料中每1份钒中的3份镁的量添加的(3 Mg:1V)。这是行业推荐的标准添加量。有关剂量要求的更多信息,请联系我们的技术团队。

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