污染水平的液体燃料进入燃气轮机的燃烧室必须低,以避免高温腐蚀和燃油系统污染。因此,每个主要的工业燃气轮机制造商有严格的污染限制必须满足为了符合保修的涡轮机。责任保证合规在于核电站的所有者和只能保证与现场燃料分析污染物和灰分形成金属。
论述了各种燃料分析技术可用于燃气轮机的用户。它将审查每个技术的能力以满足现场需要快速和精确的分析数据。它将表明,旋转圆盘电极(RDE)原子发射技术是现场燃料的首选分析方法分析。实际现场经验将被用于说明并讨论妥协,可能需要满足燃气轮机的目标用户,燃料处理供应商和涡轮机制造商。
介绍
燃气轮机燃料分析已经成为一个发电厂的一个重要组成部分。运行经验表明,一些除去灰分物质可能存在于燃料会导致腐蚀和沉积问题。除去灰分材料可以在燃料为亚博网站下载油溶性有机金属化合物,水溶性盐或固体外国污染。他们的存在和浓度随原油和他们的地理来源集中在精炼过程中剩余分数。尽管剩下的馏分油通常含污染物,除去灰分材料可能后来salt-bearing水或混合物的形式与其他石油产品在运输或存储。亚博网站下载大多数原油需要脱盐,尤其是使用水路运输。
举个燃气轮机的燃料才能进入已成为使用沉重的石油燃料的设施的先决条件,也经常使用轻馏分燃料的网站。燃料分析是不可或缺的一部分燃料质量管理程序。第一个用于确定需要治疗的程度,后来,治疗的有效性。它开始交货的燃料,贯穿燃料处理和结束只有当燃料注入涡轮。图1是一个典型的例子的剩余燃料存储、处理和处理系统。
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图1所示。典型的剩余燃料存储、处理和处理系统
燃料污染规格变化在不同燃气轮机制造商。然而,无一例外,每个要求污染物必须尽可能低,通常按重量低于一百万分之一。在大多数发电装置,它是业主的责任验证燃料清洁符合发电机制造商的保修规范。这导致现场分析仪器性能需求远低于一百万分之一(ppm)的六个或多个元素。它提供了一个特别的挑战涡轮用户大多数安装在远程站点往往缺乏资源和设施进行精确的现场燃料分析。
分析技术对燃料的分析
几个技术可以应用于燃料分析。他们在复杂变化,分析时间和精度。它们包括火焰和石墨炉原子吸收光谱仪(FL / AAS和GF / AAS),旋转圆盘电极原子发射光谱仪(RDE / AES)和电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP / AES)。每个都有自己的优点和缺点,但至少,他们必须能够检测和量化污染物和火山灰形成金属燃料包括钠、钾、钒、铅、钙、镁和有时也铁、硅、镍、铝、铬、锌和铜。
原子吸收光谱(AAS)
在火焰原子吸收光谱(FL / AAS)技术少量样品送入控制火焰的燃料通常由于acetylene-oxygen或一氧化二氮混合物。沉重的燃料分析之前必须被稀释,但轻馏分油往往可分析,无需稀释。火焰蒸发样本,使原子能量升高。特殊的空心阴极灯发射高强度光束对应的波长将吸收的元素的兴趣当元素火焰加热。由于灯发出的光元素的特定波长进行分析,每个元素需要一个单独的灯。单色器调到所需的波长和吸收光元素的浓度有关中石油(员工和鲑鱼,1994)。一个微处理器或计算机再对信号进行分离,将他们转换成浓度。
FL /原子吸收技术已经使用了超过35年的成千上万的元素分析仪器,但对水最常应用的解决方案,而不是燃料样品。它是单个元素一次技术有利于定量,不定性,分析。其主要缺点是相对缓慢的,包括样品制备对大多数燃料,需要不同的光源为每个元素分析。检测限制钠和钾低于0.1 ppm未稀释的燃料样品,但是他们降低重油样品的稀释系数成正比。改进在过去10年里一直在备用手段分裂样例[丰盛1993]。
另一个原子吸收技术可应用于燃料分析石墨炉原子吸收光谱(GF /原子吸收光谱法)。其主要优点是灵敏度高、小样本体积要求(还,1991)。使用的设app亚博体育备类似于火焰原子吸收法除了火焰被替换为一个小高温炉通常配置为一个小圆柱管碳或杯样品。
在操作,几毫升的样品首先低温蒸发,目前通过炉增加到几百安培,气温上升到大约2500°C,和样品雾化,单色光通过蒸汽直接和分析收益以同样的方式如标准FL /原子吸收光谱法。
GF /原子吸收技术提供了迄今为止最好的腐蚀性污染物的检测限制燃料。然而,实验室仪器需要一个干净的环境,一个相对高水平的技能操作和风险最大的污染物的干扰。分析时间也可以每样需要几个小时或更长的时间。
原子发射光谱法(AES)
原子发射光谱仪用于燃料分析要么是旋转圆盘电极(RDE)的类型或电感耦合等离子体(ICP)类型。RDE / AES技术,旋转圆盘电极石墨带来连续样本到阀瓣和静止的石墨棒电极之间的差距。盘之间的高压电弧然后袭击和棒电极导致样品中的单个原子发光或辐射能。
ICP / AES励磁技术雇佣一个electrode-free等离子体由惰性气体(氩气)的流动。气体通过不断通过等离子体炬,坐落在一个水盘管连接到一个无线电频率交流电发电机。燃料样品吸气通过火炬的中心和成的等离子体原子完全剥离和兴奋地发出辐射能。
RDE和ICP系统,一个镜头或光纤用于收集和重点激励源的发射辐射能的光学系统光分散到各个谱线与元素相关的。
光电倍增管是用来检测和辐射能转换成电流,给出一个测量的每个样本中出现的金属的浓度。这个结果显示在屏幕上,发送到打印机或存储在一个硬盘。
对燃料分析,RDE技术仍然是优先为其操作的简单性和可靠性。它快速和所有元素的兴趣分析燃料样本只需要不到一分钟。它是灵活和有能力分析样本从轻馏分燃料原油和重残差没有稀释。RDE光谱仪非常强大,几乎没有移动部件,并且几乎不需要维护。
虽然ICP技术开发对水分析,修改了其他应用程序包括燃料分析。的主要优势是其性能;精度、精度和检测限制都是优秀的。它提供了分析速度快,多元素的能力,和良好的检测极限。
不幸的是,检测与稀释要求限制降低重油样品(弗朗茨,1995)。钠和钾的组合检测极限稀释燃料不符合大多数燃气轮机操作规范。一些改进已经在过去的几年里,但它们包含增加更多的气体和昂贵的玻璃器皿。无论哪种方式,耗时稀释步骤会导致精度误差。ICP光谱仪的操作还需要一个相对训练有素的人基本的实验室程序的经验。这种仪器中的一个将配备实验室,但不一定在远程电厂现场。
要求现场燃料分析
现场液体燃料的燃料分析适用于重型燃气轮机已成功进行了25年。其主要目的是验证燃料满足发电机制造商的规范和监控燃料处理系统的有效性。分析结果需要现场,及时确定燃料是可以接受的或者燃料是否需要治疗之前引入涡轮。现场仪表的要求是提供可靠的分析数据以满足典型的燃料需求+钾钠的百万分之0.5到1.0。
对于aeroderivative燃气轮机燃料规格更严格。典型的燃料规格要求钠+钾+锂浓度低于0.1 ppm。必须指出可靠的现场,在大多数情况下,中心实验室在这些低浓度分析方法不可用。这是一个不可能的现场验证的规范没有可信的方法。
选择一个合格的合同实验室的燃料分析
事实通常不考虑一些实验室熟悉要求适当的燃料分析。大多数实验室专注于环境,使用油或水分析,很少得到燃料样品。尽管他们的资源分析元素的液体,他们可能不熟悉轻型和重型燃料。资格实验室是很重要的,以确认它的设备、人员和经验分析燃料样品。app亚博体育即便如此,并不少见有几个所谓的“合格”实验室分析相同的燃料样本有不同的结果。表1是一个实际的例子的治疗和治疗(洗)北非残油样本分为四个部分,送到四个实验室进行分析。每个实验室的人才和必要的分析工具;然而,结果大大不同。
这个例子并不少见,在世界任何地方可以重复当燃料样品被发送到几个任意实验室进行分析。有时这些问题无法避免,但可以通过限制分析服务来控制一个或两个实验室,理解和证明燃料的经验分析。用户必须验证实验室资质和经验在接受分析数据之前是绝对正确的。错误的数据会导致大修成本和意想不到的汽轮机停机。燃料处理供应商和涡轮机制造商应该咨询如果当地实验室能力值得怀疑。一些燃料处理系统和燃气轮机供应商提供分析服务,他们的客户在一个有限的基础上。
选择一个现场分析技术
获得准确和及时的燃料分析燃气轮机装置通常是一个问题。可能没有访问实验室配备适当的仪器和合格的和受过训练的人员对燃料的分析。此外,大多数的燃气轮机网站在偏远地区。决定燃料治疗不能推迟到燃料样品被发送到一个外部实验室。分析结果和能力来执行时间敏感的分析必须接近样品燃料的来源。现场在燃气轮机燃料分析网站因此成为常态,和所面临的挑战是找到一种分析技术,在非理想条件下提供了良好的分析精度。仪表必须满足的关键操作注意事项(卢卡斯,1993):
- 环境约束(没有空调、高湿度等)。
- 易于操作的最小训练有素的人员
- 简单和可靠的进样
- 分析性能来确定燃料处理需求
- 可用性的消耗品
- 安全
表1。轮询调度分析测试*在残余油样品
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1 |
5.1 |
< 1 |
42.5 |
< 1 |
< 1 |
42.5 |
2 |
10 |
< 1 |
34 |
4 |
< 1 |
32 |
3 |
6 |
< 1 |
32 |
1 |
< 1 |
35.5 |
4 |
32 |
4 |
19 |
25 |
3 |
16 |
*数据比较(ppm)百万之报告
从上述讨论的燃料分析分析技术,有人可能会认为最理想的技术是石墨炉原子吸收(GF / AAS)紧随其后电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP)。这些技术提供了最低检测限度的分析需求,满足大多数燃气轮机制造商。不幸的是,在理论上这是真的,但往往不能付诸实现。
一个典型的例子是GF / AAS仪器涡轮机制造商推荐的使用在一个偏远的位置在南美的丛林。虽然他实验室的仪器是完美的化学家,它未能在客户的网站提供可靠的数据。数据是不稳定的一天比一天和用户在分析很快就失去了信心。六个月后确定,尘埃的卡车在一个定期访问道路造成了分析。尘埃中含有盐从附近的海洋和污染了冗长的GF /原子吸收技术的示例分析过程。
的主要特征分析方法可用于燃气轮机燃料分析总结了表2。自1970年代中期以来,时至今日,唯一继续满足现场的仪器类型燃料分析需求是那些用旋转圆盘电极(RDE)原子发射技术。
表2。比较分析技术对现场燃料分析的总结
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检出限 |
好 |
优秀的 |
好 |
很好 |
精度 |
1% |
3 - 15% |
3% |
1% |
在非实验室环境中稳定 |
公平 |
可怜的 |
很好 |
公平 |
样品制备 |
稀释所需大量燃料 |
灰化 |
不是必需的 |
稀释所需大量燃料 |
易于操作 |
简单的 |
复杂的 |
非常简单的 |
复杂的 |
样品处理量 |
5到10分钟12元素 |
30 +分钟6元素 |
1分钟12元素 |
1到4分钟12元素 |
耗材(日常和资本) |
气体和空心阴极灯 |
气体、石墨炉和空心阴极灯 |
石墨电极 |
气体和玻璃器皿 |
仪器的成本 |
20000美元到65000美元 |
25000美元到90000美元 |
65000美元到75000美元 |
80000美元到120000美元 |
成本分析 |
3美元到15美元 |
15美元到30美元 |
1到2美元 |
2到4美元 |
燃料分析程序使用(RDE)原子发射技术适合在non-laboratory环境中,很容易没有样品制备和操作提供一个完整的分析的所有元素感兴趣的在不到一分钟。技术没有检测限制石墨炉一样好或电感耦合等离子体仪器,但检测的局限性是足够低燃料提供可接受的现场分析。已经有了很大的进步在过去的几年里这种类型的光谱仪和典型的检测限制的钠和钾的主要污染物是低于0.1 ppm。
经验表明,通过遵循一些基本程序,可以保持良好的性能。这些是详细的在接下来的几个部分。
统计改善准确性
燃料治疗已被证明是非常有效的消除污染从燃气轮机燃料。对高污染燃料,可能需要一些治疗步骤。最终,钠和钾含量必须低于发电机制造商的规格可以引入涡轮燃料。
光谱的结果是确定的数量的基础治疗,随后,治疗的有效性。因此重要的是,现场燃料分析产生可靠、准确的数据。
未经处理的燃料通常是不均匀的,包含污染微粒的形式,有时水。这些污染以及石蜡在燃料可以影响分析,分析结果的重复性会有所不同从一个测试。为了提高燃料分析仪的精度,应该分析样品三次,然后取平均值。平均的三个分析提高精度和删除一个分析提供了合理的基础如果由于某种原因从其他两个是完全不同的。图2显示了一个打印的一个实际的例子,连续三分析样品在相同的燃料。
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图2。打印输出的三个分析样品在相同的燃料
显然第三分析不符合规范,因为钠的读数和铅不遵循前两个的趋势分析。第三分析应该拒绝和平均可以前两个分析计算。然而,增加的信心数据,第三分析也可以重复,与前两个平均。
现代工具软件,方便多个平均分析,并拒绝任何不符合这一趋势。内置数据基地保持永久的记录分析治疗前后的燃料也成为标准。这使得实验室更容易跟踪大量的分析。也经常用于数据统计和作为永久记录燃料质量验证保证合规。
样品污染
分析仪器的分析所提供的样品一样好。当务之急是燃料样本取自同一采样点和在一个批准的和可重复的方式如ASTM D 4057手动取样的石油和石油产品。取样容器必须清洁,无任何污染。在实验室,样品处理和分析技术也很重要。不正确或粗心的过程可以影响分析数据可能导致数据不准确。
污染通过粗心的操作也可以是错误的来源。样品的石墨电极或RDE光谱仪绝不应该感动的手。电极必须安装一个实验室一次性毛巾,以避免污染的手指。汗水从身体将轻松添加几个ppm钠的分析。
图3显示了实际分析打印出来确认这种情况。相同的馏分燃料样品分析三次。首先是一个正常的和适当的分析,第二个是手工安装了圆盘电极和第三棒电极的尖端摩擦着手掌的手。
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图3。分析结果显示电极污染的影响
由于处理不当影响钠电极是清晰和明显的后两个分析。在这两个实例,虽然没有钠的燃料,污染操作不当(汗水)增加了钠分析结果由几个ppm。这样的错误,当没有发现可能导致错误的结论和昂贵的后果对燃料或燃料处理系统的状态。尽管燃料分析仪操作简单,适当的常规过程必须遵循。
年代充足的准备与处理
燃料分析比较未知的燃料样品与商用石油生成校准曲线的标准。这个行业已经选定了一种校准标准,适用于大多数应用程序,但在某些情况下,还可以准确的来源问题。经验表明,当一个燃料处理去除污染物,颗粒被删除和钠和钾的浓度水平降低。精密的分析改进,最终浓度变得如此之小,他们的方法为零;一样的仪器校准曲线。这导致好之间的相关性分析技术对所有类型的燃料当污染物浓度很低,接近零。
是一种很好的做法总是分析燃料样品后立即被吸引。这将保证一个齐次解,限制外部污染的概率,从而提高了分析数据。在大多数情况下,然而,之间有一个延迟时间取样时,当它最终到达实验室。除了光燃料可以分析得到,地堡和原油分析之前应该加热,彻底动摇了。最简单、最有效的方法是将样品瓶到超声波水浴加热5到10分钟。水的温度不是关键,而是应该高于样品的倾点。加热样品将沉重的燃料少粘性和超声操作将创建一个均匀的混合物。
残留原油和燃料类型的分析与高浓度的污染物可能更复杂和钒可能导致错误。尽管他们是罕见的,他们可以是任何分析技术问题燃料。之外的样品制备和治疗程序,上面提到的,可能与RDE技术应用于提高精确度。
也有记录的情况下在这些问题燃料精确的钒和有时钠分析只能得到一些样品制备。一个简单的测试将决定如果样品制备适用于燃料。测试是要稀释嫌疑人燃料样品用等量的干净的煤油,或者最好是基础油(0 ppm)标准。稀释,稀释燃料钒数据样本进行了分析和比较。正常的燃料将表现出预期的2:1钒之间的比例稀释,稀释样品。这意味着不需要样品制备和样品可以使用正常的程序进行分析。但是,如果比例是2:1,更像是2:1.5,然后从仪器技术代表制造商应该咨询进一步的帮助。仪器操作参数或额外的样品制备可能需要获得更准确的结果。通常这些小程序和有限的参考工具或软件的修改。一个例子展示的影响这样一个过程和一个认证的剩余燃料标准表3所示。
表3。特殊燃料的方法来提高精度
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NIST的认证分析* |
37 |
17.5 |
28.2 |
正常的分析 |
16.5 |
12.1 |
19.9 |
分析后的修改 |
35.4 |
16.4 |
27.6 |
*数据比较(ppm)百万之报告
* 1634 (NIST的认证分析c 6号残油
(样品由美国国家标准与技术研究院)
正常的认证分析残余燃料标准是不准确的比预期的分析结果。然而,随着小燃料稀释过程的实现和光谱仪参考修改分析与NIST剩余燃料标准认证。它清楚地表明,分析精度可以恢复否则困难样本。
确认分析
重要的是要有信心在现场分析仪的分析功能和现场人员的培训对燃气轮机燃料分析。获得这种信心的一种方法是定期燃料样品发送到一个独立的实验室进行分析。当然,如前所述,独立实验室必须与燃料一位经验丰富的样本。
许多燃料处理系统制造商和燃气轮机供应商有自己的实验室,可以提供比较,或将乐于提供建议。表4中的示例显示了这样一个比较。几个燃油样品和校准标准分析了分光计的燃气轮机网站,也发送到燃气轮机制造商进行比较。涡轮网站是在一个偏远的位置和使用RDE技术,而燃气轮机制造商使用ICP技术中心实验室。
表4。现场的比较分析与中心实验室分析
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重油 |
现场(RDE) |
8.8 |
0.3 |
3.0 |
0.6 |
0.6 |
7.0 |
0.0 |
2.4 |
0.7 |
3.6 |
0.0 |
8.3 |
重油 |
实验室(ICP) |
6.4 |
< 5 |
4.5 |
0.6 |
< 3 |
6.4 |
0.0 |
2.7 |
1.1 |
3.3 |
0.1 |
9.5 |
柴油 |
现场(RDE) |
0.2 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
1.2 |
0.7 |
0.1 |
0.3 |
柴油 |
实验室(ICP) |
< 5 |
< 5 |
< 1。 |
0.5 |
< 3 |
< 2 |
< 1。 |
< 1。 |
< 1。 |
0.7 |
< 1。 |
< 0.5 |
2.5 ppm柴油 |
现场(RDE) |
2.2 |
2.2 |
2.0 |
3.0 |
2.3 |
2.4 |
1.5 |
2.5 |
3.0 |
2.9 |
3.1 |
2.1 |
2.5 ppm柴油 |
实验室(ICP) |
2.4 |
< 5 |
2.3 |
2.9 |
< 3 |
2.4 |
2.5 |
2.3 |
1.8 |
3.2 |
2.4 |
2.4 |
10 ppm卡尔。性病。 |
现场(RDE) |
10.4 |
11.1 |
9.7 |
10.0 |
9.3 |
10.5 |
10.4 |
10.2 |
9.5 |
10.2 |
9.1 |
10.2 |
10 ppm卡尔。性病。 |
实验室(ICP) |
10.1 |
11.4 |
10.2 |
10.0 |
9.4 |
10.4 |
9.4 |
10.0 |
10.3 |
9.5 |
8.8 |
10.1 |
前两个燃料样本,重油和柴油燃料,表明有很好的相关性分析得到在电厂现场和实验室分析的燃气轮机制造商。接下来的两个样品已经知道浓度的各种元素和在相同的方式划分和分析。一个利用的方法添加2.5 ppm的重量校准标准添加到清洁柴油燃料,另一个是10 ppm校准标准。
比较证实,在燃气轮机站点上获得的数据与相关分析人员充足中心实验室拥有类似燃料分析经验。是一种很好的做法执行这样的试验每年一次或当当地实验室的性能是有问题的。比较服务提供能力的信心的现场分析。
结论
尽管一些燃气轮机制造商的燃料污染规范非常严格和挑战现代现场分析仪器的功能,RDE光谱仪提供最佳的实用的解决方案。尤其如此,因为燃料清洁举证责任通常是放置在燃气轮机有限的用户现场专业经营现代和复杂的分析仪器。虽然在炼油厂燃料可能是清洁和有一个认证分析证明,无法保证运输后仍符合规范。这创造了一个需要现场燃料分析所有类型的液体燃料保护腐蚀和存款的燃气轮机。
需要现场分析仍然是实现最佳的燃料分析基于旋转圆盘电极原子发射光谱仪(RDE)。这是唯一分析仪器已经能够做这项工作持续了25年。它是简单易用,不需要有害气体,在non-laboratory运营环境和提供了良好的精度。还有其他分析技术有更好的准确性,但他们不符合现场的其他性能和操作要求燃料分析。
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