板冷水泵切換引發(fā)潤滑油壓波動分析
發(fā)布時間:2019-04-26 發(fā)布作者:
摘 要:板式冷油器因占地小,結(jié)構(gòu)緊湊,換熱系數(shù)高等特點在電廠潤滑油系統(tǒng)中的運用越來越廣泛,如果冷卻水系統(tǒng)性能沒有得到足夠的重視,在冷卻水系統(tǒng)切泵的過程中,水側(cè)的壓力波動通過板式冷油器傳遞給油側(cè),可能導(dǎo)致潤滑油系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定,油壓波動,嚴重會引起聯(lián)啟輔助油泵,更有可能引起跳機,故含有板式冷油器的潤滑油系統(tǒng)應(yīng)特別注意相關(guān)聯(lián)的冷卻水系統(tǒng)性能,防止油壓劇烈波動的發(fā)生,影響機組安全性。
故障現(xiàn)象
某電廠 1000MW 機組,潤滑油系統(tǒng)采用主油泵、油渦輪的配置方案,在故障發(fā)生前,潤滑油系統(tǒng)各測點壓力正常;切換板式冷油器水側(cè)水泵時按照規(guī)程先啟動備用水泵,再關(guān)閉運行水泵,但還是發(fā)生潤滑油壓力波動聯(lián)啟輔助油泵故障。該電廠配置的潤滑油系統(tǒng)及設(shè)備均為成熟產(chǎn)品,在其它電廠運行良好,從未發(fā)生過此故障。
2 潤滑油系統(tǒng)簡介
該電廠潤滑油系統(tǒng)主要由主油泵(MOP)、油渦輪(BOP)、集裝油箱、事故油泵(EOP)、啟動油泵(MSP)、輔助油泵(TOP)、冷油器、切換閥、止逆閥、套裝油管路、油位指示器等設(shè)備構(gòu)成,見圖 1;主油泵為單級雙吸離心式油泵,安裝于前軸承箱內(nèi),直接與汽輪機主軸聯(lián)接,由汽機轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動。它為油渦輪提供動力油;油渦輪以主油泵出口油為動力油驅(qū)動升壓泵向主油泵供油,動力油做功壓力降低后向軸承等設(shè)備提供潤滑油。調(diào)節(jié)油渦輪的節(jié)流閥、旁通閥和溢油閥,使主油泵吸油壓力在 0.1~0.15 MPa,保證軸承進油管處的壓力在 0.14 MPa 以上;冷油器為板式換熱器。一臺運行,一臺備用。它以閉式冷卻水作為冷卻介質(zhì),帶走因軸承磨擦產(chǎn)生的熱量,保證進入軸承的油溫為 40~50℃。系統(tǒng)正常運行時,系統(tǒng)中所有高壓油均由位于前軸承箱內(nèi)的主油泵提供。主油泵出來的高壓油作為油渦輪的動力油源驅(qū)動油渦輪升壓油泵從主油箱中吸油,為主油泵提供油源。主油泵高壓油通過油渦輪做功后向機組各軸承及盤車裝置、調(diào)節(jié)系統(tǒng)和氫密封系統(tǒng)供油,作潤滑、冷卻、密封等用。在機組正常運行時,需根據(jù)潤滑油母管油溫,調(diào)整冷油器的水量,控制軸承進油溫度于規(guī)定值內(nèi)。
輔助油泵、事故油泵與潤滑油母管壓力信號之間,設(shè)有聯(lián)鎖保護。汽機正常運行時,軸承進油管的油壓力不低于 0.14Mpa。當(dāng)潤滑油壓降至 0.115 Mpa 或主油泵出口油壓低于 1.205MPa時,聯(lián)啟輔助油泵并報警,同時檢查系統(tǒng)油壓降低的原因。若輔助油泵啟動后,油壓繼續(xù)下降,當(dāng)油壓繼續(xù)下降至 0.07Mpa 時,聯(lián)啟事故油泵并打閘停機。
3 原因分析
調(diào)取工程師站故障發(fā)生時的潤滑油壓力數(shù)據(jù):在故障發(fā)生前,主油泵出口油壓為 1.34MPa,潤滑油母管壓力遠傳測點位于油箱處,母管油壓為 0.32MPa,對應(yīng)的 1 號軸承處壓力為 0.26MPa;電廠在切換水泵時,先啟動備用水泵,再關(guān)閉運行水泵,在此過程中,潤滑油母管壓力瞬間發(fā)生大幅波動,主油泵出口壓力下降到 1.19MPa,此時潤滑油母管壓力(油箱處的壓力變送器顯示值)較低也下降到 0.17MPa,計算得知對應(yīng)的 1 號軸承處壓力為 0.11 MPa,主油泵出口壓力低聯(lián)啟輔助油泵后,油壓逐步恢復(fù)正常。
3.1 初步分析
通過對系統(tǒng)分析得知可能存在以下情況:
a.潤滑油聯(lián)鎖用壓力變送器誤測或壓力開關(guān)誤動作。經(jīng)過與電廠人員配合確認,儀表測量準確,
b.冷油器在水側(cè)壓力降低時,板片變形出現(xiàn)密封墊片密封不嚴,潤滑油大量泄漏到水側(cè),造成油壓下降。
c.冷油器板片強度不夠,加之板式冷油器板片數(shù)量多,加劇了壓力波動。水側(cè)切泵時,水側(cè)壓力瞬間下降時,板片變形使得潤滑油通道向水側(cè)通道擠壓,更多的潤滑油填充在新增的空間內(nèi),造成冷油器入口油壓(油渦輪出口)急劇下降,此時油渦輪前后壓差增大,通過旁通閥的油量增加,通過油渦輪節(jié)流閥的動力油量相對下降,油渦輪轉(zhuǎn)速降低,造成升壓泵壓力降低,進而使主油泵出口壓力低于 1.205MPa,聯(lián)啟輔助油泵。但從現(xiàn)場情況的檢查,潤滑油系統(tǒng)油壓測量儀合格,沒有出現(xiàn)誤測的情況;發(fā)生故障時,冷油器設(shè)備處沒有漏油和出現(xiàn)明顯變形,潤滑油箱也未出現(xiàn)油位下降的現(xiàn)象,不存在漏油情況。排除原因 a、b;故障應(yīng)為原因 c 造成。
3.2 板式冷油器結(jié)構(gòu)強度
板式冷油器板片由薄鋼板沖壓形成(見圖 2),中間帶人字形溝槽,將板片,相鄰板片溝槽交叉的地方起支撐作用。為了提高板式冷油器的換熱系數(shù),板片厚度通常很薄,通常為 0.5mm。板式冷油器由一定數(shù)量的板片交錯疊放,兩端用厚鋼板夾緊而成(見圖 3),隨著機組容量的提高,潤滑油量也越大,板式冷油器尺寸和板片數(shù)量也增大,板片與板片間的貼合更加困難,容易發(fā)生板片局部沒有貼合,沒有形成有效支撐的情況,在運行時壓力大的流體會擠壓板片,使板片變形。
所以換熱系數(shù)結(jié)構(gòu)決定了其存在先天的抗壓力變化能力不強的問題,國家能源局板式換熱器標準(NB/T-47004-2009)中對冷油器關(guān)于壓力波動有描述如下:
1:板式冷油器對冷、熱沖擊十分敏感,因此對任何流速的調(diào)整都應(yīng)緩慢進行,以免對系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。
2:閥門關(guān)閉后,泵停止運行。板式熱交換器對壓力沖擊很敏感,尤其關(guān)閉流體時,要絕對平緩的進行,防止產(chǎn)生壓力沖擊,也就是發(fā)生所說的“水錘”現(xiàn)象。
故障發(fā)生后,同知名冷油器廠家的質(zhì)量工程師及技術(shù)人員一起做了冷油器抗壓力變化試驗,要求進行雙側(cè)保壓然后一側(cè)泄壓觀測另一側(cè)壓力變化的試驗。
試驗板式冷油器技術(shù)特性:
換熱面積:210.79m3 板片數(shù)量:199冷卻水量:300t/h 潤滑油量:216 m3/h
冷卻水溫:33℃ 進出口油溫:65/45℃
試驗過程:先將板式冷油器雙側(cè)壓力打至 0.5MPa 并保壓,然后將一側(cè)的壓力瞬間泄壓(<1 秒),觀測另一側(cè)的壓力變化。試驗一共進行了兩次,結(jié)果一致。在一側(cè)泄壓后,未泄壓的一側(cè)壓力瞬間降至 0.24MPa。故障電廠冷油器面積 871m3,板片數(shù)量:448 片,同試驗冷油器相比,面積和板片數(shù)量大很多,壓力降更為明顯。
3.3 水側(cè)壓力波動分析
電廠運行人員確認,冷卻水切泵過程嚴格按照操作規(guī)程,先啟動備用泵,再停運行泵,但依然出現(xiàn)了水側(cè)壓力突變的情況,用通過現(xiàn)場查看,冷卻水系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)閥沒有選用調(diào)節(jié)性能良好的直通式,而是采用了氣動偏心旋轉(zhuǎn)閥,其調(diào)節(jié)性能不足可能導(dǎo)致的壓力的波動。
通過在工程師站調(diào)取水側(cè)調(diào)節(jié)閥的開度數(shù)據(jù),可以看出在切泵過程中的 30 秒內(nèi),調(diào)閥門開度從 30%到 50%之間反復(fù)跳動,從而使冷油器水側(cè)壓力產(chǎn)生急劇波動,影響冷油器油側(cè)壓力,較終造成聯(lián)啟輔助油泵的故障。油壓波動為水壓波動的聯(lián)鎖反應(yīng),水側(cè)壓力波動為主因誘發(fā)了油側(cè)的壓力波動,對比其它電廠,其它電廠在潤滑油水側(cè)設(shè)置的調(diào)節(jié)閥為直通式,調(diào)節(jié)性能良好,并沒有出現(xiàn)類似情況。
4 防范措施
在含有板式冷油器的潤滑油系統(tǒng)中,水側(cè)壓力調(diào)節(jié)閥盡量選用調(diào)節(jié)性能較好的直通式調(diào)節(jié)閥,在水側(cè)切泵的時候嚴格按照 NB/T-47004-2009 中的要求緩慢調(diào)整;防止大幅度的壓力波動。
潤滑油壓力波動由板式冷油器關(guān)聯(lián)冷卻水系統(tǒng)引起的比較少見,板式冷油器冷卻水系統(tǒng)的性能容易被忽視;與潤滑油系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)性能必須得到足夠的重視,才能減少潤滑油系統(tǒng)故障的發(fā)生,保障汽輪機組的安全性。