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。

 

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