18PA6B柴油機(jī)高低溫水箱頻繁液位報(bào)警問題分析及處理

引言

某核電廠應(yīng)急柴油機(jī)選用陜西柴油重工集團(tuán)組裝的18PA6B機(jī)型,輔機(jī)系統(tǒng)包括燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、啟動(dòng)壓空系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng),其中冷卻水系統(tǒng)分為高溫水系統(tǒng)和低溫水系統(tǒng),高溫水主要用于冷卻柴油機(jī)的缸套、缸蓋、一級(jí)空冷器,低溫水系統(tǒng)主要用于冷卻滑油及二級(jí)空冷器。

該核電廠在柴油機(jī)系統(tǒng)移交生產(chǎn)后,頻繁出現(xiàn)高低溫水膨脹箱低液位報(bào)警現(xiàn)象,補(bǔ)水后很短一段時(shí)間內(nèi)該現(xiàn)象會(huì)再次出現(xiàn),造成了運(yùn)行負(fù)擔(dān)。最終查明原因?yàn)樗到y(tǒng)高點(diǎn)集氣,通過增加排氣閥解決了問題。

1問題的出現(xiàn)及潛在原因

核電廠應(yīng)急柴油機(jī)主要功能為在全廠失電工況下,為廠內(nèi)必要的負(fù)荷提供電源。在AP1000項(xiàng)目中,應(yīng)急柴油機(jī)不提供核安全相關(guān)功能,為非核級(jí)備用柴油機(jī),僅提供縱深防御相關(guān)功能,但是仍為廠內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備。

每臺(tái)備用柴油機(jī)配備多個(gè)輔機(jī)子系統(tǒng),這些子系統(tǒng)對(duì)于柴油機(jī)的運(yùn)行是必須的,具體包括燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、啟動(dòng)壓空系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)。其中柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)的功能為:柴油機(jī)運(yùn)行期間,通過強(qiáng)制循環(huán)將柴油機(jī)及其輔助設(shè)備的熱量傳遞到風(fēng)冷散熱器,風(fēng)冷散熱器再將熱量散發(fā)到大氣中去,從而使柴油機(jī)潤(rùn)滑油及本體工作部件的工作溫度維持在安全限值之內(nèi)。冷卻水系統(tǒng)分為高溫水和低溫水兩個(gè)系統(tǒng),高溫水系統(tǒng)主要冷卻柴油機(jī)的缸套、缸蓋、一級(jí)空冷器,低溫水系統(tǒng)主要冷卻滑油及二級(jí)空冷器。該核電廠1號(hào)機(jī)備用柴油機(jī)A/B在移交生產(chǎn)后多次出現(xiàn)高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報(bào)警。此報(bào)警多次出現(xiàn),均在備用柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后,導(dǎo)致運(yùn)行人員需頻繁補(bǔ)水,增加了運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

據(jù)初步分析,18PA6B備用柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)主要包含以下幾個(gè)重要組成部分:高溫水泵、低溫水泵、風(fēng)冷散熱器、恒溫閥、水處理箱、高低溫水膨脹箱、隔離閥、高溫水/滑油換熱器、高溫水電加熱器、高低溫水管路。日常熱備用期間高溫水電動(dòng)泵保持運(yùn)行,恒溫三通閥僅兩個(gè)閥口打開,低溫水泵為機(jī)帶泵(凸輪軸驅(qū)動(dòng)),僅在柴油機(jī)啟動(dòng)后運(yùn)行,因此平常熱備用期間高溫水部分回路打循環(huán),低溫水回路無循環(huán),現(xiàn)場(chǎng)高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報(bào)警均是在啟機(jī)后出現(xiàn),可能與水系統(tǒng)循環(huán)有關(guān)。

首先初步判斷篩選出造成高低溫水膨脹箱頻繁報(bào)警的所有可能原因有五個(gè):第一,高低溫水系統(tǒng)存在外部滲漏點(diǎn)或者存在溢流,平常存在少量滲漏或溢流,啟機(jī)后系統(tǒng)壓力升高,滲漏量增大,導(dǎo)致高低溫水膨脹箱液位下降:第二,高低溫水系統(tǒng)在柴油機(jī)內(nèi)部存在漏點(diǎn),冷卻液滲入滑油系統(tǒng)中:第三,高低溫水在日常取樣過程中存在大量消耗:第四,高低溫水系統(tǒng)中無專門的排氣閥,管路系統(tǒng)高點(diǎn)存在集氣現(xiàn)象,日常熱備用期間始終無法有效靜態(tài)排氣,只能通過啟動(dòng)后實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)排氣,空氣排除后,冷卻液整體容積下降,導(dǎo)致高低溫水膨脹箱液位下降:第五,高低溫水膨脹箱液位計(jì)故障,讀數(shù)不準(zhǔn)確,所以導(dǎo)致頻繁誤報(bào)。

2原因排查與分析

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)上述五種可能的原因逐一進(jìn)行了排查。在每次季度試驗(yàn)期間目視檢查了兩臺(tái)機(jī)高低溫水系統(tǒng)所有位置,發(fā)現(xiàn)并不存在任何滲漏或溢流現(xiàn)象,因此排除了第一種可能的原因。

而針對(duì)第二種原因,實(shí)際上如果高溫水大量滲漏到滑油中,滑油黏度會(huì)大幅下降,從而使柴油機(jī)產(chǎn)生機(jī)械故障,嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生拉缸抱缸,但實(shí)際上兩臺(tái)機(jī)組每次運(yùn)行期間工藝參數(shù)一切正常,也無異常振動(dòng)、噪聲等。觀察油底殼液位也無明顯異常變化,而跟蹤對(duì)比歷次滑油取樣分析數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)滑油的水分含量無異常,也無明顯異常變化。具體取樣化驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

針對(duì)第三種原因,經(jīng)過調(diào)研跟蹤每次取樣過程,發(fā)現(xiàn)每次取樣的水量較少,基本在500mL左右,取樣頻度為3個(gè)月,而高低溫水系統(tǒng)的總?cè)莘e均在2m3以上,取樣的量對(duì)于整體容量來說微不足道,因此不是頻繁報(bào)警的主要原因。

針對(duì)第五個(gè)原因,每次報(bào)警時(shí)檢查測(cè)量實(shí)際水位發(fā)現(xiàn)液位計(jì)讀數(shù)準(zhǔn)確,與實(shí)際液位相符,液位計(jì)接線正常準(zhǔn)確,因此第五個(gè)可能原因也已排除。

至此只剩下第四個(gè)原因,因每次水系統(tǒng)補(bǔ)水活動(dòng)不可避免地會(huì)進(jìn)入部分空氣,高低溫水系統(tǒng)管路中會(huì)殘留大量空氣,最后空氣集中在整個(gè)系統(tǒng)的最高點(diǎn)位置。整個(gè)高低溫水系統(tǒng)基本為封閉系統(tǒng),僅高低溫水膨脹箱有氣口與大氣聯(lián)通(圖2為高低溫水膨脹箱外形圖),在熱備用期間,低溫水回路及高溫水部分回路未進(jìn)行循環(huán),無法有效將管路內(nèi)部的空氣排放至大氣,而在柴油機(jī)啟機(jī)運(yùn)行后,高溫水和低溫水系統(tǒng)有效打循環(huán),部分空氣通過膨脹箱氣口排放至大氣,整個(gè)水系統(tǒng)容積減少,膨脹箱液位降低。因此,每次備用柴油機(jī)A運(yùn)行之后均會(huì)

出現(xiàn)膨脹箱液位低報(bào)警。

圖2高低溫水膨脹箱外形示意圖

3問題處理

基本判斷得出了唯一可能的原因后,該核電廠通過設(shè)計(jì)變更在整個(gè)柴油機(jī)高低溫水系統(tǒng)的高點(diǎn),也就是屋頂散熱器處增加了排氣閥,在每次補(bǔ)水期間通過打開排氣閥徹底排出系統(tǒng)中的空氣。增加排氣閥后,通過一年多的觀察,發(fā)現(xiàn)高低溫水膨脹箱液位頻繁報(bào)警的現(xiàn)象不再出現(xiàn),問題已解決。

4結(jié)語

通過增加排氣閥后的長(zhǎng)期觀察,確認(rèn)該核電廠高低溫水膨脹箱頻繁出現(xiàn)液位報(bào)警的原因?yàn)楣苈废到y(tǒng)高點(diǎn)存在集氣現(xiàn)象,日常熱備用期間始終無法有效靜態(tài)排氣,每次柴油機(jī)啟動(dòng)后高低溫水充分循環(huán),實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)排氣,空氣排除后,冷卻液整體容積下降,導(dǎo)致高低溫水膨脹箱液位下降。后來類似的情況也出現(xiàn)在該核電廠小型輔助柴油機(jī)冷卻水管路中,在冬季啟機(jī)前投入冷卻水回路電加熱器后機(jī)體溫度未上升,無法達(dá)到暖機(jī)效果。經(jīng)檢查,自管路高點(diǎn)開始加熱器另一側(cè)溫度無法正常上升,檢查管路高點(diǎn)集氣,排氣后問題解決。因此,該問題一定程度上具有普遍意義,從減輕核電廠運(yùn)行人員負(fù)擔(dān)的角度來看,可在柴油機(jī)冷卻水回路高點(diǎn)增加排氣設(shè)施。