引言
現(xiàn)階段新建機組冷卻水系統(tǒng)一般采用板式冷卻器,因為雖然管殼式熱交換器運行可靠,檢修方便,但設備體積較龐大,原材料成本較大,且管式冷卻器龐大的容積相應增加了開式冷卻水泵的容量,提高了水泵的投資:而板式熱交換器優(yōu)點是傳熱系數(shù)高,結(jié)構(gòu)緊湊,檢修場地小,開式水量需求量少,從而能減小開式水泵容量。
1設備概況
某發(fā)電廠1000Mw超超臨界機組閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)配置兩臺100%容量板式熱交換器(AРV,型號CZ155)、兩臺臥式離心閉冷水泵(上海阿波羅,型號400CS-45),向機組各主輔設備提供冷卻用水,系統(tǒng)母管壓力為0.65MРa。
該廠汽動給水泵由杭汽廠HMS500D型小機驅(qū)動,小機油系統(tǒng)采用集塊化油站,油泵、冷油器、濾網(wǎng)均包括在內(nèi)。油系統(tǒng)不但提供小機和給水泵的潤滑用油,還提供小機主汽門、調(diào)門的動力油、控制油,如圖1所示。
(1)調(diào)節(jié)、控制油:主油泵出口二調(diào)節(jié)油濾網(wǎng)二蓄能器二高/低壓汽門組、打閘裝置和安全油控制塊。
(2)潤滑油:主油泵出口二潤滑油壓調(diào)節(jié)閥二潤滑油冷油器二潤滑油濾網(wǎng)二小機、給水泵軸瓦及盤車裝置潤滑油。
小機油系統(tǒng)潤滑油采用板式冷油器,為一用一備。每個冷油器的冷卻面積為34.3m2,能夠保證在冷卻水進水溫度低于38℃時潤滑油油溫低于48℃。冷油器型號N35-MGS-10/3。
2異常情況
運行人員在執(zhí)行閉冷泵B切A定期工作時,停用B閉冷泵后,閉冷水母管壓力由0.83MРa降至0.47MРa,隨后恢復至0.65MРa,同時亮A、B小機油系統(tǒng)故障光字牌,檢查發(fā)現(xiàn)A小機油系統(tǒng)控制油壓力低,B小機直流油泵聯(lián)啟,潤滑油母管壓力為0.3MPa,控制油壓力為1.82MPa,初步判斷為閉冷泵切換引起B(yǎng)小機潤滑油壓低導致直流油泵聯(lián)啟。巡檢至就地檢查無異常后嘗試停用B小機直流油泵,潤滑油母管壓力降至0.14MPa,直流油泵再次啟動。匯報專工后就地逐步開啟B小機直流油泵再循環(huán)門,潤滑油母管壓力由0.3MPa降至0.19MPa,直流油泵出口壓力降至0.1MPa,直流油泵電流由37A降至15A,停用直流油泵后,將再循環(huán)門關閉,投入B小機直流油泵聯(lián)動。
3原因分析
3.1閉冷泵切換時小機直流油泵為何聯(lián)啟
經(jīng)檢查,小機直流潤滑油泵聯(lián)啟是因為小機潤滑油系統(tǒng)壓力開關動作(潤滑油壓低聯(lián)動的潤滑油壓力開關在0m,一次門取在油站潤滑油濾網(wǎng)后,定值為0.265MPa)。次日檢修人員檢查A、B小機直流油泵壓力開關測點未見異常,確認直流油泵聯(lián)啟為系統(tǒng)油壓波動造成。
當時機組工況穩(wěn)定,且潤滑油系統(tǒng)無任何操作,運行僅對閉冷水系統(tǒng)設備進行了操作。這兩個系統(tǒng)相聯(lián)系的設備僅有潤滑油冷油器,因此故障分析的焦點就集中到該冷油器上。
潤滑油冷油器為板式冷油器,由固定夾板、上導桿、下導桿、活動板、板片、螺栓、螺母等組成,如圖2所示,板片都裝在框架上,每塊板片都配有橡膠密封墊片,相鄰板片之間的旋轉(zhuǎn)角度為1809,板束由一些壓緊螺柱和螺母壓緊。每兩片板片的間隔中流動著潤滑油和冷卻水,當固定夾板和活動板之間距離固定后,油側(cè)容積V1和水側(cè)容積V2之和V是固定不變的,當水側(cè)壓力急劇變化時,原先板片間的平衡被破壞,為了達到新的壓力平衡點,水側(cè)容積V2必然要變化,V1=V-V2同步變化,冷油器油側(cè)容積V1的變化又導致了油壓波動。正是由于閉冷泵切換過程中閉冷水壓瞬間波動過大,才引發(fā)了油壓波動,小機直流潤滑油泵聯(lián)動。
為驗證上述猜測,調(diào)用了本次閉冷泵切換的歷史曲線,如圖3所示。
從曲線分析整個調(diào)泵過程數(shù)據(jù)如表1所示,可以看出,在并泵過程中閉冷水壓力由0.66MPa最高上升至0.83MPa,后基本穩(wěn)定在0.78MPa,由于A閉冷泵啟動后泵出口門聯(lián)開,出口門從關閉到開啟需要一定時間,所以對閉冷水壓力的沖擊并不算太劇烈。但停泵過程中停用泵出口逆止門的關閉是瞬間完成的,閉冷水必須經(jīng)過一個倒流的過程才能使泵出口逆止門關閉,因此閉冷水壓力必然經(jīng)過一個瞬間下跌再回升的過程,閉冷水壓力由0.78MPa瞬間最低下跌至0.47MPa,對整個閉冷水系統(tǒng)的沖擊很大,閉冷水壓力波動導致冷油器油、水側(cè)空間的急劇變化,造成了油壓波動,此時B小機直流油泵聯(lián)啟。但從曲線上看,小機潤滑油壓力并未明顯波動,可能原因:(1)上述分析錯誤:(2)由于時間短,參數(shù)變化劇烈,系統(tǒng)并未采集到油壓波動數(shù)據(jù),但油壓已下降至開關量動作值:(3)DCS系統(tǒng)小機潤滑油壓取點與就地油壓開關量取點不一致,造成參數(shù)反映與變化不一致。
經(jīng)過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),DCS小機潤滑油壓測點取在17m小機運轉(zhuǎn)層,而引起油壓低聯(lián)動直流油泵的壓力開關在0m油站(定值為0.265MPa),取在潤滑油濾網(wǎng)后且為就地硬接線回路,兩者高度相差17m,存在0.17MPa的靜壓差。因此0m潤滑油壓開關距潤滑油冷油器較近,能更快、更劇烈地反映潤滑油壓的變化,而DCS上油壓測點在17m,反應慢,變化也不大。
為進一步驗證閉冷水壓與油壓波動之間的關系,第二天,檢修對B汽泵小機運行側(cè)冷油器板片進行了復緊,并對使用閉冷水的各板式冷卻器進行檢查,調(diào)整確認其壓緊螺柱工作正常,固定夾板和活動板間距離在制造廠規(guī)定范圍內(nèi)。之后做同樣的切換試驗,派人現(xiàn)場觀察并記錄小機潤滑油濾網(wǎng)后油壓的變化,以得到更準確的數(shù)據(jù),同時還在就地對主機油壓、定冷水壓進行了監(jiān)視,數(shù)據(jù)如表2所示。
此次備用泵及直流油泵并未聯(lián)動,從表2數(shù)據(jù)可以明顯得出以下結(jié)論:(1)閉冷水壓力的波動是導致潤滑油壓波動的原因:(2)閉冷水壓力瞬間下降導致冷油器水側(cè)通路收縮,油側(cè)通路膨脹,造成潤滑油壓下降。
使用閉冷水冷卻的定冷水壓力波動與潤滑油壓的變化趨勢一致,因此也可以得出結(jié)論:汽泵小機直流潤滑油泵聯(lián)動的原因是閉冷水壓力的異常下降。
3.2小機直流油泵停用后為何再次聯(lián)動
通過圖3歷史曲線查直流油泵啟、停前后的潤滑油壓變化情況如表3所示。
起初認為是由于直流油泵出口逆止門關不嚴造成停泵后潤滑油系統(tǒng)油壓下跌過多,但次日檢修檢查油泵出口逆止門動作正常,該原因排除。
正常運行時,潤滑油由運行的主油泵通過潤滑油壓調(diào)節(jié)閥節(jié)流后提供,其屬于自力式壓力調(diào)節(jié)閥,通過調(diào)節(jié)下部彈簧緊力可以整定潤滑油壓。調(diào)節(jié)閥上部腔室為調(diào)節(jié)閥下游的潤滑油壓,向下關小調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)閥下部彈簧力向上開大調(diào)節(jié)閥,兩者相互作用,達到動態(tài)平衡。當潤滑油壓(即調(diào)節(jié)閥上部的油壓)下降,彈簧力大于上部的油壓力,調(diào)節(jié)閥向上開大,使得下游潤滑油壓上升,直至兩者重新平衡。
當直流油泵啟動后,由于其出力較高,潤滑油母管壓力上升(達0.31MPa),雖然此時潤滑油已經(jīng)是由直流油泵供給,但潤滑油壓調(diào)節(jié)閥仍然在工作,此時上部的潤滑油壓大于彈簧緊力,調(diào)節(jié)閥向下關小(就地測量行程約2mm)。直流油泵停用瞬間,潤滑油壓下降,潤滑油壓調(diào)節(jié)閥反向動作,向上開大,潤滑油壓上升,但是,由于調(diào)節(jié)閥的動態(tài)特性,閥門開啟總有一定的時間,潤滑油壓無法瞬間恢復,潤滑油壓低(達0.126MPa),就地潤滑油壓力開關聯(lián)直流油泵開關量動作,直流油泵重新聯(lián)動。
因此,小機直流油泵出力過大,潤滑油調(diào)節(jié)閥回座慢,動態(tài)特性變差,是造成直流油泵停用后再次聯(lián)動的主要原因。
4防范措施
小機直流油泵異常聯(lián)動的原因:一是閉冷水壓力異常波動,引起油壓異常波動:二是直流油泵出力過大,調(diào)壓閥動作特性差,造成油壓下降后恢復過慢。為防止閉冷水壓及油壓的急劇波動,目前可以采取以下措施:
(1)建議采用關門后停泵方式。目前只有關出口門啟泵的邏輯,由于閉冷泵運行閉鎖關出口門,因此無法關出口門后停泵,建議增加此邏輯。
(2)聯(lián)系檢修對現(xiàn)場所有板式冷卻器的螺栓進行復緊,提高板片的剛度。第二天,經(jīng)過現(xiàn)場復緊,調(diào)泵時未再發(fā)生備用泵及直流油泵聯(lián)動。
(3)對板式冷卻器板片材料進行改進,進一步提高剛度。
(4)考慮在閉冷泵進出口加裝溢流閥及管路,降低閉冷水壓力波動幅度。
(5)閉冷泵切換前適當開大閉冷水再循環(huán)調(diào)整器,適當降低閉冷水母管壓力。
(6)汽泵小機直流油泵出力較大,啟動后會造成交流油泵出口至潤滑油調(diào)節(jié)門關閉較小,當直流油泵停用后,來不及恢復,造成潤滑油壓下跌較多,直流油泵再次聯(lián)啟。針對此情況,汽泵小機直流油泵增加了再循環(huán)門,正常試轉(zhuǎn)時開再循環(huán)、關出口門,從而避免了對潤滑油母管壓力的影響。
(7)正常運行中直流油泵啟動后,應先緩慢開啟再循環(huán),注意潤滑油壓,讓其出口壓力低于油站出口潤滑油總管壓力,此時再停直流油泵,就對系統(tǒng)無影響。
(8)建議以后對小機直流油泵進行改造,適當降低出力。
(9)定期檢查潤滑油調(diào)壓閥機械性能,及時更換,以保證潤滑油壓力的調(diào)節(jié)。
5結(jié)語
本文通過對汽泵小機潤滑油直流油泵異常聯(lián)動的原因進行分析,確定了閉冷水壓力波動對板式冷油器內(nèi)部通路體積有影響,從而引起油壓變化,這為今后汽輪機油系統(tǒng)安全運行提供了寶貴經(jīng)驗,同時可針對性地進行相關技改。
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