故障現象

某電廠 1000MW 機組，潤滑油系統采用主油泵、油渦輪的配置方案，在故障發生前，潤滑油系統各測點壓力正常；切換板式冷油器水側水泵時按照規程先啟動備用水泵，再關閉運行水泵，但還是發生潤滑油壓力波動聯啟輔助油泵故障。該電廠配置的潤滑油系統及設備均為成熟產品，在其它電廠運行良好，從未發生過此故障。

 

2 潤滑油系統簡介

該電廠潤滑油系統主要由主油泵（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、油位指示器等設備構成，見圖 1；主油泵為單級雙吸離心式油泵，安裝于前軸承箱內，直接與汽輪機主軸聯接，由汽機轉子直接驅動。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備提供潤滑油。調節油渦輪的節流閥、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，帶走因軸承磨擦產生的熱量，保證進入軸承的油溫為 40~50℃。系統正常運行時，系統中所有高壓油均由位于前軸承箱內的主油泵提供。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、調節系統和氫密封系統供油，作潤滑、冷卻、密封等用。在機組正常運行時，需根據潤滑油母管油溫，調整冷油器的水量，控制軸承進油溫度于規定值內。

輔助油泵、事故油泵與潤滑油母管壓力信號之間，設有聯鎖保護。汽機正常運行時，軸承進油管的油壓力不低于 0.14Mpa。當潤滑油壓降至 0.115 Mpa 或主油泵出口油壓低于 1.205MPa時，聯啟輔助油泵并報警，同時檢查系統油壓降低的原因。若輔助油泵啟動后，油壓繼續下降，當油壓繼續下降至 0.07Mpa 時，聯啟事故油泵并打閘停機。

 

3 原因分析

調取工程師站故障發生時的潤滑油壓力數據：在故障發生前，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，再關閉運行水泵，在此過程中，潤滑油母管壓力瞬間發生大幅波動，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，計算得知對應的 1 號軸承處壓力為 0.11 MPa，主油泵出口壓力低聯啟輔助油泵后，油壓逐步恢復正常。

 

3.1 初步分析

通過對系統分析得知可能存在以下情況：

a.潤滑油聯鎖用壓力變送器誤測或壓力開關誤動作。經過與電廠人員配合確認，儀表測量準確，

b.冷油器在水側壓力降低時，板片變形出現密封墊片密封不嚴，潤滑油大量泄漏到水側，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量多，加劇了壓力波動。水側切泵時，水側壓力瞬間下降時，板片變形使得潤滑油通道向水側通道擠壓，更多的潤滑油填充在新增的空間內，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，通過油渦輪節流閥的動力油量相對下降，油渦輪轉速降低，造成升壓泵壓力降低，進而使主油泵出口壓力低于 1.205MPa，聯啟輔助油泵。但從現場情況的檢查，潤滑油系統油壓測量儀合格，沒有出現誤測的情況；發生故障時，冷油器設備處沒有漏油和出現明顯變形，潤滑油箱也未出現油位下降的現象，不存在漏油情況。排除原因 a、b；故障應為原因 c 造成。

 

3.2 板式冷油器結構強度

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，板片厚度通常很薄，通常為 0.5mm。板式冷油器由一定數量的板片交錯疊放，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量也增大，板片與板片間的貼合更加困難，容易發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。

所以換熱系數結構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整都應緩慢進行，以免對系統產生沖擊。

2:閥門關閉后，泵停止運行。板式熱交換器對壓力沖擊很敏感，尤其關閉流體時，要絕對平緩的進行，防止產生壓力沖擊，也就是發生所說的“水錘”現象。

 

故障發生后，同知名冷油器廠家的質量工程師及技術人員一起做了冷油器抗壓力變化試驗，要求進行雙側保壓然后一側泄壓觀測另一側壓力變化的試驗。

試驗板式冷油器技術特性：

換熱面積：210.79m3 板片數量：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壓力打至 0.5MPa 并保壓，然后將一側的壓力瞬間泄壓（<1 秒），觀測另一側的壓力變化。試驗一共進行了兩次，結果一致。在一側泄壓后，未泄壓的一側壓力瞬間降至 0.24MPa。故障電廠冷油器面積 871m3，板片數量：448 片，同試驗冷油器相比，面積和板片數量大很多，壓力降更為明顯。

 

3.3 水側壓力波動分析

電廠運行人員確認，冷卻水切泵過程嚴格按照操作規程，先啟動備用泵，再停運行泵，但依然出現了水側壓力突變的情況，用通過現場查看，冷卻水系統中的壓力調節閥沒有選用調節性能良好的直通式，而是采用了氣動偏心旋轉閥，其調節性能不足可能導致的壓力的波動。

 

通過在工程師站調取水側調節閥的開度數據，可以看出在切泵過程中的 30 秒內，調閥門開度從 30%到 50%之間反復跳動，從而使冷油器水側壓力產生急劇波動，影響冷油器油側壓力，較終造成聯啟輔助油泵的故障。油壓波動為水壓波動的聯鎖反應，水側壓力波動為主因誘發了油側的壓力波動，對比其它電廠，其它電廠在潤滑油水側設置的調節閥為直通式，調節性能良好，并沒有出現類似情況。

 

4 防范措施

在含有板式冷油器的潤滑油系統中，水側壓力調節閥盡量選用調節性能較好的直通式調節閥，在水側切泵的時候嚴格按照 NB/T-47004-2009 中的要求緩慢調整；防止大幅度的壓力波動。

 

潤滑油壓力波動由板式冷油器關聯冷卻水系統引起的比較少見，板式冷油器冷卻水系統的性能容易被忽視；與潤滑油系統關聯的系統性能必須得到足夠的重視，才能減少潤滑油系統故障的發生，保障汽輪機組的安全性。

 

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