YCR-Ⅲ-7780型油凈化裝置進油系統異常原因分析及處理

郝云馮

（湖北省電力建設第二工程公司，湖北武漢 430074）

YCR-Ⅲ-7780型油凈化裝置進油系統異常原因分析及處理

郝云馮

（湖北省電力建設第二工程公司，湖北武漢 430074）

通過分析某廠YCR-Ⅲ-7780型油凈化裝置不能正常投運的原因，提出了相應的處理方案，取得了良好的效果。

電廠；油凈化裝置；透平油

0 前言

高速旋轉的的汽輪機，其動靜部分必須留有一定的間隙，為了減小泄漏，必須安裝防止蒸汽泄漏的裝置來提高汽輪機的工作效率，這種裝置通常稱為汽封。由于汽封間隙的存在，部分蒸汽不可避免地會從汽封處泄漏出來，通過油封進入軸瓦，從而進入油系統，當泄漏量比較大時，如果透平油內水分不能夠得到及時的去除，透平油就會產生乳化現象，油質受到破壞。油凈化裝置可以有效去除透平油中的水分及固體顆粒，提高油質水平，確保機組的正常安全穩定運行。

1 系統簡介

某4×300 MW機組的油凈化裝置采用楊中市中能電力設備制造廠生產的YCR-Ⅲ-7780型油凈化裝置，其凈化能力達到7 800 L∕h，凈化后的潤滑油含水率≤0.03%，過濾精度為＞25μm雜質無，5～15μm雜質去除率＞98%，凈化后油樣等級達到NSA標準T級，SAE標準4級。透平油系統油凈化裝置原理圖如圖1所示。

圖1 油凈化裝置原理圖

油從主油箱來，進入油凈化裝置腔室B底部，油通過多層透析層，由下向上運動，在運動過程中，水由于比油重，在重力的作用下通過透析板向下流入油凈化裝置底部，而油由于比水輕，在浮力的作用下則向上運動漫過隔板進入另一腔室C中，被油泵抽走。凈化油箱外的自動排水器與凈化油箱相連通，自動調節器為一根中空的絲桿，可以調整深度，凈化油箱內部的油水總深度是確定的，在凈化油箱底部預先裝一定高度的水，在連通管的作用下，通過調整自動排水器的深度，使凈化油箱內的油、水位和凈化油箱外的自動排水器水位達到一個平衡點，當油中析出水分時，凈化油箱內的水位高于設計值，則凈化油箱內的油水總壓力大于凈化油箱外的自動排水器水位，凈化油箱底部的水份在壓力的作用下，進入通過自動排水器的中孔溢出，排到地溝，直到凈化油箱內的水位達到設計值為止。

2 存在的問題

該廠4臺機組油凈化裝置在運行過程中，多次出現油凈化裝置的進油管無來油，導致油凈化系統不能投運的現象，為了保證油質，不得不外接臨時濾油機濾油，造成了物力和人力資源的浪費，同時也增大了漏油的風險。

3 原因分析

油凈化裝置系統圖如圖2所示，透平油從主油箱內通過—流量控制器進入到油凈化裝置，凈化后的透平油通過—齒輪油泵輸送回主油箱。其中流量控制器的安裝位置略高于主油箱最低設計油位，在連通管的作用可以使主油箱的透平油在重力的作用下自動進入油凈化裝置，在主油箱油位過低時，可以自動關閉，從而確保主油箱運行油位維持在安全高度以上。

圖2 油凈化裝置系統圖

檢修人員首先懷疑是流量控制器的安裝位置過高，主油箱中的油位低于流量控制器進油管的高度，導致流量控制器的進油管無來油。檢修人員在機組運行狀態下作了一些現場測量。如圖2所示，現場的測量結果：H1=500 mm，H2= 780 mm，H2-H1=280 mm。根據連通器原理，油凈化裝置進油管應該有油流出。為了查清楚進油管不出油的原因，檢修人員往主油箱中適量加油，當加油至H1=360 mm，既ΔH靜=H2-H1=420 mm時，油凈化裝置進油管開始有油流出，由于油凈化裝置本身有一定的容量，此時主油箱油位也慢慢下降，最終穩定在H1=420 mm左右位置，即ΔH動= H2-H1=360 mm，此時系統達到一個平衡點。在整個試驗過程中，流量控制器的排空閥始終開啟，且往主油箱中加油至H1=420 mm時，油凈化裝置進油管并沒有油流出現。

針對這種情況，檢修人員根據主油箱結構和透平油運行情況等幾個方面分析了原因。

主油箱內介質流向示意圖如圖3所示，整個主油箱由中間隔板分為回油區和非回油區兩個區域，套裝油管內的透平油通過回油區的兩個回油濾網，由中間隔板底部靠B側的一個孔M流進非回油區。顯而易見，在回油區，透平油整體上是由A側流向B側（假設此流速為V1）。

圖3 主油箱內介質流向示意圖

套裝油管內的透平油從12 m層沿回油套管以極高的流速落到大約3 m層的主油箱回油區，并沿回油通道旋轉流入油箱時，由于透平油的粘性，必將帶動油箱回油區的透平油隨之旋轉，在點C處形成一個垂直于油凈化裝置取油管方向的的流速V2。這樣在點C處形成一個較復雜的流場。由于取油口的管道方向與x軸同向，可以看作沿y和z方向流動流體的法線，而流體沿法線方向的壓強梯度為0，故此處的流場可簡化為沿x方向的一維流動，且流體流動的方向與油凈化裝置的進油方向相反。假設此處的流速為V1。

這種情況類似于測量一條管道內流體壓力，對于壓力取樣管道管口與流體流動方向的不同，分別對應著不同的P值。壓力取樣管道管口在不同流體流動方向下的P值示意圖如圖4所示。

通過現場測量還發現，在機組運行過程中，主油箱回油區的油位與非回油區的油位之間存在一個油位差△h1（回油區油位高），現場測量結果△h1＝230 mm。這說明透平油在由回油區穿過濾網進入非回油區時要損失一部分壓頭△H1。由于透平油在由回油區穿過濾網進入取油口C時，也必然要一部分壓頭△h1，這一部分損失的壓頭大小大致應該和△h1相近。即：△h1＝△H1＝230 mm。

圖4 壓力取樣管道管口在不同流體流動方向下的P值示意圖

油在管道中流動時，由于透平油粘度較大，還有一部分沿程能量損失hf：

油由管道進入流量控制器時，由于截面的突然擴大，還有一個局部損失hj：

式中A1為管道截面積，A2為流量控制器的截面積，V為流體在管道內的流速。

如圖2所示，油凈化裝置的取油口C點位于回油區A側，靠近回油濾網處的主油箱箱壁上。現在，取油凈化裝置取油口處的截面C作為研究對象，對點C作x軸方向的受力分析，假設C點處靠主油箱側的壓力為P+，C點處靠流量控制器側的壓力為P-，P1為主油箱上部壓力，P2為流量控制器上部壓力，h1為主油箱相對油位，h2為流量控制器相對油位，如圖2所示，則有：

由于閥門1是始終處于開啟狀態，即流量控制器的上部和主油箱上部是相連通的，即有：

要使流體在流量控制器和主油箱之間的連通管內開始流動，必須有：

把式（6）、（7）、（8）代入式（9），即有

當△h靜滿足式（10）式要求時，透平油就可以通過流量控制器與主油箱之間的連通管道進入油凈化裝置，根據實際測量，當△h靜≥420 mm時，流量控制器中有透平油流動，既要想保證油凈化裝置開始投入正常運行，必須保證主油箱和流量控制器之間的液位高差△h靜≥420 mm。

當油凈化裝置開始投入正常運行時，流量控制器內的透平油開始流動，如圖3所示，此時C點有一個沿-X方向的流體流速V，則點C處沿X方向的V1必然在減小，而且隨著流體的不斷流動，hj、hf也會有一個逐漸減小的過程，最后趨向于穩定在一個比較小的數值。

同時在流量控制器中，當出油管的油在重力作用下流走時，流量控制器內上方的油就向下流動以來補充，流量控制器內流體壓力示意圖如圖5所示。此時E面在P2的作用下有下降的趨勢。但因為流量控制器與主油箱頂部之間的連通管較小，圓周與面積比4πD∕πD2＝4∕D較大，透平油與該連通管子之間產生一個比較大的向上粘滯力P3，此時公式（7）變為：

圖5 流量控制器內流體壓力示意圖

即P-減少。把式（6）、（11）、（8）代入式（9），即有

相對于油凈化裝置投入的初期階段，V1、hf、hJ都有一定程度的下降，所以△h動比△h靜要小。所以在油凈化裝置正常投運后，即使主油箱和流量控制器之間的液位高差＜420 mm，油凈化裝置進油管道依舊有油流出，即油凈化裝置就能夠正常運行。

根據現場實際測量結果顯示：當油凈化裝置在運行狀態下，只要維持主油箱和流量控制器之間的液位高差△h動≥360 mm，油凈化裝置就能夠正常運行。

4 對策分析

以上通過理論結合實際分析了油凈化裝置進油系統異常現象產生的原因，根據現場的實際情況，可以有以下幾種方案來消除油凈化裝置進油系統運行不正常的缺陷。

（1）降低h2

降低h2，則△h靜可以得到提高，但是必須通過反復試驗來確定h2的最恰當位置，當h2的數值過低時，可能造成主油箱的透平油大量進入油凈化裝置，造成主油箱內油位過低，會給機組帶來不安全因素。

（2）提高h1

提高h2也是提高△h靜的一個途徑，由于主油箱的容積是不變的，在機組運行時，大量透平油在系統中循環，此時的h1運行比較低，當機組停止運行后，油系統不再運行，運行過程中流動在軸承座、管道等處中的大量透平油進入主油箱，此時的H1停運會比有h1運行一個較大的提高，如果h1運行調整不當，當油系統停運后，h1停止比較高，可能會造成主油箱漫油事件的發生。

（3）對油凈化裝置取油口做適當變更，使從套裝油管內落下的透平油流動方向與進入流量控制器的流體方向一致，增大P+，此時式（6）變更為：

式（10）變更為：

為了實現套裝油管內落下的透平油流動方向與進入流量控制器的流體方向一致的目標，可以在油凈化裝置取油口處加裝彎頭，油凈化裝置取油口處加裝彎頭方案1、2分別如圖6、7所示。

圖6 取油口加裝彎頭方案1

圖7 取油口加裝彎頭方案2

由于套裝油管內落下的透平油的數量和方向都是在不斷的變化中，所以油凈化裝置進油點C處于一個復雜的流場中，V1的方向和數值也復雜多變，具有諸多不確定影響因素，變更后的結果是否符合理論計算值，還有待實際工況下的反復驗證。

（4）降低△h1

由于濾網的存在，透平油在從回油區穿過濾網進入非回油區時必然要損失一部分壓頭△h1，當機組剛投產或者大修后，不可避免的會有部分異物進入油系統，含有雜質的透平油，在經過濾網時，雜質被濾網所攔截，濾網的過濾能力會降低，壓頭損失△h1必然會提高，所以要經常監視主油箱回油區和非回油區的液位差，一旦發現異常變化，就要及時清理濾網，降低△h1。

（5）調整油凈化裝置運行方式。

如圖3所示，在油系統停止運行后，此時，h1很大，可以先開啟閥門1，待流量控制器中充滿油，然后關閉閥門2，關閉閥門1，保證主油箱至閥門2的這段管道內充滿透平油。當機組運行時，打開閥門2，保證閥門1處于關閉狀態，此時P2≈0，P-可以得到很大的降低，也就可以確保油凈化裝置的正常投運。

5 處理效果

檢修人員根據以上的對策分析，先在停機的狀態下用交流油泵試驗第5種處理措施。在流量控制器中充滿油，關閉閥門1和閥門2，開啟交流油泵，整個油系統投入到運行中，實際測量主油箱液位距離油箱頂部距離H1=420 mm，然后啟動油凈化裝置，依次打開閥門1和閥門2，發現油凈化裝置能夠正常工作。在正常運行的機組中對這種方案進行了試驗，油凈化裝置也能夠正常工作。于是在隨后的運行規程中對油凈化裝置的運行方式做了如下修改“油系統停運后，先開啟流量控制器排空閥，待流量控制器中充滿油，再關閉流量控制器出口閥和流量控制器排空閥。當機組運行時，啟動油凈化裝置后，先打開流量控制器出口閥，待油凈化裝置進油管有油流出后，再開啟流量控制器排空閥。”

同時要求定期檢查監視主油箱回油區和非回油區的液位差，一旦發現異常變化，就要及時清理濾網，降低△h1。

6 結束語

經過以上的改進，油凈化裝置進油管無來油的缺陷得到消除，油凈化裝置不能正常投運的缺陷得到了徹底的根除。由于第1、2、3種方案均需要倒空主油箱內積油，用蒸汽吹掃干凈，且在油系統上動火屬于高危險性工作，必須采取特殊的安全措施，不適合在投運的機組中做調整，建議在日后的大修工作中進行系統優化。

The Analysis and Treatment of YCR-Ⅲ-7780 Oil Purification Plant Feed System Anomaly

HAO Yun-feng
（Hydro Electric Power System Engineering Company，Wuhan 430074，China）

Through the analysis of YCR-Ⅲ-7780 type oil purification plant operation anomaly，puts forward the corresponding treatment scheme and achieved good effect.

power plant；oil purification plant；turbine oil

TM621.7

A

1009－9492(2014)04－0159－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.04.042

郝云馮，男，1975年生，湖北廣水人，大學本科，高級工程師。研究領域：電力設備安裝、檢修。已發表論文19篇。

(編輯：王智圣)

2013－10－22