向心式有機朗肯循環低溫余熱發電機組常見問題分析及維護保養重點

于洋

（北京華航盛世能源技術有限公司煙臺分公司，山東 煙臺 264000）

有機朗肯循環是一種已經證實了可將低品位熱能高效轉化為電能的動力循環，向心式有機朗肯循環（ORC）低溫余熱發電機組目前已經在石化、煉鋼、化肥、紡織等高能耗行業中得到廣泛應用，在效率、收益方面都得到了客戶的認可。為了保證良好的經濟性，縮短設備投資回收期，機組必須得到良好的日常維護保養。本文介紹了發電機組的工作原理、結構，將機組零部件進行分類，分類介紹機組的一些常見問題以及分析處理方法，并對發電機組的巡檢、維護重點做出了介紹。

1 向心式ORC 發電機組的工作原理及零部件分類

1.1 向心式ORC 發電機組的工作原理

機組主要包括蒸發器、膨脹機（本文稱為渦輪機）、冷凝器、工質泵等設備及部件。低品位余熱進入機組蒸發器，通過熱量交換將其熱量轉移給低沸點有機工質（R245FA ,五氟丙烷）；產生飽和高壓工質蒸汽，蒸汽進入渦輪機，通過渦輪機膨脹做功，帶動與渦輪機連接的發電機發電并送入電網系統，經膨脹后的蒸汽進入冷凝器形成低溫液體工質，然后由工質泵加壓送回預熱器、蒸發器，如此循環。向心式ORC 發電機組主要指渦輪機為向心式結構。

1.2 向心式ORC 發電機組的零部件分類

按照零部件的結構特點，零部件主要分為旋轉機械類、有機工質、潤滑油類、管道件（含換熱器、閥門）類、電氣系統（傳感器、控制元件等）四大類。其中，旋轉機械包含工質泵、油泵、渦輪機等部件；有機工質為五氟丙烷（R245FA），潤滑油一般為廠家專用油。管道件主要包含換熱器、閥門、過濾器等，其中主要的換熱器有蒸發器、預熱器、過熱器、冷凝器（或蒸發式冷凝器）；電氣系統主要由并網柜、變頻柜、控制柜組成。

2 向心式ORC 發電機組的常見問題及處理方法

2.1 旋轉機械（包括工質泵、油泵、渦輪機）類零件常見問題及處理方法

機組中旋轉機械的工作狀態是否穩定直接關系到整個機組性能是否平穩，應作為設備重點，在巡檢及維護工作中重點關注。旋轉機械常見的問題有振動變大或聲音異常、機封泄漏。

（1）振動變大或聲音異常，振動變大或聲音異常可以從機械以及工況兩個方面分析。

①機械方面分析，振動變大或聲音異常，可以先排查地腳螺栓有無松動、電機與泵頭聯軸器是否對中；聯軸器彈性元件是否磨損失效。泵內部軸承損壞，也會造成振動變大。但是現場排查比較困難。應由廠家專業分析原因。

②運行工況方面分析，任何旋轉類機械部件，都有相應的設計工況，如果其工況超出其設計要求，則振動以及聲音都必然會變大。比如工質泵振動變大，則我們應分析是否因工質泵工況變化導致，比如工質泵吸空、泵前過濾器堵塞、工質泵泵后堵塞等都會造成工況偏離，造成振動變大。

（2）機封泄漏。應對機封泄漏，應從以下幾個方面重點注意。

①振動較大可能會導致機封動靜環磨損造成泄漏。首先應查找振動原因，并降低振動值，才能保證新機封的壽命。

②在設備調試運行階段，管道清潔度不合格，管道雜質有可能會進入機封動靜環，造成機封泄漏。

③日常使用中，巡檢機封沖洗液的供應量是否充足。否則也會是機封快速磨損的一個重要原因。

④泵的運行工況波動劇烈，也會降低機封的使用壽命。

2.2 有機工質、潤滑油常見問題及處理方法

有機工質以及潤滑油在系統內閉式循環，其數量以及品質會影響機組發電效率。若工質、潤滑油中的水分及不凝氣含量超標，會大幅度降低發電效率，甚至會對旋轉部件造成致命傷害。常見問題有以下幾點。

（1）如果巡檢過程中發現工質液位或油箱油位有明顯降低，則說明有工質或潤滑油已經減少，應排查機組氣密性是否已經出現問題，此時應對整個機組進行撿漏，發現有無泄漏點。

（2）如果使用過程中發現發電量異常下降，冷凝壓力明顯較初始狀態偏高，潤滑油中雜質較多，以上現象均有可能是工質、潤滑油中水分或不凝氣超標造成，造成超標的原因可能是機組氣密性出現問題，機組負壓時吸入不凝氣；補充潤滑油、工質時操作不當，進入水分及不凝氣；維修時操作不當也會混入不凝氣及水分。若水分超標，可以先更換干燥過濾器試驗，若不可行只能通過更換工質或潤滑油的方式解決。若不凝氣超標，可通過高空排放并收集的方法降低機組不凝氣含量。

2.3 管道件（含換熱器、閥門）類部件常見問題及處理方法

（1）換熱管結垢。大多因為換熱水清潔度不夠，清洗不及時，水中鈣鎂離子多導致。應定期對換熱管進行清洗，常用的清洗方式有機械清洗和化學清洗兩大類。對于蒸發式冷凝器，尤其需要關注水槽水質，需要定期加藥或者定期換水，否則將加速蒸發冷換熱管腐蝕以及結垢，嚴重影響蒸發冷換熱效果以及使用壽命。

（2）泄漏。一般原因有密封圈老化失效，可停機后倒出工質，更換老化O 型圈處理；由于支撐位置和方式不對，管道長期運行以后應力釋放，法蘭螺栓預緊力不夠，導致墊片密封失效，也會造成泄漏，可停機后重新擰緊螺栓試驗，若還是泄漏，只能更換墊片。

（3）氣動（電動）控制閥門動作不精確或無法開關到位置。重新校準氣動閥門定位器可解決此問題。

2.4 電氣系統（傳感器、控制元件等）常見問題及處理方法

（1）傳感器故障。一般原因為線纜松動，可對傳感器接線重新緊固；如果使用條件惡劣，比如暴曬、進水，也會造成傳感器故障。

（2）干擾報警。應由廠家專業電氣工程師進行分析解決。

3 向心式ORC 發電機組的巡檢維護

3.1 日常巡檢重點

（1）開機過程中的日常巡檢及重點：應按照制造廠家提供的維護說明，對油位、設備振動、控制屏參數等項目，嚴格進行巡檢。記錄機組參數后，應該對參數進行分析，和歷史參數比對，及時發現異常。動設備相對于靜設備而言更容易出現問題，而且及時發現問題，有時并不會造成零部件損傷，所以應對旋轉類動設備要加強巡檢力度，對振動情況、噪音情況重點關注，如有異常，必須盡快解決。

（2）停機中的日常巡檢及重點：機組處于停機狀態時，不能對機組放置不管。對于機組氣密性，應周期性檢查。旋轉機械應每周人工盤車一下，檢查有無卡阻現象。

3.2 日常維護重點及注意問題

（1）按照要求定期更換機組各過濾器濾芯。

（2）按照要求定期對閥門進行校準。

（3）按照要求定期對電機加注潤滑脂。

（4）定期對工質、潤滑油中含水量進行檢測。

（5）定期采用合適的方法對機組撿漏。

（6）在對機組進行維修時，一定注意維修時的清潔度，過程中注意防止水分、雜質進入過濾器、管道，更換完成之后也應注意排空，甚至一些情況下要用真空泵對維修位置抽真空，防止空氣進入工質循環系統。

3.3 巡檢維護安全

在進行維護過程中，工作人員一定要注意作業安全。有機工質雖然采用的是環保工質，但是密度過大，仍然會對人造成窒息傷害，巡檢維護過程一定要確保通風良好。氣動閥門維修時，一定要切斷氣源，并將閥門內部壓力釋放后維修。對于一些與工質直接接觸的維護，還應配備絕熱手套，防止凍傷。運行狀態下對機組進行維護操作時，應注意防燙傷保護。對于機泵類的維修，一定要斷電后進行。

4 結語

向心式有機朗肯循環（ORC）低溫余熱發電機組原理及結構并不復雜，在運轉的過程中，通常在發生故障之前，會有某些規律性的特征或者參數上的變化，專業的工作人員只要嚴格進行日常巡檢操作，細心留意機組參數變化，就很容易發現問題。設備投入使用后定期維護、及時維修，可以有效的保持機組的發電效率，延長機組的使用壽命，從而具有長久的經濟性。