柴油機進氣管線閥門內漏對入口壓力影響研究

姚志剛，龍 斌，李德知

（陽江核電有限公司，廣東陽江 529941）

0 引言

某電廠在執行柴油機低功率試驗時，現場檢查發現LHP251EL 主啟動閥排氣孔在柴油機運行期間存在漏氣，經過排查，LHP292VA 存在輕微內漏，由于LHP251EL 有對空排放的小孔，通過LHP251EL 排至大氣，LHP292VA 所在位置及空氣泄漏路徑如圖1所示。如果LHP292VA 泄漏量增加，可能導致柴油機進氣壓力下降，如果壓力下降至350 kPa 以下，則不滿足柴油機滿功率運行350 kPa運行條件。目前不清楚LHP292VA 最大泄漏量及最大泄漏量對柴油機入口聯箱壓力的影響，需要對評估計算LHP292VA 最大泄漏量及最大泄漏量對柴油機入口聯箱壓力的影響。

圖1 LHP292VA 所在位置及空氣泄漏路徑

查詢廠家文件及相關文獻、標準，目前沒有對柴油機進氣管線閥門內漏導致的空氣外漏對入口壓力影響的評估方法、標準，本文首次通過flowmaster 計算空氣泄漏量，根據泄漏量初步判斷對入口壓力的影響，進一步評估柴油機的可用性。

1 柴油機進氣管線介紹

柴油機進氣系統管道布置如圖1 所示，管道為60 mm×2.9 mm和28 mm×2 mm 兩種規格碳鋼管道，空氣泄漏的途徑設備包括電磁閥LHP0251EL、逆止閥LHP292VA、截止閥LHP254VA、軟管LHP255FL、電磁閥LHP252EO 以及換熱器（圖紙未畫出）、增壓渦輪（圖紙未畫出）和進氣聯箱等設備，由于上述設備均無阻力系數相關信息，有些設備甚至無圖紙，為準確計算泄漏量及泄漏對入口聯箱空氣壓力的影響，需要對上述設備阻力系數等參數做出合理假設。

2 柴油機進氣管線空氣泄漏量計算

影響柴油機進氣聯箱壓力參數主要為進氣量和耗氣量，如果耗氣量小于或等于進氣量，則壓力可以保持不變；如果耗氣量大于進氣量，則壓力會出現下降趨勢。耗氣量主要包含逆止閥泄漏空氣和柴油機正常用氣，正常用氣通過排量計算，約為2.4 m3/s，泄漏氣量主要通過flowmaster 計算，由于目前參數較少，需要對現場設備計算所需參數做出合理假設，相關假設如下所示。

2.1 相關假設

2.1.1 柴油機進氣量計算假設

柴油機實際進氣量，主要由進氣增壓渦輪控制，保持蒸汽入口聯箱壓力的穩定，壓力測點位置如圖2 所示，測點為301/302 MP，正常運行期間進氣聯箱壓力為350 kPa 以上。由于目前無渦輪準確數據，無法通過渦輪實際控制計算準確進氣量，本評估假設入口聯箱壓力穩定，入口空氣流量等于通過排量計算出的流量2.4 m3/s。

圖2 進氣聯箱壓力測點位置

2.1.2 柴油機空氣泄漏途徑計算假設

（1）假設1——LHP292VA 全部失去逆止閥功能。目前已知LHP292VA 內漏，但是不知道LHP292VA 實際泄漏量大小，LHP292VA 為逆止閥，LHP292VA 結構如圖3 所示，介質的允許流動方向為箭頭方向，當閥門反向流動時，閥瓣關閉。當閥門反向內漏時，則證明閥瓣與閥座密封不嚴，泄漏量最大時為失去逆止閥閥瓣時。為了計算最大泄漏量，假設LHP292VA 失去整個閥瓣，當LHP292VA 失去全部閥瓣，其固有的縮頸結構也可以起到一定的節流作用，但是由于無具體LHP292VA 結構尺寸，本計算采取保守假設，假設LHP292VA 所在管道為直管段。

（2）假設2——LHP251EL 排氣孔漏氣。LHP251EL 為電磁閥，泄漏的空氣通過排氣孔排出，排氣孔孔徑為25 mm，長度為54 mm。采取保守假設，不考慮其他結構節流效果，假設此設備為內徑25 mm，管道直徑為54 mm 的孔板。

（3）假設3，助燃空氣進氣管線與進氣聯箱之間有換熱器，該換熱器為管殼式換熱器，空氣走殼側，冷卻水走管側。在柴油機功率運行期間，空氣通過進氣管線通過換熱器降壓后進入進氣聯箱。進氣聯箱壓力為通過換熱器降壓后的數據，實際小于助燃空氣的壓力。實際泄漏空氣上游壓力為進氣壓力，進氣壓力等于聯箱壓力加上換熱器壓差，由于無換熱器相關參數，且換熱器正常運行期間，換熱器壓力很小（通常20～50 kPa），本計算忽略換熱器對壓力的影響，假設助燃空氣進氣壓力等級進氣聯箱壓力。同時，為了進一步評估進氣壓力變化對泄漏量影響，計算過程中可以多選取機組進氣聯箱壓力。

圖3 Y5LHP292VA 結構

2.2 空氣泄漏管線泄漏量模型建立及計算結果

2.2.1 柴油機空氣泄漏模型建立

根據上述假設及現場實際測量數據，建立模型，模型相關條件如下。

邊界條件為聯箱壓力和大氣壓力，為了得到聯箱壓力變化對泄漏量變化的影響，聯箱壓力分別從聯箱最低運行壓力350 kPa至700 kPa。大氣壓力為0 kPa。其他參數管道長度、彎頭、變徑數量以現場實際測量為準，粗糙度為0.025 mm。

2.2.2 計算結果

根據上述模型，計算柴油機進氣聯箱壓力為350 kPa 時，空氣泄漏量為0.169 347 m3/s。與柴油機耗氣量2.4 m3/s 相比，大約相差14 倍，泄漏量所占耗氣量比例約為7.06%，比例較小，對柴油機進氣壓力影響較小。不同進氣聯箱壓力計算泄漏量結果見表1，即使計算進氣聯箱壓力為正常運行的2 倍，泄漏量占正常耗氣量比例仍然小于10%，對壓力影響較小。由此可見，即使采取上述保守假設，當完全失去LHP292VA 止回閥功能時，依然可以保證進氣聯箱壓力，不會因為聯系壓力影響柴油機的可用性。

表1 不同進氣壓力下泄漏量計算結果

3 結論與展望

從上述研究可見，完全失去LHP292VA 止回閥功能時，依然可以保證進氣聯箱壓力。但是由于無相關文獻及標準支撐，無廠家相關文件支持，本研究建立在眾多假設上，在計算過程相對保守，同時，本研究僅針對完全失去LHP292VA 止回閥功能對聯箱進氣壓力的研究，對其他系統、部件研究較少，后繼為了提高用戶對柴油機故障評估能力，需柴油機廠家及相關組織進一步完善文件體系，提高用戶對對柴油機故障排查、評估、維修能力。