核電廠GGR 潤滑油冷油器的改造研究及應用

陳 銘

（廣西防城港核電廠有限公司，廣西防城港 583001）

0 引言

冷油器是電力系統中汽輪機配套使用的常見油冷卻設備，冷油器分光管表面管殼式和管板式，均采用冷卻水作為介質實現熱交換，從而保證汽輪機各軸承入口油溫達到規定值，確保機組正常運行[1]。某核電廠兩臺百萬機組GGR 潤滑油冷油器由上海汽輪機廠負責設計并制造的管殼式冷油器，其主要部件有上下水室，殼體管系及充油管路構成，殼體上接有進出水管，進出油管，排水管，排油管，排氣管及溫度表座。冷卻水流程為雙流程，立式安裝形式，以閉式冷卻水（來自SRI 系統）作為冷卻介質。單臺機組配有兩臺冷油器（為立式管殼式冷油器，型號為YL-700，），一臺運行、一臺備用，殼側走油，管側走水，其他基本參數見表1。

表1 YL-700 型冷油器相關參數

2014年1月，在某核電廠GGR 冷油器現場安裝過程中檢查發現，原設計GGR 冷油器存在多方面設計問題，后通過推動建設方、設備廠家對某核電廠GGR 冷油器進行了改造，以實現冷油器的在線查漏和堵漏檢修工作。下面將對核電百萬機組GGR 潤滑油冷油器的改造與應用經驗作簡要敘述和總結，以便推廣至電站其他系統管殼式冷卻器。

1 冷油器上水室無法實現就地查漏功能

某核電廠汽輪機潤滑油冷油器由2058 根Φ20 mm×0.9 mm冷卻管（材料為1Cr18Ni9Ti）及兩端的固定管板和中間隔板組成，單臺冷油器的堵管數一般不能超過總管數的10%。上管板側面與上水室配合形成徑向T 形密封，上水室打開后T 形密封失去壓緊力、失去油側密封效應，從而導致上水室無法實現就地在線查漏和堵漏檢修作業。

對冷油器上水室原水側與油側密封一體結構進行了改進，在機組油位異常降低時，系統無明顯外漏情況下，可以首先通過對冷油器隔離后在線灌水查漏，快速準確地找到泄漏管束并進行管束上下管口堵漏工作成為可能。

2 冷油器下水室無法實現就地堵漏功能

冷油器設備長期運行后換熱管束容易腐蝕破損，加之冷油器定期清理水側管束均將導致冷油器潤滑油泄漏情況，設備隔離切換后要及時對備用側冷油器進行查漏堵漏檢修作業，以期盡快恢復其備用。原冷油器下水室檢查孔設計不合理，下水室檢查孔至水室里面最遠端冷卻換熱管的距離約為1.4 m，已超出檢修人員手臂觸及范圍，從而導致遠端部分冷卻管束無法進行就地在線堵漏檢修作業。

改造后將冷油器原下水室檢查孔盡量縮短檢查孔短接長度，并在原下水室檢查孔對側新增兩個檢查孔，以解決因冷油器直徑過長維修人員下部水室手臂長度不夠而無法在線就地堵漏的問題。

3 冷油器下水室的出水側無排水管

冷油器解體檢修或就地堵漏時均需要將進、出水側的冷卻水全部排凈并隔離，某核電廠冷油器下水室底部缺少一側排水管，冷油器水室回水側冷卻水無法正常排放，運行人員無法進行相應排空隔離措施（圖1）。改造后增加回水側排水管，使其滿足隔離操作需求。

4 GGR 冷油器油水側壓差問題驗證

根據中華人民共和國機械行業標準JB/T 9634—1999《汽輪機冷油器(管式)尺寸系列和技術條件》4.1.2 規定“冷油器油側壓力應大于水側壓力”[2]；考慮到水壓高于油壓，換熱管束破損后，冷卻水會大量由潤滑油系統進入到汽輪機各軸瓦，從而會引起機組振動、軸瓦磨損等異常情況最終將導致機組被迫停機或嚴重事故。如油壓高于水壓、換熱管束破損后，潤滑油進入到冷卻水中，機組運行時可通過監視GGR 主油箱油位的逐步下降，緊急采取補油和切換備用側冷油器操作，從而有效避免該風險。

圖1 改造前下水室排水口示意

某核電廠的1#、2#機冷油器為立式管殼式結構，正常運行時一用一備，殼側走油，管側走水。主油泵出口油壓0.55 MPa（5.5 bar），冷油器油側就地壓力表壓0.50 MPa（5.0 bar）。而在就地和遠傳監控方面均缺少冷油器進水壓力監測裝置，無法真實判斷冷油器內油水壓差關系。后通過與設計院、上汽廠溝通回函也只是以計算方式驗證閉式冷卻水滿足行業標準要求，設計院提供水壓計算（圖2）：

在不考慮沿程管道壓損和節流孔板對壓降的影響時，SRI冷油器入口壓力=SRI 水箱標高+泵的揚程-泵的標高-冷油器標高，即34.3+22.56-0.88-8.12=47.686 m（水柱），折合0.477 MPa（4.77 bar）。

考慮沿程管道壓損和節流孔板對壓降的影響后，節流孔板（006DI）后進水壓力為4.76 bar<冷油器油側入口就地壓力顯示5.0 bar，滿足《汽輪機冷油器(管式)尺寸系列和技術條件》中4.1.2 條的要求。

圖2 冷卻水壓力計算示意

在實際應用中，如果GGR 冷油器水側壓力高于油側壓力則機組將存在重大安全隱患，根據實際需要應提交改造，要求增加GGR 冷油器進水閥后就地壓力表，以便運行時監測油水壓差關系。

5 GGR 冷油器油側排氣管線無監視驗證措施

GGR 冷油器投入運行時，油側上部排氣管線無窺視措施，運行人員切換冷油器時，首先確認冷油器水側冷卻水正常后，全開充油管道上的壓力平衡閥（GGR4175VH、GGR4176VH），以便使備用冷油器在投運之前能夠先行注油，同時開啟油側放氣閥排凈空氣，防止空氣混入潤滑油系統。分析認為：冷油器運行時若平衡閥故障或管線不暢等情況出現，則不能準確判斷冷油器內空氣是否完全排放，極易誤導運行人員在備用側冷油器內空氣未完全排放情況下切換冷油器切換閥，從而造成潤滑油系統冷油器瞬間斷油情況，易引起汽輪機各軸瓦振動超標甚至嚴重磨損等故障，故建議應增設該排氣管線窺視措施（如泵、壓縮機、發電機等重要管路上的窺視窗）以便運行人員切換冷油器前準確判斷備用側冷油器的注油排空情況，避免機組瞬間斷油事故的發生。

6 結論

通過對某核電廠GGR 潤滑油冷油器安裝改造過程中實際問題的分析，在管殼式冷卻器水室側進行機械加工改造，將原設計水側與油側一體密封結構進行了改進分離，同時對附屬部件進行改進，從而使冷卻器具備就地在線查漏和堵漏檢修功能。通過技術改進，冷油器的故障檢修模式，由原來的隔離整體吊運至檢修場地離線查漏解體堵漏工作方式改為就地在線檢修工作方式；使檢修工作設備范圍、檢修時長、檢修人力物力的投入以及檢修工藝流程的精簡等方面都得到了極大的優化；同時也避免了汽輪發電機組疊加冷油器切換閥故障或內漏機組無法隔離故障冷油器情況的出現，大大縮短了機組單臺冷油器運行無備用設備時間，對于機組現場長期的安全穩定運行有著較大價值。同時，也為電站內其他系統管殼式冷卻器在線查漏堵漏、運行時油水側壓力監視、切換前注油排空確認等工作，提供了良好的借鑒作用，將來可以推廣應用于行業內各系統管殼式冷卻器的優化改進。