汽泵小機(jī)潤滑油直流油泵異常聯(lián)動(dòng)的原因分析與思考

李 賑

（國能江蘇諫壁發(fā)電有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212006）

0 引言

現(xiàn)階段新建機(jī)組冷卻水系統(tǒng)一般采用板式冷卻器，因?yàn)殡m然管殼式熱交換器運(yùn)行可靠，檢修方便，但設(shè)備體積較龐大，原材料成本較大，且管式冷卻器龐大的容積相應(yīng)增加了開式冷卻水泵的容量，提高了水泵的投資；而板式熱交換器優(yōu)點(diǎn)是傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，檢修場地小，開式水量需求量少，從而能減小開式水泵容量[1]。

1 設(shè)備概況

某發(fā)電廠1 000 MW超超臨界機(jī)組閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)配置兩臺(tái)100%容量板式熱交換器（APV，型號CZ155）、兩臺(tái)臥式離心閉冷水泵（上海阿波羅，型號400CS-45），向機(jī)組各主輔設(shè)備提供冷卻用水，系統(tǒng)母管壓力為0.65MPa。

該廠汽動(dòng)給水泵由杭汽廠HMS500D型小機(jī)驅(qū)動(dòng)，小機(jī)油系統(tǒng)采用集塊化油站，油泵、冷油器、濾網(wǎng)均包括在內(nèi)。油系統(tǒng)不但提供小機(jī)和給水泵的潤滑用油，還提供小機(jī)主汽門、調(diào)門的動(dòng)力油、控制油，如圖1所示。

圖1 小機(jī)油系統(tǒng)圖

（1）調(diào)節(jié)、控制油：主油泵出口→調(diào)節(jié)油濾網(wǎng)→蓄能器→高/低壓汽門組、打閘裝置和安全油控制塊。

（2）潤滑油：主油泵出口→潤滑油壓調(diào)節(jié)閥→潤滑油冷油器→潤滑油濾網(wǎng)→小機(jī)、給水泵軸瓦及盤車裝置潤滑油。

小機(jī)油系統(tǒng)潤滑油采用板式冷油器，為一用一備。每個(gè)冷油器的冷卻面積為34.3 m2，能夠保證在冷卻水進(jìn)水溫度低于38℃時(shí)潤滑油油溫低于48℃。冷油器型號N35-MGS-10/3。

2 異常情況

運(yùn)行人員在執(zhí)行閉冷泵B切A定期工作時(shí)，停用B閉冷泵后，閉冷水母管壓力由0.83 MPa降至0.47 MPa，隨后恢復(fù)至0.65 MPa，同時(shí)亮A、B小機(jī)油系統(tǒng)故障光字牌，檢查發(fā)現(xiàn)A小機(jī)油系統(tǒng)控制油壓力低，B小機(jī)直流油泵聯(lián)啟，潤滑油母管壓力為0.3 MPa，控制油壓力為1.82 MPa，初步判斷為閉冷泵切換引起B(yǎng)小機(jī)潤滑油壓低導(dǎo)致直流油泵聯(lián)啟。巡檢至就地檢查無異常后嘗試停用B小機(jī)直流油泵，潤滑油母管壓力降至0.14 MPa，直流油泵再次啟動(dòng)。匯報(bào)專工后就地逐步開啟B小機(jī)直流油泵再循環(huán)門，潤滑油母管壓力由0.3 MPa降至0.19 MPa，直流油泵出口壓力降至0.1 MPa，直流油泵電流由37 A降至15 A，停用直流油泵后，將再循環(huán)門關(guān)閉，投入B小機(jī)直流油泵聯(lián)動(dòng)。

3 原因分析

3.1 閉冷泵切換時(shí)小機(jī)直流油泵為何聯(lián)啟

經(jīng)檢查，小機(jī)直流潤滑油泵聯(lián)啟是因?yàn)樾C(jī)潤滑油系統(tǒng)壓力開關(guān)動(dòng)作（潤滑油壓低聯(lián)動(dòng)的潤滑油壓力開關(guān)在0 m，一次門取在油站潤滑油濾網(wǎng)后，定值為0.265 MPa）。次日檢修人員檢查A、B小機(jī)直流油泵壓力開關(guān)測點(diǎn)未見異常，確認(rèn)直流油泵聯(lián)啟為系統(tǒng)油壓波動(dòng)造成。

當(dāng)時(shí)機(jī)組工況穩(wěn)定，且潤滑油系統(tǒng)無任何操作，運(yùn)行僅對閉冷水系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了操作。這兩個(gè)系統(tǒng)相聯(lián)系的設(shè)備僅有潤滑油冷油器，因此故障分析的焦點(diǎn)就集中到該冷油器上。

潤滑油冷油器為板式冷油器，由固定夾板、上導(dǎo)桿、下導(dǎo)桿、活動(dòng)板、板片、螺栓、螺母等組成，如圖2所示，板片都裝在框架上，每塊板片都配有橡膠密封墊片，相鄰板片之間的旋轉(zhuǎn)角度為180°，板束由一些壓緊螺柱和螺母壓緊。每兩片板片的間隔中流動(dòng)著潤滑油和冷卻水，當(dāng)固定夾板和活動(dòng)板之間距離固定后，油側(cè)容積V1和水側(cè)容積V2之和V是固定不變的，當(dāng)水側(cè)壓力急劇變化時(shí)，原先板片間的平衡被破壞，為了達(dá)到新的壓力平衡點(diǎn)，水側(cè)容積V2必然要變化，V1=V-V2同步變化，冷油器油側(cè)容積V1的變化又導(dǎo)致了油壓波動(dòng)[2]。正是由于閉冷泵切換過程中閉冷水壓瞬間波動(dòng)過大，才引發(fā)了油壓波動(dòng)，小機(jī)直流潤滑油泵聯(lián)動(dòng)。

圖2 板式冷油器結(jié)構(gòu)圖

為驗(yàn)證上述猜測，調(diào)用了本次閉冷泵切換的歷史曲線，如圖3所示。

圖3 閉冷泵切換歷史曲線

從曲線分析整個(gè)調(diào)泵過程數(shù)據(jù)如表1所示，可以看出，在并泵過程中閉冷水壓力由0.66 MPa最高上升至0.83 MPa，后基本穩(wěn)定在0.78 MPa，由于A閉冷泵啟動(dòng)后泵出口門聯(lián)開，出口門從關(guān)閉到開啟需要一定時(shí)間，所以對閉冷水壓力的沖擊并不算太劇烈。但停泵過程中停用泵出口逆止門的關(guān)閉是瞬間完成的，閉冷水必須經(jīng)過一個(gè)倒流的過程才能使泵出口逆止門關(guān)閉，因此閉冷水壓力必然經(jīng)過一個(gè)瞬間下跌再回升的過程，閉冷水壓力由0.78 MPa瞬間最低下跌至0.47 MPa，對整個(gè)閉冷水系統(tǒng)的沖擊很大，閉冷水壓力波動(dòng)導(dǎo)致冷油器油、水側(cè)空間的急劇變化，造成了油壓波動(dòng)，此時(shí)B小機(jī)直流油泵聯(lián)啟。但從曲線上看，小機(jī)潤滑油壓力并未明顯波動(dòng)，可能原因：（1）上述分析錯(cuò)誤；（2）由于時(shí)間短，參數(shù)變化劇烈，系統(tǒng)并未采集到油壓波動(dòng)數(shù)據(jù)，但油壓已下降至開關(guān)量動(dòng)作值；（3）DCS系統(tǒng)小機(jī)潤滑油壓取點(diǎn)與就地油壓開關(guān)量取點(diǎn)不一致，造成參數(shù)反映與變化不一致。

表1 閉冷水壓及DCS小機(jī)油壓變化關(guān)系

經(jīng)過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，DCS小機(jī)潤滑油壓測點(diǎn)取在17 m小機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層，而引起油壓低聯(lián)動(dòng)直流油泵的壓力開關(guān)在0 m油站（定值為0.265 MPa），取在潤滑油濾網(wǎng)后且為就地硬接線回路，兩者高度相差17 m，存在0.17 MPa的靜壓差。因此0 m潤滑油壓開關(guān)距潤滑油冷油器較近，能更快、更劇烈地反映潤滑油壓的變化，而DCS上油壓測點(diǎn)在17 m，反應(yīng)慢，變化也不大。

為進(jìn)一步驗(yàn)證閉冷水壓與油壓波動(dòng)之間的關(guān)系，第二天，檢修對B汽泵小機(jī)運(yùn)行側(cè)冷油器板片進(jìn)行了復(fù)緊，并對使用閉冷水的各板式冷卻器進(jìn)行檢查，調(diào)整確認(rèn)其壓緊螺柱工作正常，固定夾板和活動(dòng)板間距離在制造廠規(guī)定范圍內(nèi)。之后做同樣的切換試驗(yàn)，派人現(xiàn)場觀察并記錄小機(jī)潤滑油濾網(wǎng)后油壓的變化，以得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，同時(shí)還在就地對主機(jī)油壓、定冷水壓進(jìn)行了監(jiān)視，數(shù)據(jù)如表2所示。

此次備用泵及直流油泵并未聯(lián)動(dòng)，從表2數(shù)據(jù)可以明顯得出以下結(jié)論：（1）閉冷水壓力的波動(dòng)是導(dǎo)致潤滑油壓波動(dòng)的原因；（2）閉冷水壓力瞬間下降導(dǎo)致冷油器水側(cè)通路收縮，油側(cè)通路膨脹，造成潤滑油壓下降。

表2 閉冷水壓及就地油壓、定冷水壓變化關(guān)系

使用閉冷水冷卻的定冷水壓力波動(dòng)與潤滑油壓的變化趨勢一致，因此也可以得出結(jié)論：汽泵小機(jī)直流潤滑油泵聯(lián)動(dòng)的原因是閉冷水壓力的異常下降。

3.2 小機(jī)直流油泵停用后為何再次聯(lián)動(dòng)

通過圖3歷史曲線查直流油泵啟、停前后的潤滑油壓變化情況如表3所示。

表3 潤滑油壓變化

起初認(rèn)為是由于直流油泵出口逆止門關(guān)不嚴(yán)造成停泵后潤滑油系統(tǒng)油壓下跌過多，但次日檢修檢查油泵出口逆止門動(dòng)作正常，該原因排除。

正常運(yùn)行時(shí)，潤滑油由運(yùn)行的主油泵通過潤滑油壓調(diào)節(jié)閥節(jié)流后提供，其屬于自力式壓力調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)下部彈簧緊力可以整定潤滑油壓。調(diào)節(jié)閥上部腔室為調(diào)節(jié)閥下游的潤滑油壓，向下關(guān)小調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥下部彈簧力向上開大調(diào)節(jié)閥，兩者相互作用，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)潤滑油壓（即調(diào)節(jié)閥上部的油壓）下降，彈簧力大于上部的油壓力，調(diào)節(jié)閥向上開大，使得下游潤滑油壓上升，直至兩者重新平衡[3]。

當(dāng)直流油泵啟動(dòng)后，由于其出力較高，潤滑油母管壓力上升（達(dá)0.31 MPa），雖然此時(shí)潤滑油已經(jīng)是由直流油泵供給，但潤滑油壓調(diào)節(jié)閥仍然在工作，此時(shí)上部的潤滑油壓大于彈簧緊力，調(diào)節(jié)閥向下關(guān)小（就地測量行程約2 mm）。直流油泵停用瞬間，潤滑油壓下降，潤滑油壓調(diào)節(jié)閥反向動(dòng)作，向上開大，潤滑油壓上升，但是，由于調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)特性，閥門開啟總有一定的時(shí)間，潤滑油壓無法瞬間恢復(fù)，潤滑油壓低（達(dá)0.126 MPa），就地潤滑油壓力開關(guān)聯(lián)直流油泵開關(guān)量動(dòng)作，直流油泵重新聯(lián)動(dòng)。

因此，小機(jī)直流油泵出力過大，潤滑油調(diào)節(jié)閥回座慢，動(dòng)態(tài)特性變差，是造成直流油泵停用后再次聯(lián)動(dòng)的主要原因。

4 防范措施

小機(jī)直流油泵異常聯(lián)動(dòng)的原因：一是閉冷水壓力異常波動(dòng)，引起油壓異常波動(dòng)；二是直流油泵出力過大，調(diào)壓閥動(dòng)作特性差，造成油壓下降后恢復(fù)過慢。為防止閉冷水壓及油壓的急劇波動(dòng)，目前可以采取以下措施：

（1）建議采用關(guān)門后停泵方式。目前只有關(guān)出口門啟泵的邏輯，由于閉冷泵運(yùn)行閉鎖關(guān)出口門，因此無法關(guān)出口門后停泵，建議增加此邏輯。

（2）聯(lián)系檢修對現(xiàn)場所有板式冷卻器的螺栓進(jìn)行復(fù)緊，提高板片的剛度。第二天，經(jīng)過現(xiàn)場復(fù)緊，調(diào)泵時(shí)未再發(fā)生備用泵及直流油泵聯(lián)動(dòng)。

（3）對板式冷卻器板片材料進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步提高剛度。

（4）考慮在閉冷泵進(jìn)出口加裝溢流閥及管路，降低閉冷水壓力波動(dòng)幅度。

（5）閉冷泵切換前適當(dāng)開大閉冷水再循環(huán)調(diào)整器，適當(dāng)降低閉冷水母管壓力。

（6）汽泵小機(jī)直流油泵出力較大，啟動(dòng)后會(huì)造成交流油泵出口至潤滑油調(diào)節(jié)門關(guān)閉較小，當(dāng)直流油泵停用后，來不及恢復(fù)，造成潤滑油壓下跌較多，直流油泵再次聯(lián)啟。針對此情況，汽泵小機(jī)直流油泵增加了再循環(huán)門，正常試轉(zhuǎn)時(shí)開再循環(huán)、關(guān)出口門，從而避免了對潤滑油母管壓力的影響。

（7）正常運(yùn)行中直流油泵啟動(dòng)后，應(yīng)先緩慢開啟再循環(huán)，注意潤滑油壓，讓其出口壓力低于油站出口潤滑油總管壓力，此時(shí)再停直流油泵，就對系統(tǒng)無影響。

（8）建議以后對小機(jī)直流油泵進(jìn)行改造，適當(dāng)降低出力。

（9）定期檢查潤滑油調(diào)壓閥機(jī)械性能，及時(shí)更換，以保證潤滑油壓力的調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

本文通過對汽泵小機(jī)潤滑油直流油泵異常聯(lián)動(dòng)的原因進(jìn)行分析，確定了閉冷水壓力波動(dòng)對板式冷油器內(nèi)部通路體積有影響，從而引起油壓變化，這為今后汽輪機(jī)油系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)可針對性地進(jìn)行相關(guān)技改。