故障现象

某电厂 1000MW 机组，润滑油系统采用主油泵、油涡轮的配置方案，在故障发生前，润滑油系统各测点压力正常；切换板式冷油器水侧水泵时按照规程先启动备用水泵，再关闭运行水泵，但还是发生润滑油压力波动联启辅助油泵故障。该电厂配置的润滑油系统及设备均为成熟产品，在其它电厂运行良好，从未发生过此故障。

 

2 润滑油系统简介

该电厂润滑油系统主要由主油泵（MOP）、油涡轮（BOP）、集装油箱、事故油泵（EOP）、启动油泵（MSP）、辅助油泵（TOP）、冷油器、切换阀、止逆阀、套装油管路、油位指示器等设备构成，见图 1；主油泵为单级双吸离心式油泵，安装于前轴承箱内，直接与汽轮机主轴联接，由汽机转子直接驱动。它为油涡轮提供动力油；油涡轮以主油泵出口油为动力油驱动升压泵向主油泵供油，动力油做功压力降低后向轴承等设备提供润滑油。调节油涡轮的节流阀、旁通阀和溢油阀，使主油泵吸油压力在 0.1~0.15 MPa，保证轴承进油管处的压力在 0.14 MPa 以上；冷油器为板式换热器。一台运行，一台备用。它以闭式冷却水作为冷却介质，带走因轴承磨擦产生的热量，保证进入轴承的油温为 40~50℃。系统正常运行时，系统中所有高压油均由位于前轴承箱内的主油泵提供。主油泵出来的高压油作为油涡轮的动力油源驱动油涡轮升压油泵从主油箱中吸油，为主油泵提供油源。主油泵高压油通过油涡轮做功后向机组各轴承及盘车装置、调节系统和氢密封系统供油，作润滑、冷却、密封等用。在机组正常运行时，需根据润滑油母管油温，调整冷油器的水量，控制轴承进油温度于规定值内。

辅助油泵、事故油泵与润滑油母管压力信号之间，设有联锁保护。汽机正常运行时，轴承进油管的油压力不低于 0.14Mpa。当润滑油压降至 0.115 Mpa 或主油泵出口油压低于 1.205MPa时，联启辅助油泵并报警，同时检查系统油压降低的原因。若辅助油泵启动后，油压继续下降，当油压继续下降至 0.07Mpa 时，联启事故油泵并打闸停机。

 

3 原因分析

调取工程师站故障发生时的润滑油压力数据：在故障发生前，主油泵出口油压为 1.34MPa，润滑油母管压力远传测点位于油箱处，母管油压为 0.32MPa，对应的 1 号轴承处压力为 0.26MPa；电厂在切换水泵时，先启动备用水泵，再关闭运行水泵，在此过程中，润滑油母管压力瞬间发生大幅波动，主油泵出口压力下降到 1.19MPa，此时润滑油母管压力（油箱处的压力变送器显示值）较低也下降到 0.17MPa，计算得知对应的 1 号轴承处压力为 0.11 MPa，主油泵出口压力低联启辅助油泵后，油压逐步恢复正常。

 

3.1 初步分析

通过对系统分析得知可能存在以下情况：

a.润滑油联锁用压力变送器误测或压力开关误动作。经过与电厂人员配合确认，仪表测量准确，

b.冷油器在水侧压力降低时，板片变形出现密封垫片密封不严，润滑油大量泄漏到水侧，造成油压下降。

c.冷油器板片强度不够，加之板式冷油器板片数量多，加剧了压力波动。水侧切泵时，水侧压力瞬间下降时，板片变形使得润滑油通道向水侧通道挤压，更多的润滑油填充在新增的空间内，造成冷油器入口油压（油涡轮出口）急剧下降，此时油涡轮前后压差增大，通过旁通阀的油量增加，通过油涡轮节流阀的动力油量相对下降，油涡轮转速降低，造成升压泵压力降低，进而使主油泵出口压力低于 1.205MPa，联启辅助油泵。但从现场情况的检查，润滑油系统油压测量仪合格，没有出现误测的情况；发生故障时，冷油器设备处没有漏油和出现明显变形，润滑油箱也未出现油位下降的现象，不存在漏油情况。排除原因 a、b；故障应为原因 c 造成。

 

3.2 板式冷油器结构强度

板式冷油器板片由薄钢板冲压形成（见图 2），中间带人字形沟槽，将板片，相邻板片沟槽交叉的地方起支撑作用。为了提高板式冷油器的换热系数，板片厚度通常很薄，通常为 0.5mm。板式冷油器由一定数量的板片交错叠放，两端用厚钢板夹紧而成（见图 3），随着机组容量的提高，润滑油量也越大，板式冷油器尺寸和板片数量也增大，板片与板片间的贴合更加困难，容易发生板片局部没有贴合,没有形成有效支撑的情况，在运行时压力大的流体会挤压板片，使板片变形。

所以换热系数结构决定了其存在先天的抗压力变化能力不强的问题，国家能源局板式换热器标准（NB/T-47004-2009）中对冷油器关于压力波动有描述如下：

1:板式冷油器对冷、热冲击十分敏感，因此对任何流速的调整都应缓慢进行，以免对系统产生冲击。

2:阀门关闭后，泵停止运行。板式热交换器对压力冲击很敏感，尤其关闭流体时，要绝对平缓的进行，防止产生压力冲击，也就是发生所说的“水锤”现象。

 

故障发生后，同知名冷油器厂家的质量工程师及技术人员一起做了冷油器抗压力变化试验，要求进行双侧保压然后一侧泄压观测另一侧压力变化的试验。

试验板式冷油器技术特性：

换热面积：210.79m3 板片数量：199冷却水量：300t/h 润滑油量：216 m3/h

冷却水温：33℃ 进出口油温：65/45℃

试验过程：先将板式冷油器双侧压力打至 0.5MPa 并保压，然后将一侧的压力瞬间泄压（<1 秒），观测另一侧的压力变化。试验一共进行了两次，结果一致。在一侧泄压后，未泄压的一侧压力瞬间降至 0.24MPa。故障电厂冷油器面积 871m3，板片数量：448 片，同试验冷油器相比，面积和板片数量大很多，压力降更为明显。

 

3.3 水侧压力波动分析

电厂运行人员确认，冷却水切泵过程严格按照操作规程，先启动备用泵，再停运行泵，但依然出现了水侧压力突变的情况，用通过现场查看，冷却水系统中的压力调节阀没有选用调节性能良好的直通式，而是采用了气动偏心旋转阀，其调节性能不足可能导致的压力的波动。

 

通过在工程师站调取水侧调节阀的开度数据，可以看出在切泵过程中的 30 秒内，调阀门开度从 30%到 50%之间反复跳动，从而使冷油器水侧压力产生急剧波动，影响冷油器油侧压力，较终造成联启辅助油泵的故障。油压波动为水压波动的联锁反应，水侧压力波动为主因诱发了油侧的压力波动，对比其它电厂，其它电厂在润滑油水侧设置的调节阀为直通式，调节性能良好，并没有出现类似情况。

 

4 防范措施

在含有板式冷油器的润滑油系统中，水侧压力调节阀尽量选用调节性能较好的直通式调节阀，在水侧切泵的时候严格按照 NB/T-47004-2009 中的要求缓慢调整；防止大幅度的压力波动。

 

润滑油压力波动由板式冷油器关联冷却水系统引起的比较少见，板式冷油器冷却水系统的性能容易被忽视；与润滑油系统关联的系统性能必须得到足够的重视，才能减少润滑油系统故障的发生，保障汽轮机组的安全性。

 

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