板式換熱器微變形特性導(dǎo)致潤滑油壓力波動原因分析

孟林輝，陳正飛，劉志杰

(神華國華綏中發(fā)電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

板式換熱器微變形特性導(dǎo)致潤滑油壓力波動原因分析

孟林輝，陳正飛，劉志杰

(神華國華綏中發(fā)電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

通過一起板式換熱器微變形導(dǎo)致機組跳閘事故，分析了板式換熱器微變形特性，并提出了油系統(tǒng)應(yīng)用板式換熱器的改進建議。

板式換熱器;油壓波動;微變形;給水泵汽輪機

1 板式換熱器工作原理及特點

圖1 板式換熱器結(jié)構(gòu)

板式換熱器主要由固定壓板、活動壓板、上下導(dǎo)桿、后支柱、板片、夾緊螺栓、夾緊螺母等零部件組成 (如圖1所示)。板片用墊片密封后懸掛在固定壓板與換熱板之間，通過夾緊螺栓夾緊，根據(jù)需要選用防護罩。

板式換熱器工作原理:2種工作流體在兩板片間形成窄小而曲折的通道中流過，冷、熱流體依次通過通道，中間有一層板片將流體分開，并通過此板片進行熱交換。板式換熱器2種介質(zhì)的平均溫差可以小至1℃，換熱效率可達99%以上。在相同壓力損失情況下，板式換熱器的傳熱效果是列管式換熱器的3～5倍，占地面積為其1/3，金屬耗量只有其2/3。在應(yīng)用中可根據(jù)需要將板式換熱器若干流道并聯(lián)組成一組，也可將并聯(lián)的組串聯(lián)在一起，形成冷、熱介質(zhì)通道，這就是板式換熱器的“流程組合”，并根據(jù)工藝條件計算結(jié)果選擇板式換熱器流程組合，板式換熱器流程分為單流程和多流程。

板式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、傳熱效率高、操作靈活、應(yīng)用范圍廣、換熱損失小、安裝和清洗方便等特點。在新建電廠的低溫換熱系統(tǒng)中，舊式管式換熱器已逐步被板式換熱器替代。

2 板式換熱器微變形特性

2.1 系統(tǒng)設(shè)備

神華國華綏中發(fā)電有限責任公司發(fā)電B廠(簡稱綏電B廠)共安裝2臺1 000 MW超超臨界燃煤機組 (3號、4號機)，每臺機組配備2臺給水泵汽輪機用來驅(qū)動給水泵，無電動給水泵。

每臺給水泵汽輪機都配備獨立的潤滑油系統(tǒng)，包括2組小型板式換熱器，1臺運行，1臺備用，采用閉式冷卻水作為冷卻水源。換熱器換熱板片厚度為0.5 mm，每塊板片都配有密封墊片。板片裝有框架，相鄰板片間旋轉(zhuǎn)角度為180°，板束形成一系列的平行通道，換熱板兩側(cè)油、水兩種介質(zhì)分別進入適當通道，靠換熱板傳遞溫差達到冷卻油溫的作用。

2.2 事故經(jīng)過

閉式冷卻水泵定期輪換，啟動2號閉式冷卻水泵，運行正常后，11:07停1號閉式冷卻水泵，1號、2號給水泵汽輪機相繼跳閘，相隔為85 ms(如圖2(a)所示)，MEH跳閘首出均為“潤滑油壓低”(定值0.07 MPa)。

查閱歷史曲線發(fā)現(xiàn)，給水泵汽輪機潤滑油壓低、定子冷卻水流量低報警，發(fā)出時間與閉式冷卻水泵切換為同一時間(如圖2(b)所示)。11:07:08停1號閉式冷卻水泵;11:07:11閉式冷卻水母管壓力從0.78 MPa突然下降至 0.56 MPa(最低)，水壓波動范圍達0.22 MPa;11:07:11 2臺給水泵汽輪機潤滑油壓力低Ⅱ開關(guān)均達到動作值(0.07 MPa)，給水泵汽輪機跳閘;11:07:11定子冷卻水流量低保護達到動作值，由于該保護存在30 s延時，保護未觸發(fā)機組跳閘邏輯 (定子冷卻水冷卻器為板式換熱器)。

2.3 原因分析

圖3 機組停運后試驗曲線

由圖1可以看出潤滑油中熱量通過板式換熱器向閉式冷卻水系統(tǒng)釋放。板式換熱器核心元件換熱板為不銹鋼材質(zhì)，厚度約0.5 mm。通常用模具將板片壓制成各種槽型或波紋形 (有水平平直波紋、人字形波紋、斜波紋等)，既可以增大板片的剛度，又可防止波紋板受壓變形，增強了流體的湍流程度及換熱面積，同時又能承受兩側(cè)的壓差。因此，板片結(jié)構(gòu)形式是保證板式換熱器高效換熱的管件。由于板式換熱器的板片較薄，當換熱器兩側(cè)壓差變化時，將影響板片形狀，換熱器兩側(cè)內(nèi)的容積會隨之發(fā)生輕微的變化，該特性易被忽視。

在閉式冷卻水壓快速波動過程中，板式冷卻器換熱板片受兩側(cè)壓差影響發(fā)生微變形，水側(cè)空間快速收縮，油側(cè)空間膨脹，系統(tǒng)中的潤滑油膨脹，填充換熱器油側(cè)增加的空間，導(dǎo)致給水泵汽輪機潤滑油壓力瞬間波動至0.07 MPa以下，達到潤滑油壓力低Ⅱ開關(guān)動作值，2臺給水泵汽輪機相繼跳閘。

機組跳閘后為驗證閉式冷卻水系統(tǒng)壓力波動與給水泵汽輪機潤滑油系統(tǒng)壓力的關(guān)系，重新進行閉式冷卻水泵切換試驗，就地監(jiān)視2臺給水泵汽輪機潤滑油壓力表。啟動2號閉式冷卻水泵，啟動正常后，停1號閉式冷卻水泵，給水泵汽輪機潤滑油壓力瞬時快速下降，閉式冷卻水母管壓力在3 s內(nèi)由0.81 MPa降至 0.65 MPa，2號給水泵汽輪機潤滑油壓力低Ⅰ開關(guān)動作，并對定子冷卻水系統(tǒng)流量產(chǎn)生明顯影響 (如圖3所示)。

3 處理措施

a. 在給水泵汽輪機潤滑油壓低Ⅰ聯(lián)啟備用潤滑油泵保護邏輯中，附加了延時3 s條件，油壓瞬間波動＜3 s時，備用油泵來不及聯(lián)啟，為保證汽機不發(fā)生燒瓦事故，通常潤滑油壓低Ⅱ值在聯(lián)啟事故潤滑油泵同時觸發(fā)給水泵汽輪機跳閘保護。為避免給水泵汽輪機潤滑油壓力波動造成誤跳閘，可取消備用泵聯(lián)啟延時3 s條件，但要求油壓低Ⅰ開關(guān)動作安全可靠，否則容易造成備用油泵頻繁誤啟動。潤滑油壓力低Ⅱ觸發(fā)給水泵汽輪機跳閘保護，可增加 0.5～1 s延時，但增加了軸瓦燒損風險。

b. 由于板式換熱器微變形導(dǎo)致潤滑油壓力低，僅為瞬間波動，系統(tǒng)油壓短時間可恢復(fù)，因此，在潤滑油系統(tǒng)供油管道 (特別是在測壓管取油點附近)安裝蓄能器，在潤滑油壓短時間降低時，蓄能器中儲存的潤滑油釋放，補償系統(tǒng)壓力，可有效緩解潤滑油壓瞬間波動對系統(tǒng)的影響。

4 結(jié)束語

目前板式換熱器在新安裝機組中被廣泛采用，

在實際應(yīng)用中換熱板片微變形特性往往被忽視，而此特性對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行存在較大隱患。因此，在使用板式換熱器系統(tǒng)，特別是較重要的油系統(tǒng)，在設(shè)計中應(yīng)特別注意該問題，建議加裝足夠容量的蓄能器。

Cause Analysis on Pressure Fluctuation of Lubricant Oil due to Plate Heat Exchanger Deformation

MENG Lin-hui，CHEN Zheng-fei，LIU Zhi-jie
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

Measures are put forward for improving plate heat exchanger oil system，by analyzing micro-deformation characteristics of plate heat exchanger，which leads to a trip fault.

Plate heat exchanger;Pressure fluctuations;Micro-deformation;Pump steam turbine

TK223.5+2

A

1004-7913(2012)01-0032-03

孟林輝 (1973—)，男，學(xué)士，工程師，從事火力發(fā)電廠管理工作。

2011-10-15)