空壓機冷卻器故障造成機組非停的事故分析

呂偉良

(陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 陽城 048102)

空壓機冷卻器故障造成機組非停的事故分析

呂偉良

(陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 陽城 048102)

介紹了某電廠發(fā)電機冷卻水及壓縮空氣系統(tǒng)的氫氣冷卻器溫度升高導(dǎo)致機組非停泄漏的經(jīng)過及事故檢查的全過程，指出其根本原因是空壓機冷卻器換熱管局部腐蝕引起壓縮空氣進入閉式冷卻水系統(tǒng)，列舉了故障空壓機的排查方法，分析了空壓機冷卻器泄漏的可能原因并提出了針對性的預(yù)防措施。

空壓機；冷卻器；泄漏；機組非停

1 系統(tǒng)簡介

某電廠1期工程裝機容量為6×350 MW，汽輪機為單軸、雙缸、雙排汽、亞臨界、一次中間再熱、凝汽式汽輪機，發(fā)電機冷卻方式為全氫冷，在靠汽輪機側(cè)的發(fā)電機端部安裝4個氫氣冷卻器，左右側(cè)各2個。

氫氣冷卻器通過閉式冷卻水來冷卻氫氣，每個氫氣冷卻器均設(shè)有獨立的閉式冷卻水供、回水管路。閉式冷卻水除供氫氣冷卻器外，還向汽輪機主機潤滑油冷卻器、密封油冷卻器、小機油冷卻器、空壓機冷卻器、鍋爐側(cè)磨煤機油站及各風(fēng)機油站等提供冷卻水。

壓縮空氣系統(tǒng)按單元制配置，每單元配置5臺螺桿式空壓機，正常狀態(tài)下2臺運行、3臺備用，為單元內(nèi)的2臺機組提供儀用壓縮空氣。

2 事故經(jīng)過

2015-11-10T16:00，3號機組負荷250 MW，2單元1，2號空壓機運行，其他3臺空壓機列備。

16:16:48，3號發(fā)電機冷氫溫度43 ℃(正?？刂浦?。

16:18:12，3號發(fā)電機右側(cè)冷氫溫度開始上升為44 ℃。

16:21:24，3號發(fā)電機右側(cè)冷氫溫度46.9 ℃。

16:21:48，3號發(fā)電機右側(cè)冷氫溫度達到報警值48 ℃，備用閉式冷卻水泵保護聯(lián)啟。

16:23:24，3號發(fā)電機右側(cè)冷氫溫度達到保護值53 ℃，觸發(fā)機組跳閘。

3 故障檢查

3.1 原因分析

機組跳閘停運后，專業(yè)技術(shù)人員立即查找發(fā)電機冷氫溫度高的原因，認為造成冷氫溫度突然上升的原因可能有2種：

(1) 發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生電氣故障，發(fā)熱量增加，定轉(zhuǎn)子溫度升高；

(2) 氫氣冷卻器冷卻效果突然下降。

3.2 檢查過程

首先檢查發(fā)電機報警保護裝置，發(fā)現(xiàn)機組跳閘前后無異常信號發(fā)出，因此發(fā)電機本體發(fā)生故障的可能性極小。根據(jù)左、右兩側(cè)冷氫溫度偏差增大，重點懷疑發(fā)電機某個氫氣冷卻器的冷卻效果下降。

然后對發(fā)電機各氫冷器系統(tǒng)進行就地檢查，各氫冷器閉式冷卻水供、回水門狀態(tài)均正常。但對右側(cè)氫冷器閉式冷卻水供、回水管道進行排空時，發(fā)現(xiàn)有大量空氣排出，且排放出的閉式冷卻水為乳白色；對3號機鍋爐房閉式冷卻水回水管排空時，也發(fā)現(xiàn)水中含有大量空氣。由此，確定閉式冷卻水進油且進入空氣，這些空氣在氫冷器最高點集聚，逐漸增多，形成氣塞，導(dǎo)致氫氣冷卻器的冷卻效果突降，冷氫溫度快速升高至跳閘值。在閉式冷卻水各用戶中，能向閉式冷卻水系統(tǒng)漏入空氣的只有空壓機冷卻器。如果空壓機冷卻器出現(xiàn)了泄漏，因壓縮空氣壓力高于冷卻水壓力，壓縮空氣將進入閉式冷卻水系統(tǒng)。

隨后逐一停運空壓機進行排查，發(fā)現(xiàn)1號空壓機停運后油位視窗滿油且油色呈乳白色，確定其冷卻器泄漏。隔離故障1號空壓機后，閉式冷卻水中的空氣逐漸排盡后恢復(fù)正常，事故原因查明。

最后對空壓機油冷卻器進行解體檢修，發(fā)現(xiàn)換熱管因使用年限過長出現(xiàn)局部腐蝕，管壁變薄，最終發(fā)生泄漏。

4 故障分析

該電廠螺桿式空壓機的空氣冷卻器和油冷卻器均為管殼式換熱器，2個冷卻器為串聯(lián)布置，閉式冷卻水依次流經(jīng)空氣冷卻器、油冷卻器，對空氣和油進行冷卻。閉式冷卻水供水壓力約為0.5 MPa，空壓機運行時冷卻器中的氣壓、油壓通常在0.7 MPa以上；備用時空壓機出口手動門在開啟狀態(tài)，空氣冷卻器氣側(cè)壓力、油氣分離器及油冷卻器中的油壓均在0.7 MPa以上。

可見，無論空壓機處于運行還是備用狀態(tài)，空氣冷卻器中的氣壓、油冷卻器中的油壓均大于閉式冷卻水壓；一旦冷卻器發(fā)生泄漏，空氣或油將進入閉式冷卻水中?？諝膺M入到閉式冷卻水系統(tǒng)后，將會發(fā)生如下異常現(xiàn)象。

4.1 發(fā)電機兩側(cè)冷氫溫度偏差增大

發(fā)電機氫氣冷卻器位于汽機房13 m平臺上，是布置位置最高的閉式冷卻水用戶，也是系統(tǒng)中熱負荷最大的用戶。發(fā)電機運行時氫氣流量大、流速快，當(dāng)氫氣冷卻器換熱效果下降后，冷氫溫度將很快出現(xiàn)異常。每個氫氣冷卻器均有獨立的供、回水管道，冷卻水進入冷卻器后先由下至上，到頂部后再由上至下流出，水中空氣極易在氫氣冷卻器頂部集聚，影響換熱效果。有空氣集聚的氫氣冷卻器冷卻效果下降后，對應(yīng)側(cè)冷氫溫度升高，氫氣冷卻器回水母管上的調(diào)門會自動開大；另一側(cè)氫氣冷卻器冷卻水流量也增加，對應(yīng)冷氫溫度下降，從而出現(xiàn)兩側(cè)冷氫溫度偏差增大的異?，F(xiàn)象。

4.2 閉式冷卻水膨脹水箱液位異常變化

空氣進入閉式水系統(tǒng)后，增加了閉式水系統(tǒng)管道內(nèi)的流體體積，造成膨脹水箱液位上升，同時由于空氣的可壓縮性較強，體積不穩(wěn)定，造成水箱液位呈鋸齒形波動升高。此次3號機組跳閘前閉式冷卻水膨脹水箱液位在15:30出現(xiàn)異常，在未進行補水的情況下，水箱液位不降反升，隨后在16:18發(fā)電機冷氫溫度出現(xiàn)異常。

4.3 閉式冷卻水泵電流出現(xiàn)波動

空氣進入閉式冷卻水后，影響了泵內(nèi)流體的連續(xù)性，造成泵出力不穩(wěn)定、電流波動。

4.4 其他異常

閉式冷卻水泵入口、出口壓力降低，并出現(xiàn)擺動；閉式冷卻水系統(tǒng)排空時，有大量氣體排出。

5 故障空壓機的排查方法

確定壓縮空氣進入閉式冷卻水系統(tǒng)后，需及時排查故障空壓機，并對其進行隔離。

排查故障空壓機時，采用逐一停運空壓機的方法，且優(yōu)先檢查運行空壓機。具體檢查方法如下：將空壓機停運后切換為手動模式，關(guān)閉出氣手動門，開啟空氣冷卻器后的疏水手動門泄壓，閉式冷卻水保持投入，觀察15 min以上?？諌簷C泄壓后，冷卻器中的水壓將高于氣壓及油壓。如果空氣冷卻器存在漏點，閉式水將漏入氣側(cè)，隨后疏水管將會有連續(xù)水流；如果油冷卻器存在漏點，閉式水進入油側(cè)，分離器的油位將上漲，且油色會發(fā)生變化，通常呈乳白色?？諌簷C油冷卻器如果發(fā)生泄漏，因運行時的油壓、氣壓高于冷卻水壓力，油氣會進入水中，日常巡檢時可發(fā)現(xiàn)空壓機油氣分離器的油位明顯降低。排查出故障空壓機后，對其進行隔離，關(guān)閉冷卻水供、回水手動門。

可根據(jù)冷卻水排空現(xiàn)象的不同，進行重點排查。在對閉式冷卻水系統(tǒng)排空時，如果排放的僅是大量空氣，水色正常，則重點排查空壓機空氣冷卻器；如果排放的不僅有大量空氣，還存在水中帶油、水呈乳白色的現(xiàn)象，則重點排查空壓機油冷卻器。

6 空壓機冷卻器泄漏的原因分析

(1) 空壓機冷卻器產(chǎn)品質(zhì)量存在問題或使用時間過長，出現(xiàn)缺陷。

(2) 空壓機加、卸載過于頻繁，對冷卻器產(chǎn)生交變應(yīng)力。

(3) 空壓機所處環(huán)境空氣存在腐蝕性，如處于引風(fēng)機、脫硫塔、灰?guī)旄浇取?/p>

(4) 日常排水不及時，造成冷卻器空氣側(cè)積水，對換熱管造成腐蝕。

(5) 閉式冷卻水pH值不合格，導(dǎo)致冷卻器發(fā)生腐蝕。

7 預(yù)防措施

(1) 加強對空壓機冷卻器的日常定檢工作，當(dāng)冷卻器的管材存在腐蝕現(xiàn)象時，應(yīng)對其及時更換。

(2) 在腐蝕性環(huán)境下，應(yīng)使用耐腐蝕材質(zhì)的冷卻器。

(3) 每天檢查空壓機房各自動疏水閥，保證疏水正常。

(4) 優(yōu)化、調(diào)整空壓機壓力設(shè)定值，降低空壓機加、卸載頻率。

(5) 定期切換備用空壓機，均衡各臺空壓機的加、卸載時間。

(6) 加強閉式冷卻水水質(zhì)的運行管理。

(7) 縮短閉式冷卻水系統(tǒng)各冷卻器定期排空工作周期，及時發(fā)現(xiàn)水中帶氣現(xiàn)象。

(8) 制定壓縮空氣進入閉式冷卻水系統(tǒng)的處理預(yù)案，發(fā)現(xiàn)閉式冷卻水泵電流、出入口壓力擺動、膨脹水箱液位異常變化或系統(tǒng)高點冷卻器溫度異常時，應(yīng)及時進行系統(tǒng)高點排空，并隔離空壓機進行檢查。

8 結(jié)束語

空壓機是發(fā)電廠中極為常見的輔機，但對其重視程度往往不夠，容易出現(xiàn)維護不到位現(xiàn)象。如果產(chǎn)品本身質(zhì)量存在問題，空壓機運行可靠性就會下降，出現(xiàn)故障后將直接影響主機的穩(wěn)定運行。因此，在電廠運行中，應(yīng)提高對發(fā)電設(shè)備中的輔助系統(tǒng)，如冷卻水、壓縮空氣系統(tǒng)重要性的認識，細化日常維護項目，保障設(shè)備的運行可靠性。

2016-12-17。

呂偉良(1976—)，男，工程師，主要從事火電廠集控運行工作，email：380389460@qq.com。