向心式有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電機(jī)組常見問題分析及維護(hù)保養(yǎng)重點(diǎn)

于洋

（北京華航盛世能源技術(shù)有限公司煙臺(tái)分公司，山東 煙臺(tái) 264000）

有機(jī)朗肯循環(huán)是一種已經(jīng)證實(shí)了可將低品位熱能高效轉(zhuǎn)化為電能的動(dòng)力循環(huán)，向心式有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）低溫余熱發(fā)電機(jī)組目前已經(jīng)在石化、煉鋼、化肥、紡織等高能耗行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，在效率、收益方面都得到了客戶的認(rèn)可。為了保證良好的經(jīng)濟(jì)性，縮短設(shè)備投資回收期，機(jī)組必須得到良好的日常維護(hù)保養(yǎng)。本文介紹了發(fā)電機(jī)組的工作原理、結(jié)構(gòu)，將機(jī)組零部件進(jìn)行分類，分類介紹機(jī)組的一些常見問題以及分析處理方法，并對(duì)發(fā)電機(jī)組的巡檢、維護(hù)重點(diǎn)做出了介紹。

1 向心式ORC 發(fā)電機(jī)組的工作原理及零部件分類

1.1 向心式ORC 發(fā)電機(jī)組的工作原理

機(jī)組主要包括蒸發(fā)器、膨脹機(jī)（本文稱為渦輪機(jī)）、冷凝器、工質(zhì)泵等設(shè)備及部件。低品位余熱進(jìn)入機(jī)組蒸發(fā)器，通過熱量交換將其熱量轉(zhuǎn)移給低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)（R245FA ,五氟丙烷）；產(chǎn)生飽和高壓工質(zhì)蒸汽，蒸汽進(jìn)入渦輪機(jī)，通過渦輪機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)與渦輪機(jī)連接的發(fā)電機(jī)發(fā)電并送入電網(wǎng)系統(tǒng)，經(jīng)膨脹后的蒸汽進(jìn)入冷凝器形成低溫液體工質(zhì)，然后由工質(zhì)泵加壓送回預(yù)熱器、蒸發(fā)器，如此循環(huán)。向心式ORC 發(fā)電機(jī)組主要指渦輪機(jī)為向心式結(jié)構(gòu)。

1.2 向心式ORC 發(fā)電機(jī)組的零部件分類

按照零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，零部件主要分為旋轉(zhuǎn)機(jī)械類、有機(jī)工質(zhì)、潤(rùn)滑油類、管道件（含換熱器、閥門）類、電氣系統(tǒng)（傳感器、控制元件等）四大類。其中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械包含工質(zhì)泵、油泵、渦輪機(jī)等部件；有機(jī)工質(zhì)為五氟丙烷（R245FA），潤(rùn)滑油一般為廠家專用油。管道件主要包含換熱器、閥門、過濾器等，其中主要的換熱器有蒸發(fā)器、預(yù)熱器、過熱器、冷凝器（或蒸發(fā)式冷凝器）；電氣系統(tǒng)主要由并網(wǎng)柜、變頻柜、控制柜組成。

2 向心式ORC 發(fā)電機(jī)組的常見問題及處理方法

2.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械（包括工質(zhì)泵、油泵、渦輪機(jī)）類零件常見問題及處理方法

機(jī)組中旋轉(zhuǎn)機(jī)械的工作狀態(tài)是否穩(wěn)定直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組性能是否平穩(wěn)，應(yīng)作為設(shè)備重點(diǎn)，在巡檢及維護(hù)工作中重點(diǎn)關(guān)注。旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見的問題有振動(dòng)變大或聲音異常、機(jī)封泄漏。

（1）振動(dòng)變大或聲音異常，振動(dòng)變大或聲音異?？梢詮臋C(jī)械以及工況兩個(gè)方面分析。

①機(jī)械方面分析，振動(dòng)變大或聲音異常，可以先排查地腳螺栓有無(wú)松動(dòng)、電機(jī)與泵頭聯(lián)軸器是否對(duì)中；聯(lián)軸器彈性元件是否磨損失效。泵內(nèi)部軸承損壞，也會(huì)造成振動(dòng)變大。但是現(xiàn)場(chǎng)排查比較困難。應(yīng)由廠家專業(yè)分析原因。

②運(yùn)行工況方面分析，任何旋轉(zhuǎn)類機(jī)械部件，都有相應(yīng)的設(shè)計(jì)工況，如果其工況超出其設(shè)計(jì)要求，則振動(dòng)以及聲音都必然會(huì)變大。比如工質(zhì)泵振動(dòng)變大，則我們應(yīng)分析是否因工質(zhì)泵工況變化導(dǎo)致，比如工質(zhì)泵吸空、泵前過濾器堵塞、工質(zhì)泵泵后堵塞等都會(huì)造成工況偏離，造成振動(dòng)變大。

（2）機(jī)封泄漏。應(yīng)對(duì)機(jī)封泄漏，應(yīng)從以下幾個(gè)方面重點(diǎn)注意。

①振動(dòng)較大可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)封動(dòng)靜環(huán)磨損造成泄漏。首先應(yīng)查找振動(dòng)原因，并降低振動(dòng)值，才能保證新機(jī)封的壽命。

②在設(shè)備調(diào)試運(yùn)行階段，管道清潔度不合格，管道雜質(zhì)有可能會(huì)進(jìn)入機(jī)封動(dòng)靜環(huán)，造成機(jī)封泄漏。

③日常使用中，巡檢機(jī)封沖洗液的供應(yīng)量是否充足。否則也會(huì)是機(jī)封快速磨損的一個(gè)重要原因。

④泵的運(yùn)行工況波動(dòng)劇烈，也會(huì)降低機(jī)封的使用壽命。

2.2 有機(jī)工質(zhì)、潤(rùn)滑油常見問題及處理方法

有機(jī)工質(zhì)以及潤(rùn)滑油在系統(tǒng)內(nèi)閉式循環(huán)，其數(shù)量以及品質(zhì)會(huì)影響機(jī)組發(fā)電效率。若工質(zhì)、潤(rùn)滑油中的水分及不凝氣含量超標(biāo)，會(huì)大幅度降低發(fā)電效率，甚至?xí)?duì)旋轉(zhuǎn)部件造成致命傷害。常見問題有以下幾點(diǎn)。

（1）如果巡檢過程中發(fā)現(xiàn)工質(zhì)液位或油箱油位有明顯降低，則說明有工質(zhì)或潤(rùn)滑油已經(jīng)減少，應(yīng)排查機(jī)組氣密性是否已經(jīng)出現(xiàn)問題，此時(shí)應(yīng)對(duì)整個(gè)機(jī)組進(jìn)行撿漏，發(fā)現(xiàn)有無(wú)泄漏點(diǎn)。

（2）如果使用過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)電量異常下降，冷凝壓力明顯較初始狀態(tài)偏高，潤(rùn)滑油中雜質(zhì)較多，以上現(xiàn)象均有可能是工質(zhì)、潤(rùn)滑油中水分或不凝氣超標(biāo)造成，造成超標(biāo)的原因可能是機(jī)組氣密性出現(xiàn)問題，機(jī)組負(fù)壓時(shí)吸入不凝氣；補(bǔ)充潤(rùn)滑油、工質(zhì)時(shí)操作不當(dāng)，進(jìn)入水分及不凝氣；維修時(shí)操作不當(dāng)也會(huì)混入不凝氣及水分。若水分超標(biāo)，可以先更換干燥過濾器試驗(yàn)，若不可行只能通過更換工質(zhì)或潤(rùn)滑油的方式解決。若不凝氣超標(biāo)，可通過高空排放并收集的方法降低機(jī)組不凝氣含量。

2.3 管道件（含換熱器、閥門）類部件常見問題及處理方法

（1）換熱管結(jié)垢。大多因?yàn)閾Q熱水清潔度不夠，清洗不及時(shí)，水中鈣鎂離子多導(dǎo)致。應(yīng)定期對(duì)換熱管進(jìn)行清洗，常用的清洗方式有機(jī)械清洗和化學(xué)清洗兩大類。對(duì)于蒸發(fā)式冷凝器，尤其需要關(guān)注水槽水質(zhì)，需要定期加藥或者定期換水，否則將加速蒸發(fā)冷換熱管腐蝕以及結(jié)垢，嚴(yán)重影響蒸發(fā)冷換熱效果以及使用壽命。

（2）泄漏。一般原因有密封圈老化失效，可停機(jī)后倒出工質(zhì)，更換老化O 型圈處理；由于支撐位置和方式不對(duì)，管道長(zhǎng)期運(yùn)行以后應(yīng)力釋放，法蘭螺栓預(yù)緊力不夠，導(dǎo)致墊片密封失效，也會(huì)造成泄漏，可停機(jī)后重新擰緊螺栓試驗(yàn)，若還是泄漏，只能更換墊片。

（3）氣動(dòng)（電動(dòng)）控制閥門動(dòng)作不精確或無(wú)法開關(guān)到位置。重新校準(zhǔn)氣動(dòng)閥門定位器可解決此問題。

2.4 電氣系統(tǒng)（傳感器、控制元件等）常見問題及處理方法

（1）傳感器故障。一般原因?yàn)榫€纜松動(dòng)，可對(duì)傳感器接線重新緊固；如果使用條件惡劣，比如暴曬、進(jìn)水，也會(huì)造成傳感器故障。

（2）干擾報(bào)警。應(yīng)由廠家專業(yè)電氣工程師進(jìn)行分析解決。

3 向心式ORC 發(fā)電機(jī)組的巡檢維護(hù)

3.1 日常巡檢重點(diǎn)

（1）開機(jī)過程中的日常巡檢及重點(diǎn)：應(yīng)按照制造廠家提供的維護(hù)說明，對(duì)油位、設(shè)備振動(dòng)、控制屏參數(shù)等項(xiàng)目，嚴(yán)格進(jìn)行巡檢。記錄機(jī)組參數(shù)后，應(yīng)該對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析，和歷史參數(shù)比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。動(dòng)設(shè)備相對(duì)于靜設(shè)備而言更容易出現(xiàn)問題，而且及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，有時(shí)并不會(huì)造成零部件損傷，所以應(yīng)對(duì)旋轉(zhuǎn)類動(dòng)設(shè)備要加強(qiáng)巡檢力度，對(duì)振動(dòng)情況、噪音情況重點(diǎn)關(guān)注，如有異常，必須盡快解決。

（2）停機(jī)中的日常巡檢及重點(diǎn)：機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，不能對(duì)機(jī)組放置不管。對(duì)于機(jī)組氣密性，應(yīng)周期性檢查。旋轉(zhuǎn)機(jī)械應(yīng)每周人工盤車一下，檢查有無(wú)卡阻現(xiàn)象。

3.2 日常維護(hù)重點(diǎn)及注意問題

（1）按照要求定期更換機(jī)組各過濾器濾芯。

（2）按照要求定期對(duì)閥門進(jìn)行校準(zhǔn)。

（3）按照要求定期對(duì)電機(jī)加注潤(rùn)滑脂。

（4）定期對(duì)工質(zhì)、潤(rùn)滑油中含水量進(jìn)行檢測(cè)。

（5）定期采用合適的方法對(duì)機(jī)組撿漏。

（6）在對(duì)機(jī)組進(jìn)行維修時(shí)，一定注意維修時(shí)的清潔度，過程中注意防止水分、雜質(zhì)進(jìn)入過濾器、管道，更換完成之后也應(yīng)注意排空，甚至一些情況下要用真空泵對(duì)維修位置抽真空，防止空氣進(jìn)入工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)。

3.3 巡檢維護(hù)安全

在進(jìn)行維護(hù)過程中，工作人員一定要注意作業(yè)安全。有機(jī)工質(zhì)雖然采用的是環(huán)保工質(zhì)，但是密度過大，仍然會(huì)對(duì)人造成窒息傷害，巡檢維護(hù)過程一定要確保通風(fēng)良好。氣動(dòng)閥門維修時(shí)，一定要切斷氣源，并將閥門內(nèi)部壓力釋放后維修。對(duì)于一些與工質(zhì)直接接觸的維護(hù)，還應(yīng)配備絕熱手套，防止凍傷。運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)機(jī)組進(jìn)行維護(hù)操作時(shí)，應(yīng)注意防燙傷保護(hù)。對(duì)于機(jī)泵類的維修，一定要斷電后進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

向心式有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）低溫余熱發(fā)電機(jī)組原理及結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，通常在發(fā)生故障之前，會(huì)有某些規(guī)律性的特征或者參數(shù)上的變化，專業(yè)的工作人員只要嚴(yán)格進(jìn)行日常巡檢操作，細(xì)心留意機(jī)組參數(shù)變化，就很容易發(fā)現(xiàn)問題。設(shè)備投入使用后定期維護(hù)、及時(shí)維修，可以有效的保持機(jī)組的發(fā)電效率，延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命，從而具有長(zhǎng)久的經(jīng)濟(jì)性。