某水電廠透平油系統(tǒng)管路改造及功能優(yōu)化

許海洋，李偉偉

（貴州烏江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司沙沱發(fā)電廠，貴州 沿河565300）

1 概述

某水電廠總裝機(jī)容量1120 MW（4×280 MW），多年平均發(fā)電量45.52億kW·h，設(shè)計(jì)年利用小時(shí)數(shù)4064 h。水輪發(fā)電機(jī)組型式為立軸半傘式，水輪機(jī)型號(hào)為HLA904 c-LJ-710，設(shè)計(jì)水頭為64 m，額定轉(zhuǎn)速為93.75 r/min。每臺(tái)機(jī)組共設(shè)置上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)三部導(dǎo)軸承，分別布置在上機(jī)架、下機(jī)架和頂蓋上，承受機(jī)組運(yùn)行中徑向作用力，限制機(jī)組擺度；另外在承重機(jī)架——下機(jī)架上設(shè)置一部推力軸承，承擔(dān)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量及水輪機(jī)的軸向水推力。各部軸承設(shè)計(jì)為獨(dú)立油槽，其中三部導(dǎo)軸承均為潤(rùn)滑油內(nèi)部自循環(huán)冷卻方式，推力軸承采用強(qiáng)迫潤(rùn)滑油外循環(huán)冷卻方式。每臺(tái)水輪機(jī)設(shè)置2個(gè)油壓操作的直缸接力器，接力器活塞直徑為600 mm，行程為850 mm。機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的油壓裝置型號(hào)為YZ-12.5-6.3，額定操作油壓6.3 MPa。該水電廠透平油的用油設(shè)備主要是指機(jī)組的各部軸承及調(diào)速系統(tǒng)。機(jī)組使用的透平油為L(zhǎng)-KTL46長(zhǎng)壽命汽輪機(jī)油。

2 該水電廠透平油系統(tǒng)的組成及任務(wù)

2.1 透平油系統(tǒng)的組成

2.1.1 油庫(kù)及油處理室

透平油油庫(kù)及油處理室設(shè)置在發(fā)電機(jī)出線(xiàn)層。油庫(kù)中安裝4個(gè)油桶，單個(gè)油桶容積為25 m3。按照功能劃分為2個(gè)運(yùn)行油桶，2個(gè)凈油桶[4]。每個(gè)油桶頂部設(shè)置一根油桶進(jìn)油管，油桶下部設(shè)置一根給機(jī)組供油管，油桶底部設(shè)置一根事故排油管，經(jīng)事故排油閥引入事故油池中，事故排油管上引出一根油桶排油管。各油桶的進(jìn)油管、供油管、排油管分別引入油處理室中。具體布置形式可見(jiàn)圖1所示。油處理室中設(shè)置一個(gè)容積為1 m3的移動(dòng)油箱，用于向設(shè)備添油或臨時(shí)儲(chǔ)油。

2.1.2 油處理設(shè)備

該水電廠透平油油處理設(shè)備原設(shè)計(jì)主要包括齒輪油泵、壓力濾油機(jī)、真空濾油機(jī)、濾油紙烘箱等設(shè)備。齒輪油泵主要在接受新油和設(shè)備注油、排油時(shí)使用。壓力濾油機(jī)、真空濾油機(jī)主要在透平油的過(guò)濾、凈化、再生時(shí)使用。

2.1.3 油管網(wǎng)

該水電廠廠內(nèi)設(shè)有縱貫全廠的機(jī)組供、排油2根干管[3]，即機(jī)組透平油供、回油總管。油庫(kù)中4個(gè)油桶的機(jī)組供油管和油桶排油管通過(guò)閥門(mén)后連通，再分別經(jīng)閥門(mén)接至4臺(tái)機(jī)組透平油供油總管上，4個(gè)油桶的進(jìn)油管分別經(jīng)閥門(mén)接至4臺(tái)機(jī)組透平油回油總管上。每臺(tái)機(jī)在機(jī)組供、排油2根干管上分別引出本機(jī)組的透平油供、排油總管，再由支管接入機(jī)組的軸承和調(diào)速系統(tǒng)的油槽（油箱）。管網(wǎng)中在油處理室和機(jī)組段總管上預(yù)留有活接頭和軟管的連接處，方便在管系中串連注、排油或凈油設(shè)備[3]。而油處理室中各油桶的進(jìn)油和排油支管上未設(shè)置相關(guān)的臨時(shí)接口。見(jiàn)圖2、圖3所示。

圖1 油庫(kù)油桶管路布置圖

圖2 油桶排油管布置圖

透平油系統(tǒng)還設(shè)置了一根由裝卸場(chǎng)引入油處理室的透平油庫(kù)補(bǔ)油管，便于油罐車(chē)從裝卸場(chǎng)通過(guò)自流或泵壓直接給油庫(kù)補(bǔ)充新油。透平油事故油池外設(shè)置一根排油管直接引至裝卸場(chǎng)處，便于將事故油池中的廢油泵入油罐車(chē)中轉(zhuǎn)移、處理。

圖3 油桶進(jìn)油管布置圖

2.2 透平油系統(tǒng)的任務(wù)

水電廠透平油系統(tǒng)的任務(wù)主要包含以下幾方面：（1）接受新油；（2）儲(chǔ)備凈油；（3）給用油設(shè)備充油；（4）向運(yùn)行設(shè)備添油補(bǔ)油；（5）從設(shè)備中排出污油；（6）污油的凈化處理；（7）油品的監(jiān)督與維護(hù)；（8）廢油的收集與保存[2]。

透平油庫(kù)中應(yīng)經(jīng)常備有一定數(shù)量的質(zhì)量合格的備用油，以便保證水輪發(fā)電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。備用油的量應(yīng)按照最大機(jī)組的擁有量的110%來(lái)確定。

3 透平油處理管路改造背景

該水電廠于2013年5月至6月完成全廠4臺(tái)機(jī)組的投產(chǎn)運(yùn)行。在機(jī)組檢修期間復(fù)核計(jì)算、統(tǒng)計(jì)每臺(tái)機(jī)組實(shí)際用油量如表1所示。

表1 機(jī)組各部實(shí)際用油量統(tǒng)計(jì)

由表1可知，單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行所需總油量約為37.6 m3，其中各軸承所需油量約為24 m3，均超出設(shè)計(jì)計(jì)算總油量。機(jī)組運(yùn)行所需總油量超出一個(gè)運(yùn)行油桶的總?cè)莘e，至少需用2個(gè)油桶來(lái)盛放。為保證機(jī)組各軸承用油和調(diào)速系統(tǒng)用油的油品質(zhì)量，機(jī)組排油時(shí)將各軸承所用透平油（約為24 m3）排至一個(gè)運(yùn)行油桶中，將調(diào)速系統(tǒng)所用透平油（約為13.6 m3）排至另一個(gè)運(yùn)行油桶中，避免混合造成油質(zhì)化驗(yàn)指標(biāo)不滿(mǎn)足用油設(shè)備的要求。

透平油系統(tǒng)配備了壓力濾油機(jī)和真空濾油機(jī)等凈化處理設(shè)備。壓力濾油機(jī)主要凈化油中的機(jī)械雜質(zhì)和吸附分離少量水分[2]，型號(hào)為L(zhǎng)Y-100和LY-150兩種，處理流量分別為6 m3/h和9 m3/h；真空濾油機(jī)主要為了使透平油到達(dá)除水脫氣的目的[2]，型號(hào)為ZJCQ-9，處理流量為9 m3/h。

油處理室中僅在機(jī)組透平油供、回油總管上預(yù)留連接濾油機(jī)的臨時(shí)接頭，每次僅可以接1臺(tái)濾油機(jī)對(duì)1個(gè)運(yùn)行油桶的透平油進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾完畢后再對(duì)下一個(gè)運(yùn)行油桶的透平油過(guò)濾。壓力濾油機(jī)過(guò)濾完畢后再換成真空過(guò)濾機(jī)按照上述方法對(duì)2個(gè)盛放機(jī)組用油的運(yùn)行油桶逐一過(guò)濾。加之投產(chǎn)初期透平油系統(tǒng)管路、軸承油槽、調(diào)速器油箱油罐等設(shè)備運(yùn)行環(huán)境和工作條件差，使得運(yùn)行后排出的透平油油質(zhì)含有大量雜質(zhì)和水分，油凈化處理的難度更大。根據(jù)多次機(jī)組檢修統(tǒng)計(jì)，壓力濾油機(jī)完全處理1臺(tái)機(jī)組排出的2個(gè)運(yùn)行油桶中的油量約需要27 h，真空濾油機(jī)完全處理1臺(tái)機(jī)組排出的2個(gè)運(yùn)行油桶中的油量約需要75 h。再考慮濾油過(guò)程中管路及濾油機(jī)轉(zhuǎn)接、設(shè)備停機(jī)檢查等環(huán)節(jié)，每臺(tái)機(jī)組透平油的凈化處理，大約需要12～13工作日，滿(mǎn)足不了設(shè)計(jì)要求的“透平油系統(tǒng)一般應(yīng)配置壓力濾油機(jī)和真空濾油機(jī)，其容量應(yīng)在8 h內(nèi)能過(guò)濾一臺(tái)最大機(jī)組油量”[1]。

根據(jù)上級(jí)公司檢修管理辦法，該水電廠機(jī)組小修標(biāo)準(zhǔn)工期為15～18 d，機(jī)組透平油排、注油及凈化處理是水電機(jī)組檢修的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目。如果機(jī)組排出的透平油油質(zhì)較差，透平油凈化處理時(shí)間占據(jù)了機(jī)組檢修工期的大部，往往引起小修機(jī)組無(wú)法按期交付電網(wǎng)調(diào)度的風(fēng)險(xiǎn)。

檢修期間需分別對(duì)各軸承和調(diào)速系統(tǒng)的透平油用壓力濾油機(jī)和真空濾油機(jī)依次過(guò)濾處理。濾油機(jī)運(yùn)行期間需安排至少2名檢修人員現(xiàn)地實(shí)時(shí)監(jiān)控，且同一時(shí)段僅能操作1臺(tái)濾油機(jī)，人員的工作效能較低。濾油機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生巨大的噪音和大量油霧，檢修人員工作環(huán)境極為惡劣，為保證檢修進(jìn)度還需要“白加黑”兩班倒的工作方式，工作時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重?fù)p害檢修人員的身體健康。

4 改造效果

4.1 管路改造方式

該水電廠在第一輪機(jī)組檢修結(jié)束后針對(duì)上述弊端，結(jié)合透平油處理室油管路布置的現(xiàn)狀，利用無(wú)機(jī)組檢修工作的汛期期間，對(duì)油處理室中油處理管路進(jìn)行改造。具體改造內(nèi)容為：將各油桶的進(jìn)油和排油支管球閥后增加設(shè)置相關(guān)的臨時(shí)接口，便于油處理設(shè)備通過(guò)活接頭和軟管直接與各個(gè)油桶單獨(dú)連接，可不受機(jī)組透平油供油、回油總管的臨時(shí)連接口限制。在支管上增設(shè)的臨時(shí)接口后各增加一個(gè)球閥，以便于將油桶中的油路切斷而進(jìn)行臨時(shí)接頭和軟管的連接。具體改造管路效果見(jiàn)圖4、圖5所示。

圖4 油桶排油支管改造后現(xiàn)場(chǎng)圖

圖5 油桶進(jìn)油支管改造后現(xiàn)場(chǎng)圖

透平油處理工作管理要求也因?yàn)樵O(shè)備改變而對(duì)照施策：在油處理工作結(jié)束后，需將油處理室中所有原設(shè)計(jì)和新增閥門(mén)可靠關(guān)閉，將所有臨時(shí)接口處用蒙板和密封墊進(jìn)行可靠密封、防護(hù)，同時(shí)保證管路通道完整，不得存在缺口，以免造成跑油。

管路改造前后透平油系統(tǒng)圖對(duì)比如圖6、圖7所示。

4.2 功能優(yōu)化效果

（1）改造后，各個(gè)油桶的油處理工作實(shí)現(xiàn)互不影響的效果。油桶排油支管的臨時(shí)接口兩端的球閥都是近油桶側(cè)的閥門(mén)，油桶進(jìn)油支管的臨時(shí)接口頂部的球閥為近油桶側(cè)的閥門(mén)。油桶需進(jìn)行油過(guò)濾工作時(shí)，僅需將濾油機(jī)的進(jìn)油管接在該油桶排油支管新增的臨時(shí)接口上，同時(shí)濾油機(jī)的出油管連接在該油桶進(jìn)油支管新增的臨時(shí)接口上，然后分別打開(kāi)進(jìn)油支管和排油支管新增臨時(shí)接口頂部的近油桶側(cè)球閥，即可開(kāi)始形成循環(huán)油路進(jìn)行油桶內(nèi)的透平油過(guò)濾。同時(shí)未改變各個(gè)油桶中透平油的互相倒換、轉(zhuǎn)移功能。

圖6 管路改造前透平油系統(tǒng)圖

圖7 管路改造后透平油系統(tǒng)圖

（2）改造后，單個(gè)油桶內(nèi)透平油的過(guò)濾和轉(zhuǎn)移工作中需操作的閥門(mén)減少（僅需操作2個(gè)支管上小通徑的閥門(mén)），極大地簡(jiǎn)化操作流程。改造前，每個(gè)油桶的油必須流入油處理室中的機(jī)組透平油供油和回油總管上，才能再次經(jīng)支管閥門(mén)進(jìn)入相應(yīng)油桶，最少要操作四個(gè)閥門(mén)（包括總管上臨時(shí)接口的大通徑閥門(mén)）。

（3）改造后，油庫(kù)中各個(gè)油桶的透平油在處理過(guò)程中，發(fā)生竄油至機(jī)組透平油供油、回油總管和各臺(tái)機(jī)機(jī)組段供排油管網(wǎng)的概率大大降低，保證其他非檢修機(jī)組及運(yùn)行設(shè)備的安全。改造前，進(jìn)行油處理時(shí)油流必須流經(jīng)油處理室中的機(jī)組透平油供油和回油總管，而油處理室中的機(jī)組透平油供油和回油總管與縱貫全廠的機(jī)組供、排油兩根干管僅有一個(gè)球閥進(jìn)行截止，該閥門(mén)如果操作失誤未關(guān)閉或關(guān)閉不嚴(yán)密等異常情況，必然造成竄油至機(jī)組透平油供油、回油總管和各臺(tái)機(jī)機(jī)組段供排油管網(wǎng)，引發(fā)不安全事件。改造后，進(jìn)行油處理時(shí)，油流僅流經(jīng)支管，支管和總管之間有一個(gè)球閥截止，總管與干管還有一個(gè)球閥截止，多了一道防護(hù)，極大提高了設(shè)備的可靠性。

（4）改造后，極大提高了透平油凈化處理的工作效率，最大限度降低了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了暴露在惡劣工作環(huán)境下的時(shí)間，把對(duì)人員身體健康的影響降到了最低。同時(shí)降低該項(xiàng)目檢修工作難度，提高了檢修可靠性，節(jié)約了檢修人工成本和檢修費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)降本增效。檢修過(guò)程中，機(jī)組排出的各軸承用油和調(diào)速系統(tǒng)用油分別盛放在不同的運(yùn)行油桶中，開(kāi)始濾油時(shí)，一個(gè)運(yùn)行油桶接壓力濾油機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，同時(shí)另一個(gè)運(yùn)行油桶接真空濾油機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，待2個(gè)油桶第1種濾油設(shè)備過(guò)濾完畢后，直接交換后繼續(xù)同時(shí)過(guò)濾，將節(jié)約60%左右的工作時(shí)間。同樣安排的2名檢修人員現(xiàn)地可同時(shí)操控2臺(tái)濾油機(jī)，也提高了工作效能。

該電廠透平油系統(tǒng)管路改造后，設(shè)備運(yùn)行至今，未發(fā)生過(guò)工作人員誤操作的事故，未發(fā)生竄油或跑冒滴漏等異常情況，未發(fā)生因機(jī)組透平油凈化處理導(dǎo)致機(jī)組檢修工期未按時(shí)完成的管理風(fēng)險(xiǎn)，證明改造是成功的，達(dá)到了預(yù)期的所有目的。

5 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)正確、布局合理的油系統(tǒng)，不僅能提高電站運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和縮短檢修期，而且對(duì)運(yùn)行的靈活性以及管理方便等方面提供良好的條件[2]。該水電廠通過(guò)對(duì)透平油系統(tǒng)管路的改造，改進(jìn)不合理設(shè)計(jì)之處，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行功能，取得良好的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益，值得其他同類(lèi)型水電廠借鑒，值得在行業(yè)內(nèi)推廣。