核電廠GGR 潤(rùn)滑油冷油器的改造研究及應(yīng)用

陳 銘

（廣西防城港核電廠有限公司，廣西防城港 583001）

0 引言

冷油器是電力系統(tǒng)中汽輪機(jī)配套使用的常見油冷卻設(shè)備，冷油器分光管表面管殼式和管板式，均采用冷卻水作為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱交換，從而保證汽輪機(jī)各軸承入口油溫達(dá)到規(guī)定值，確保機(jī)組正常運(yùn)行[1]。某核電廠兩臺(tái)百萬機(jī)組GGR 潤(rùn)滑油冷油器由上海汽輪機(jī)廠負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)并制造的管殼式冷油器，其主要部件有上下水室，殼體管系及充油管路構(gòu)成，殼體上接有進(jìn)出水管，進(jìn)出油管，排水管，排油管，排氣管及溫度表座。冷卻水流程為雙流程，立式安裝形式，以閉式冷卻水（來自SRI 系統(tǒng)）作為冷卻介質(zhì)。單臺(tái)機(jī)組配有兩臺(tái)冷油器（為立式管殼式冷油器，型號(hào)為YL-700，），一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用，殼側(cè)走油，管側(cè)走水，其他基本參數(shù)見表1。

表1 YL-700 型冷油器相關(guān)參數(shù)

2014年1月，在某核電廠GGR 冷油器現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中檢查發(fā)現(xiàn)，原設(shè)計(jì)GGR 冷油器存在多方面設(shè)計(jì)問題，后通過推動(dòng)建設(shè)方、設(shè)備廠家對(duì)某核電廠GGR 冷油器進(jìn)行了改造，以實(shí)現(xiàn)冷油器的在線查漏和堵漏檢修工作。下面將對(duì)核電百萬機(jī)組GGR 潤(rùn)滑油冷油器的改造與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)作簡(jiǎn)要敘述和總結(jié)，以便推廣至電站其他系統(tǒng)管殼式冷卻器。

1 冷油器上水室無法實(shí)現(xiàn)就地查漏功能

某核電廠汽輪機(jī)潤(rùn)滑油冷油器由2058 根Φ20 mm×0.9 mm冷卻管（材料為1Cr18Ni9Ti）及兩端的固定管板和中間隔板組成，單臺(tái)冷油器的堵管數(shù)一般不能超過總管數(shù)的10%。上管板側(cè)面與上水室配合形成徑向T 形密封，上水室打開后T 形密封失去壓緊力、失去油側(cè)密封效應(yīng)，從而導(dǎo)致上水室無法實(shí)現(xiàn)就地在線查漏和堵漏檢修作業(yè)。

對(duì)冷油器上水室原水側(cè)與油側(cè)密封一體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在機(jī)組油位異常降低時(shí)，系統(tǒng)無明顯外漏情況下，可以首先通過對(duì)冷油器隔離后在線灌水查漏，快速準(zhǔn)確地找到泄漏管束并進(jìn)行管束上下管口堵漏工作成為可能。

2 冷油器下水室無法實(shí)現(xiàn)就地堵漏功能

冷油器設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行后換熱管束容易腐蝕破損，加之冷油器定期清理水側(cè)管束均將導(dǎo)致冷油器潤(rùn)滑油泄漏情況，設(shè)備隔離切換后要及時(shí)對(duì)備用側(cè)冷油器進(jìn)行查漏堵漏檢修作業(yè)，以期盡快恢復(fù)其備用。原冷油器下水室檢查孔設(shè)計(jì)不合理，下水室檢查孔至水室里面最遠(yuǎn)端冷卻換熱管的距離約為1.4 m，已超出檢修人員手臂觸及范圍，從而導(dǎo)致遠(yuǎn)端部分冷卻管束無法進(jìn)行就地在線堵漏檢修作業(yè)。

改造后將冷油器原下水室檢查孔盡量縮短檢查孔短接長(zhǎng)度，并在原下水室檢查孔對(duì)側(cè)新增兩個(gè)檢查孔，以解決因冷油器直徑過長(zhǎng)維修人員下部水室手臂長(zhǎng)度不夠而無法在線就地堵漏的問題。

3 冷油器下水室的出水側(cè)無排水管

冷油器解體檢修或就地堵漏時(shí)均需要將進(jìn)、出水側(cè)的冷卻水全部排凈并隔離，某核電廠冷油器下水室底部缺少一側(cè)排水管，冷油器水室回水側(cè)冷卻水無法正常排放，運(yùn)行人員無法進(jìn)行相應(yīng)排空隔離措施（圖1）。改造后增加回水側(cè)排水管，使其滿足隔離操作需求。

4 GGR 冷油器油水側(cè)壓差問題驗(yàn)證

根據(jù)中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 9634—1999《汽輪機(jī)冷油器(管式)尺寸系列和技術(shù)條件》4.1.2 規(guī)定“冷油器油側(cè)壓力應(yīng)大于水側(cè)壓力”[2]；考慮到水壓高于油壓，換熱管束破損后，冷卻水會(huì)大量由潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)入到汽輪機(jī)各軸瓦，從而會(huì)引起機(jī)組振動(dòng)、軸瓦磨損等異常情況最終將導(dǎo)致機(jī)組被迫停機(jī)或嚴(yán)重事故。如油壓高于水壓、換熱管束破損后，潤(rùn)滑油進(jìn)入到冷卻水中，機(jī)組運(yùn)行時(shí)可通過監(jiān)視GGR 主油箱油位的逐步下降，緊急采取補(bǔ)油和切換備用側(cè)冷油器操作，從而有效避免該風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 改造前下水室排水口示意

某核電廠的1#、2#機(jī)冷油器為立式管殼式結(jié)構(gòu)，正常運(yùn)行時(shí)一用一備，殼側(cè)走油，管側(cè)走水。主油泵出口油壓0.55 MPa（5.5 bar），冷油器油側(cè)就地壓力表壓0.50 MPa（5.0 bar）。而在就地和遠(yuǎn)傳監(jiān)控方面均缺少冷油器進(jìn)水壓力監(jiān)測(cè)裝置，無法真實(shí)判斷冷油器內(nèi)油水壓差關(guān)系。后通過與設(shè)計(jì)院、上汽廠溝通回函也只是以計(jì)算方式驗(yàn)證閉式冷卻水滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)院提供水壓計(jì)算（圖2）：

在不考慮沿程管道壓損和節(jié)流孔板對(duì)壓降的影響時(shí)，SRI冷油器入口壓力=SRI 水箱標(biāo)高+泵的揚(yáng)程-泵的標(biāo)高-冷油器標(biāo)高，即34.3+22.56-0.88-8.12=47.686 m（水柱），折合0.477 MPa（4.77 bar）。

考慮沿程管道壓損和節(jié)流孔板對(duì)壓降的影響后，節(jié)流孔板（006DI）后進(jìn)水壓力為4.76 bar<冷油器油側(cè)入口就地壓力顯示5.0 bar，滿足《汽輪機(jī)冷油器(管式)尺寸系列和技術(shù)條件》中4.1.2 條的要求。

圖2 冷卻水壓力計(jì)算示意

在實(shí)際應(yīng)用中，如果GGR 冷油器水側(cè)壓力高于油側(cè)壓力則機(jī)組將存在重大安全隱患，根據(jù)實(shí)際需要應(yīng)提交改造，要求增加GGR 冷油器進(jìn)水閥后就地壓力表，以便運(yùn)行時(shí)監(jiān)測(cè)油水壓差關(guān)系。

5 GGR 冷油器油側(cè)排氣管線無監(jiān)視驗(yàn)證措施

GGR 冷油器投入運(yùn)行時(shí)，油側(cè)上部排氣管線無窺視措施，運(yùn)行人員切換冷油器時(shí)，首先確認(rèn)冷油器水側(cè)冷卻水正常后，全開充油管道上的壓力平衡閥（GGR4175VH、GGR4176VH），以便使備用冷油器在投運(yùn)之前能夠先行注油，同時(shí)開啟油側(cè)放氣閥排凈空氣，防止空氣混入潤(rùn)滑油系統(tǒng)。分析認(rèn)為：冷油器運(yùn)行時(shí)若平衡閥故障或管線不暢等情況出現(xiàn)，則不能準(zhǔn)確判斷冷油器內(nèi)空氣是否完全排放，極易誤導(dǎo)運(yùn)行人員在備用側(cè)冷油器內(nèi)空氣未完全排放情況下切換冷油器切換閥，從而造成潤(rùn)滑油系統(tǒng)冷油器瞬間斷油情況，易引起汽輪機(jī)各軸瓦振動(dòng)超標(biāo)甚至嚴(yán)重磨損等故障，故建議應(yīng)增設(shè)該排氣管線窺視措施（如泵、壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)等重要管路上的窺視窗）以便運(yùn)行人員切換冷油器前準(zhǔn)確判斷備用側(cè)冷油器的注油排空情況，避免機(jī)組瞬間斷油事故的發(fā)生。

6 結(jié)論

通過對(duì)某核電廠GGR 潤(rùn)滑油冷油器安裝改造過程中實(shí)際問題的分析，在管殼式冷卻器水室側(cè)進(jìn)行機(jī)械加工改造，將原設(shè)計(jì)水側(cè)與油側(cè)一體密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)分離，同時(shí)對(duì)附屬部件進(jìn)行改進(jìn)，從而使冷卻器具備就地在線查漏和堵漏檢修功能。通過技術(shù)改進(jìn)，冷油器的故障檢修模式，由原來的隔離整體吊運(yùn)至檢修場(chǎng)地離線查漏解體堵漏工作方式改為就地在線檢修工作方式；使檢修工作設(shè)備范圍、檢修時(shí)長(zhǎng)、檢修人力物力的投入以及檢修工藝流程的精簡(jiǎn)等方面都得到了極大的優(yōu)化；同時(shí)也避免了汽輪發(fā)電機(jī)組疊加冷油器切換閥故障或內(nèi)漏機(jī)組無法隔離故障冷油器情況的出現(xiàn)，大大縮短了機(jī)組單臺(tái)冷油器運(yùn)行無備用設(shè)備時(shí)間，對(duì)于機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著較大價(jià)值。同時(shí)，也為電站內(nèi)其他系統(tǒng)管殼式冷卻器在線查漏堵漏、運(yùn)行時(shí)油水側(cè)壓力監(jiān)視、切換前注油排空確認(rèn)等工作，提供了良好的借鑒作用，將來可以推廣應(yīng)用于行業(yè)內(nèi)各系統(tǒng)管殼式冷卻器的優(yōu)化改進(jìn)。