應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組高溫冷卻水水溫過高故障分析及處理

文萬軍 胡啟帥 余峰 雷超 吳畏 魏大明 高儉 曹靖 周兵 楊松

摘要：應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組用于失去外電的情況下為允許短時(shí)供電中斷的負(fù)荷供電，同時(shí)作為不允許供電中斷負(fù)荷的后備電源，為重要設(shè)備提供必要負(fù)載。本文針對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組定期試驗(yàn)過程中高溫冷卻水水溫過高導(dǎo)致機(jī)組異常停機(jī)故障展開分析，通過定位故障原因?yàn)楹銣亻y故障并進(jìn)行處理，有效解決了高溫冷卻水水溫過高故障。

Abstract： The emergency diesel generator set is used to supply power to the load that allows short-time power supply interruption in case of loss of external power. At the same time， it is used as the backup power supply for the load that does not allow power supply interruption to provide necessary load for important equipment. In this paper， the abnormal shutdown fault of the unit caused by the high temperature cooling water temperature during the periodic test of the emergency diesel generator set is analyzed. By locating and treating the fault cause as the thermostatic valve fault， the high temperature cooling water temperature fault is effectively solved.

關(guān)鍵詞：應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組;高溫冷卻水水溫;恒溫閥

Key words： emergency diesel generator set;high temperature cooling water temperature;thermostatic valve

中圖分類號(hào)：TL341 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）01-0117-03

0 ?引言

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組作為廠區(qū)外路電源的備用電源，承擔(dān)著在失電情況下為重要設(shè)備供電的重要責(zé)任。在應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組定期試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)高溫冷卻水故障報(bào)警停機(jī)，無法滿足運(yùn)行需求。為保證應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，本文通過分析應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組高溫冷卻水水溫過高故障的影響因素，并對(duì)故障原因進(jìn)行定位，有效解決了高溫冷卻水水溫過高故障，試驗(yàn)驗(yàn)證滿足要求。

1 ?應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組高溫冷卻水系統(tǒng)簡介

高溫冷卻水時(shí)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組重要冷卻系統(tǒng)之一。主要由高溫水預(yù)熱泵、機(jī)帶高溫水泵、高溫水加熱器、恒溫閥、風(fēng)冷散熱器、油水換熱器所組成。當(dāng)機(jī)組處于熱備狀態(tài)時(shí)，高溫冷卻水系統(tǒng)對(duì)機(jī)組高溫冷卻水進(jìn)行加熱，通過油水換熱器對(duì)潤滑油進(jìn)行加熱，維持高溫冷卻水和潤滑油溫度在40-50℃區(qū)間。以便于在機(jī)組接收應(yīng)急指令后可快速啟動(dòng)并帶載運(yùn)行[1]。在機(jī)組運(yùn)行過程中，高溫冷卻水系統(tǒng)將氣缸產(chǎn)生的熱量帶走，保證氣缸處于正常工作溫度區(qū)間。高溫冷卻水水溫是判斷機(jī)組高溫冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)（超過90℃機(jī)組報(bào)警）。

2 ?應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組高溫冷卻水水溫過高故障描述

操作人員按照應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)要求對(duì)機(jī)組進(jìn)行定期滿載試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組在帶載50%時(shí)，高溫冷卻水溫持續(xù)上升，在高溫冷卻水溫上升至90℃時(shí)，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組安保監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警提示，立即對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行卸載處理，之后高溫冷卻水溫迅速上升至95℃，機(jī)組安保系統(tǒng)直接發(fā)出緊急停機(jī)指令并自動(dòng)停機(jī)。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組高溫冷卻水水溫過高會(huì)使?jié)櫥驼扯认陆?，破壞油膜降低潤滑效果和?dòng)力性能[2]，所以應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組高溫冷卻水溫水溫必須控制在允許值，從而使柴油機(jī)處于最佳狀態(tài)，為所需負(fù)載提供有力保障。

3 ?影響應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組高溫冷卻水水溫過高的因素

3.1 冷卻水不足

冷卻系統(tǒng)里的冷卻水不足會(huì)導(dǎo)致應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)冷卻水總量低于設(shè)計(jì)指標(biāo)，使冷卻性能下降，從而導(dǎo)致應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組冷卻水溫度升高。

3.2 風(fēng)冷散熱器故障

機(jī)組在長時(shí)間的運(yùn)行和備用狀態(tài)間切換，冷卻液性能會(huì)不斷降低，冷卻液防垢作用將不斷的降低，散熱銅管長期結(jié)垢會(huì)嚴(yán)重影響其導(dǎo)熱系數(shù)，增大散熱器的等效熱阻[3]，嚴(yán)重會(huì)造成管道內(nèi)部完全堵塞，降低設(shè)備換熱能力。散熱器采用風(fēng)冷式，當(dāng)冷卻風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)也會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)備散熱能力降低。

3.3 水溫傳感器故障

在柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，溫度傳感器是用來監(jiān)視和測量柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組冷卻水溫度最為常見的儀器。冷卻水溫度傳感器由于長時(shí)間的使用，可能會(huì)造成溫度傳感器內(nèi)部元件的損壞、失靈或者出現(xiàn)誤差。溫度傳感器大多采用熱敏電阻，其失靈或者誤差偏大將會(huì)導(dǎo)致功率下降，對(duì)機(jī)組性能產(chǎn)生影響[4]。

3.4 恒溫閥故障

該應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組恒溫閥采用的是技術(shù)成熟的蠟式恒溫閥（感應(yīng)溫度為75℃至83℃）。

當(dāng)柴油機(jī)內(nèi)水溫高于83℃溫度時(shí)，恒溫閥全開，冷卻水帶走從機(jī)組內(nèi)部吸收的熱量經(jīng)恒溫閥流入風(fēng)冷散熱器中，通過風(fēng)冷散熱器帶走冷卻水的熱量，重新進(jìn)入機(jī)組進(jìn)行換熱循環(huán)。圖2為柴油發(fā)電機(jī)組高溫冷卻水系統(tǒng)大循環(huán)原理圖。

當(dāng)高溫冷卻水溫度低于75℃時(shí)，恒溫閥處于全關(guān)狀態(tài)，高溫冷卻水帶走從機(jī)組內(nèi)部吸收機(jī)組的熱量經(jīng)恒溫閥旁通管，流入機(jī)組中再次吸熱循環(huán)。由于高溫冷卻水直接從高溫循環(huán)水泵作用下通過恒溫閥旁通管，而不經(jīng)過風(fēng)冷散熱器，避免了不必要的冷卻，機(jī)組溫度迅速上升。圖 3為柴油發(fā)電機(jī)組高溫冷卻水系統(tǒng)小循環(huán)原理圖。

當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組內(nèi)高溫冷卻水處于上述兩種溫度之間時(shí)，恒溫閥部分開啟，高溫冷卻水的大小循環(huán)同時(shí)存在，此時(shí)高溫冷卻水的循環(huán)稱為混合循環(huán)。

在機(jī)組運(yùn)行過程中若恒溫閥未及時(shí)開啟會(huì)導(dǎo)致機(jī)組熱量無法排出機(jī)組，造成機(jī)組超溫停機(jī)故障。

4 ?應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組高溫冷卻水水溫過高故障分析及處理

4.1 故障分析

4.1.1 冷卻水檢查

檢查機(jī)組高溫冷卻水各設(shè)備狀態(tài)，高溫膨脹水箱液位在熱備及運(yùn)行期間始終保持于水箱2/3液位以上，及冷卻水水量滿足機(jī)組要求，通過對(duì)比每月對(duì)機(jī)組冷卻水水質(zhì)取樣結(jié)果，水質(zhì)均滿足設(shè)計(jì)要求。排除冷卻水不足導(dǎo)致冷卻水溫度升高。

4.1.2 風(fēng)冷散熱器檢查

檢查風(fēng)冷散熱器，風(fēng)機(jī)絕緣均滿足要求。點(diǎn)動(dòng)、運(yùn)行冷卻風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行電流處于正常范圍，檢查散熱器冷卻水盤管表面無裂紋、漏點(diǎn)，運(yùn)行期間通過紅外熱成像儀觀察各毛細(xì)管溫度，無明顯溫差。由此初步判斷風(fēng)冷散熱器處于正常狀態(tài)。

4.1.3 水溫傳感器檢查

機(jī)組高溫水熱敏電阻位于機(jī)組內(nèi)部拆卸較為困難，采用功能性檢查方式，經(jīng)驗(yàn)證機(jī)組高溫水溫度傳感器元件符合使用要求。

4.1.4 恒溫閥檢查

機(jī)組恒溫閥狀態(tài)檢查可通過控制冷卻水溫度實(shí)現(xiàn)，將恒溫閥拆下，將其放置于裝有溫水的容器中，從容器底部進(jìn)行加熱，用紅外測溫儀對(duì)溫度監(jiān)測，觀察恒溫閥在75℃時(shí)是否能有開閥動(dòng)作和在83℃前能完全開啟，以此判定恒溫閥狀態(tài)。若進(jìn)行恒溫閥拆卸工作，需要將機(jī)組內(nèi)部所用冷卻水排空，拆除恒溫閥端蓋，工作量大且工期較長，考慮到現(xiàn)場實(shí)際情況舍棄該方式。

結(jié)合冷卻水原理圖查看現(xiàn)場實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組除了在機(jī)組內(nèi)部安裝遠(yuǎn)傳高溫水溫度和高溫水壓力表，還在恒溫閥和風(fēng)冷散熱器管道間設(shè)置了一個(gè)量程為10bar的就地壓力表以及量程為100℃的就地溫度表。當(dāng)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)后，在高溫冷卻水水溫上升過程中，當(dāng)水溫小于75℃時(shí)，機(jī)組內(nèi)部高溫冷卻水循環(huán)方式為小循環(huán)狀態(tài)，在此階段冷卻水大循環(huán)為關(guān)閉狀態(tài)，及就地壓力表顯示壓力為恒溫閥至風(fēng)冷散熱器之間冷卻水靜壓，就地溫度表顯示溫度應(yīng)高于環(huán)境溫度但低于機(jī)組內(nèi)部冷卻水溫度。當(dāng)高溫冷卻水水溫位于75℃-83℃時(shí)高溫水循環(huán)狀態(tài)處于小循環(huán)與大循環(huán)切換過程，此時(shí)應(yīng)恒溫閥的開啟就地壓力變示數(shù)與就地溫度表示數(shù)應(yīng)出現(xiàn)相應(yīng)變化，直至機(jī)組產(chǎn)生的熱量與散熱器的冷卻量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后就地壓力變示數(shù)與就地溫度表示數(shù)將會(huì)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。因此機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行過程中可通過對(duì)機(jī)組高溫水遠(yuǎn)傳溫度、就地壓力表和就地溫度表示數(shù)觀察分析，判斷恒溫閥狀態(tài)。

檢查應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組各管道均為正常狀態(tài)，對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行啟機(jī)試驗(yàn)，將機(jī)組高溫水遠(yuǎn)傳溫度、就地壓力表和就地溫度表進(jìn)行記錄，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示。

當(dāng)機(jī)組在熱備狀態(tài)時(shí)，高溫冷卻水就地壓力為0.8bar（高溫冷卻水重力壓力）;機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)正常時(shí)，高溫冷卻水溫度到達(dá)75℃后，就地壓力表將維持2-4bar。通過圖4可知，機(jī)組在運(yùn)行過程中，遠(yuǎn)傳高溫水溫度持續(xù)上升，當(dāng)溫度高于75℃后，就地高溫水溫度和壓力均無明顯變化，可以看出恒溫閥在運(yùn)行過程中未動(dòng)作，處于關(guān)閉狀態(tài)。導(dǎo)致機(jī)組高溫水系統(tǒng)一直處于小循環(huán)狀態(tài)，從而使高溫水溫度直線上升，判斷為恒溫閥故障。

4.2 故障處理及驗(yàn)證

對(duì)該應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組恒溫閥端蓋兩端高低溫冷卻水法蘭拆卸處理，將機(jī)組和管路中的高低溫冷卻水進(jìn)行排空，拆卸機(jī)組恒溫閥端蓋。通過加熱冷卻水方式對(duì)拆卸下來的恒溫閥進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)恒溫閥一直沒有開閥動(dòng)作，由此可判定恒溫閥損壞是導(dǎo)致應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)高溫冷卻水水溫過高而停機(jī)的直接原因。更換損壞的恒溫閥，做好密封措施后對(duì)端蓋和法蘭進(jìn)行回裝，對(duì)高低溫冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻水加注和排氣，再次對(duì)該機(jī)組做負(fù)荷試驗(yàn)，滿負(fù)荷運(yùn)行1小時(shí)，試驗(yàn)時(shí)對(duì)機(jī)組高溫水遠(yuǎn)傳溫度、就地壓力表和就地溫度表進(jìn)行記錄，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5所示。

根據(jù)圖5可知，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)行過程中，高溫冷卻水遠(yuǎn)傳和就地溫度無明顯差別。當(dāng)高溫冷卻水水溫達(dá)到75℃后，高溫水系統(tǒng)管路壓力處于2.8bar，符合正常值2-4bar。恒溫閥處于開啟狀態(tài)，高溫水系統(tǒng)一直維持大循環(huán)狀態(tài)，帶走燃燒產(chǎn)生的熱能，高溫冷卻水水溫隨負(fù)載時(shí)間增加，溫度始終維持75-83℃間，機(jī)組其余各項(xiàng)參數(shù)均正常，機(jī)組恢復(fù)應(yīng)急運(yùn)行功能。

5 ?結(jié)論

本文針對(duì)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組定期試驗(yàn)過程中高溫冷卻水水溫過高導(dǎo)致機(jī)組異常故障停機(jī)進(jìn)行分析，結(jié)合工作原理及故障現(xiàn)象逐一排除冷卻水不足、風(fēng)冷散熱器故障、水溫傳感器故障的影響因素，并通過設(shè)計(jì)檢查方案對(duì)恒溫閥狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證，最終定位機(jī)組高溫冷卻水水溫過高為恒溫閥故障導(dǎo)致。更換恒溫閥后的機(jī)組經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證滿足要求，為重要設(shè)備的備用電源提供有效保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]李德佳.核電站應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)分析和調(diào)試[J].電力設(shè)備，2006（8）：41-44.

[2]劉海密.柴油及潤滑油管理探討[J].新疆石油科技，2006（2）：56-58.

[3]付和平，陳杰.強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱器堵塞程度智能檢測方法[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，44（5）：125-132.

[4]陳立創(chuàng)，楊帆.基于響應(yīng)測試的電控柴油機(jī)傳感器故障診斷[J].輕工科技，2017（10）：39-40.

[5]李樹勛，把橋環(huán).內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)自動(dòng)恒溫閥試驗(yàn)研究[J].流體機(jī)械，2006，34（9）：4-7.