18PA6B柴油機(jī)高低溫水箱頻繁液位報警問題分析及處理

引言

某核電廠應(yīng)急柴油機(jī)選用陜西柴油重工集團(tuán)組裝的18PA6B機(jī)型,輔機(jī)系統(tǒng)包括燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、啟動壓空系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng),其中冷卻水系統(tǒng)分為高溫水系統(tǒng)和低溫水系統(tǒng),高溫水主要用于冷卻柴油機(jī)的缸套、缸蓋、一級空冷器,低溫水系統(tǒng)主要用于冷卻滑油及二級空冷器。

該核電廠在柴油機(jī)系統(tǒng)移交生產(chǎn)后,頻繁出現(xiàn)高低溫水膨脹箱低液位報警現(xiàn)象,補水后很短一段時間內(nèi)該現(xiàn)象會再次出現(xiàn),造成了運行負(fù)擔(dān)。最終查明原因為水系統(tǒng)高點集氣,通過增加排氣閥解決了問題。

1問題的出現(xiàn)及潛在原因

核電廠應(yīng)急柴油機(jī)主要功能為在全廠失電工況下,為廠內(nèi)必要的負(fù)荷提供電源。在AP1000項目中,應(yīng)急柴油機(jī)不提供核安全相關(guān)功能,為非核級備用柴油機(jī),僅提供縱深防御相關(guān)功能,但是仍為廠內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備。

每臺備用柴油機(jī)配備多個輔機(jī)子系統(tǒng),這些子系統(tǒng)對于柴油機(jī)的運行是必須的,具體包括燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、啟動壓空系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)。其中柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)的功能為:柴油機(jī)運行期間,通過強(qiáng)制循環(huán)將柴油機(jī)及其輔助設(shè)備的熱量傳遞到風(fēng)冷散熱器,風(fēng)冷散熱器再將熱量散發(fā)到大氣中去,從而使柴油機(jī)潤滑油及本體工作部件的工作溫度維持在安全限值之內(nèi)。冷卻水系統(tǒng)分為高溫水和低溫水兩個系統(tǒng),高溫水系統(tǒng)主要冷卻柴油機(jī)的缸套、缸蓋、一級空冷器,低溫水系統(tǒng)主要冷卻滑油及二級空冷器。該核電廠1號機(jī)備用柴油機(jī)A/B在移交生產(chǎn)后多次出現(xiàn)高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報警。此報警多次出現(xiàn),均在備用柴油發(fā)電機(jī)啟動運行后,導(dǎo)致運行人員需頻繁補水,增加了運行負(fù)擔(dān)。

據(jù)初步分析,18PA6B備用柴油機(jī)冷卻水系統(tǒng)主要包含以下幾個重要組成部分:高溫水泵、低溫水泵、風(fēng)冷散熱器、恒溫閥、水處理箱、高低溫水膨脹箱、隔離閥、高溫水/滑油換熱器、高溫水電加熱器、高低溫水管路。日常熱備用期間高溫水電動泵保持運行,恒溫三通閥僅兩個閥口打開,低溫水泵為機(jī)帶泵(凸輪軸驅(qū)動),僅在柴油機(jī)啟動后運行,因此平常熱備用期間高溫水部分回路打循環(huán),低溫水回路無循環(huán),現(xiàn)場高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報警均是在啟機(jī)后出現(xiàn),可能與水系統(tǒng)循環(huán)有關(guān)。

首先初步判斷篩選出造成高低溫水膨脹箱頻繁報警的所有可能原因有五個:第一,高低溫水系統(tǒng)存在外部滲漏點或者存在溢流,平常存在少量滲漏或溢流,啟機(jī)后系統(tǒng)壓力升高,滲漏量增大,導(dǎo)致高低溫水膨脹箱液位下降:第二,高低溫水系統(tǒng)在柴油機(jī)內(nèi)部存在漏點,冷卻液滲入滑油系統(tǒng)中:第三,高低溫水在日常取樣過程中存在大量消耗:第四,高低溫水系統(tǒng)中無專門的排氣閥,管路系統(tǒng)高點存在集氣現(xiàn)象,日常熱備用期間始終無法有效靜態(tài)排氣,只能通過啟動后實現(xiàn)動態(tài)排氣,空氣排除后,冷卻液整體容積下降,導(dǎo)致高低溫水膨脹箱液位下降:第五,高低溫水膨脹箱液位計故障,讀數(shù)不準(zhǔn)確,所以導(dǎo)致頻繁誤報。

2原因排查與分析

現(xiàn)場根據(jù)上述五種可能的原因逐一進(jìn)行了排查。在每次季度試驗期間目視檢查了兩臺機(jī)高低溫水系統(tǒng)所有位置,發(fā)現(xiàn)并不存在任何滲漏或溢流現(xiàn)象,因此排除了第一種可能的原因。

而針對第二種原因,實際上如果高溫水大量滲漏到滑油中,滑油黏度會大幅下降,從而使柴油機(jī)產(chǎn)生機(jī)械故障,嚴(yán)重時會發(fā)生拉缸抱缸,但實際上兩臺機(jī)組每次運行期間工藝參數(shù)一切正常,也無異常振動、噪聲等。觀察油底殼液位也無明顯異常變化,而跟蹤對比歷次滑油取樣分析數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)滑油的水分含量無異常,也無明顯異常變化。具體取樣化驗結(jié)果如圖1所示。

針對第三種原因,經(jīng)過調(diào)研跟蹤每次取樣過程,發(fā)現(xiàn)每次取樣的水量較少,基本在500mL左右,取樣頻度為3個月,而高低溫水系統(tǒng)的總?cè)莘e均在2m3以上,取樣的量對于整體容量來說微不足道,因此不是頻繁報警的主要原因。

針對第五個原因,每次報警時檢查測量實際水位發(fā)現(xiàn)液位計讀數(shù)準(zhǔn)確,與實際液位相符,液位計接線正常準(zhǔn)確,因此第五個可能原因也已排除。

至此只剩下第四個原因,因每次水系統(tǒng)補水活動不可避免地會進(jìn)入部分空氣,高低溫水系統(tǒng)管路中會殘留大量空氣,最后空氣集中在整個系統(tǒng)的最高點位置。整個高低溫水系統(tǒng)基本為封閉系統(tǒng),僅高低溫水膨脹箱有氣口與大氣聯(lián)通(圖2為高低溫水膨脹箱外形圖),在熱備用期間,低溫水回路及高溫水部分回路未進(jìn)行循環(huán),無法有效將管路內(nèi)部的空氣排放至大氣,而在柴油機(jī)啟機(jī)運行后,高溫水和低溫水系統(tǒng)有效打循環(huán),部分空氣通過膨脹箱氣口排放至大氣,整個水系統(tǒng)容積減少,膨脹箱液位降低。因此,每次備用柴油機(jī)A運行之后均會

出現(xiàn)膨脹箱液位低報警。

圖2高低溫水膨脹箱外形示意圖

3問題處理

基本判斷得出了唯一可能的原因后,該核電廠通過設(shè)計變更在整個柴油機(jī)高低溫水系統(tǒng)的高點,也就是屋頂散熱器處增加了排氣閥,在每次補水期間通過打開排氣閥徹底排出系統(tǒng)中的空氣。增加排氣閥后,通過一年多的觀察,發(fā)現(xiàn)高低溫水膨脹箱液位頻繁報警的現(xiàn)象不再出現(xiàn),問題已解決。

4結(jié)語

通過增加排氣閥后的長期觀察,確認(rèn)該核電廠高低溫水膨脹箱頻繁出現(xiàn)液位報警的原因為管路系統(tǒng)高點存在集氣現(xiàn)象,日常熱備用期間始終無法有效靜態(tài)排氣,每次柴油機(jī)啟動后高低溫水充分循環(huán),實現(xiàn)了動態(tài)排氣,空氣排除后,冷卻液整體容積下降,導(dǎo)致高低溫水膨脹箱液位下降。后來類似的情況也出現(xiàn)在該核電廠小型輔助柴油機(jī)冷卻水管路中,在冬季啟機(jī)前投入冷卻水回路電加熱器后機(jī)體溫度未上升,無法達(dá)到暖機(jī)效果。經(jīng)檢查,自管路高點開始加熱器另一側(cè)溫度無法正常上升,檢查管路高點集氣,排氣后問題解決。因此,該問題一定程度上具有普遍意義,從減輕核電廠運行人員負(fù)擔(dān)的角度來看,可在柴油機(jī)冷卻水回路高點增加排氣設(shè)施。