趙正清, 羅吉江

(山東核電有限公司, 山東煙臺 265116)

AP1000潤滑油系統(tǒng)沖洗周期長的原因分析及應對措施

趙正清, 羅吉江

(山東核電有限公司, 山東煙臺 265116)

介紹了AP1000核電汽輪發(fā)電機組潤滑油系統(tǒng)沖洗，分析了影響潤滑油系統(tǒng)沖洗的制約因素，并對此提出了相應的應對措施和解決方法，為同類型機組的潤滑油系統(tǒng)沖洗提供參考。

核電； AP1000機組； 潤滑油系統(tǒng)； 沖洗

潤滑油系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機組重要的附屬系統(tǒng)，主要功能是為汽輪發(fā)電機組支持軸承、推力軸承及盤車裝置提供潤滑油，還向汽輪機提供低壓保安油，另外為發(fā)電機密封油系統(tǒng)提供備用油源。

潤滑油的清潔度不合格會導致汽輪機轉子軸頸損傷、軸瓦鎢金磨損，因此控制好汽輪發(fā)電機組潤滑油的清潔度將直接影響到機組的穩(wěn)定運行。汽輪發(fā)電機組在投運前均需對潤滑油系統(tǒng)進行沖洗，以清除系統(tǒng)中的焊渣、鐵屑、沙、纖維、碎布、木屑等雜質，直至油質合格，以此確保汽輪機軸瓦、軸頸等部件在汽輪發(fā)電機組運行過程中不受損傷和影響。

1 潤滑油系統(tǒng)簡介

AP1000核電汽輪發(fā)電機組潤滑油系統(tǒng)主要由汽輪機大軸驅動的主油泵、組合油箱、冷油器及全封閉式套裝油管構成。組合油箱上布置一臺控制油泵、一臺盤車油泵及一臺直流潤滑油泵。

圖1為潤滑油系統(tǒng)簡圖。

圖1 潤滑油系統(tǒng)簡圖

潤滑油系統(tǒng)正常運行期間，由主油泵提供主要動力使兩個射油器從主油箱抽出潤滑油，一路送到主油泵的吸入口，一路經冷油器冷卻后送至汽輪發(fā)電機各軸承。潤滑軸承之后的潤滑油流至軸承座，然后在母管內匯集并流回主油箱重復循環(huán)。當主油泵故障或主油泵出口壓力不足時，交流潤滑油泵(盤車油泵)向汽輪發(fā)電機組軸承供給高壓油；緊急直流油泵在交流潤滑油泵不可用時向機組提供潤滑油[1]。

2 潤滑油系統(tǒng)沖洗

潤滑油系統(tǒng)沖洗共分為四個步驟。第一步進行潤滑油儲存、輸送及凈化系統(tǒng)沖洗；沖洗范圍為布置在室外的污油箱、凈油箱、室內主油箱及連接管道；沖洗動力為供油泵和輸油泵。第二步進行潤滑油系統(tǒng)第一階段大流量沖洗。第三步進行潤滑油系統(tǒng)第二階段大流量沖洗。第四步進行潤滑油系統(tǒng)第三階段沖洗。第二步與第三步潤滑油沖洗均使用臨時大流量裝置對主油箱到汽輪發(fā)電機組各軸承的供、回油管道進行沖洗，第二步沖洗潤滑油不進軸承箱，直接通過布置在軸承箱的匯流排將潤滑油供回油管短接，通過軟管將潤滑油插接至回油管道進行系統(tǒng)沖洗。第三步沖洗潤滑油進入軸承箱，并且第三步沖洗將對潤滑油系統(tǒng)儀表管進行沖洗，驗收標準也較第二步嚴格。第四步沖洗為潤滑油系統(tǒng)恢復至正常狀態(tài)，大流量裝置和匯流排等臨時措施全部拆除，潤滑油通過盤車油泵和直流潤滑油泵對系統(tǒng)進行沖洗，此時運行初期在各軸承箱入口管加裝臨時過濾器，待油質合格后拆除。

AP1000機組潤滑油系統(tǒng)沖洗特點主要有：

(1) 采用大流量裝置。

(2) 潤滑油沖洗供回油管的連接采用靈活的插接方式。

(3) 冷油器在沖洗過程中始終投入運行。

(4) 驗收標準嚴格，采用三菱公司的驗收標準，對主油箱和各軸承的沖洗過濾器總雜質進行收集稱重，總雜質的重量下降至每8 h連續(xù)收集的雜質重量在0.167 g或以下，并且8 h的連續(xù)沖洗完成后檢查：①最大的固體大小控制在直徑0.12 mm；②直徑大于0.12 mm的較大固體必須足夠軟，可以粉碎至直徑不超過0.12 mm；③纖維組成的外來物質的最大尺寸，例如碎布，必須

是1.6 mm或以下的長度。

(5) 沖洗完成后不進行翻瓦清理工作。

3 潤滑油系統(tǒng)沖洗周期偏長的原因

根據以往機組潤滑油系統(tǒng)沖洗經驗，潤滑油系統(tǒng)沖洗合格時間為3～4個月，而AP1000核電汽輪發(fā)電機組潤滑油系統(tǒng)沖洗耗時8～9個月，有的甚至花費更長時間。

3.1沖洗方式選擇不當導致沖洗周期加長

AP1000機組潤滑油系統(tǒng)冷油器采用管殼式、 U形管式換熱器，型號為YL-2×890-2。冷油器分為 A、B 兩列，正常運行時一用一備，殼側走油，冷卻水在 U形管內流動。冷油器為臥式布置，進油口和出油口均布置在冷油器高位，潤滑油從進油口進入冷油器殼側后，由折流板引導潤滑油的流動，金屬顆粒和較重的雜質容易沉積在冷油器底部，而冷油器底部折流板僅有一個約10 mm的過油小孔，不利于雜質的流出。AP1000機組進行潤滑油沖洗時將冷油器納入沖洗系統(tǒng)，增加了沖洗時間。冷油器并入潤滑油系統(tǒng)參加前期一、二階段沖洗的雜質收集情況進行統(tǒng)計和分析。以某段時間A冷油器雜質收集稱重數據為依據，繪制了雜質收集稱重趨勢圖，見圖2。

圖2 A冷油器雜質收集稱重趨勢圖

由圖2可以看出：經過一段時間的沖洗，潤滑油系統(tǒng)收集到的雜質總質量逐漸趨于穩(wěn)定，在沖洗的運行方式沒有變化情況下，將冷油器底部排污引至主油箱回油濾網處，僅增加直流潤滑油泵EOP和盤車油泵TOP的啟停次數，濾網收集到的雜質總質量明顯上升，進一步說明系統(tǒng)的雜質來源于冷油器。冷油器底部的雜質在擾動工況下隨油流帶出冷油器。EOP1次表示雜質收集期間直流潤滑油泵EOP啟動1次，TOP3次表示盤車油泵啟動3次。

3.2大流量裝置選擇不當

AP1000機組潤滑油系統(tǒng)沖洗動力可以來自大流量裝置、盤車油泵及直流潤滑油泵，其出力情況見表1。

表1 大流量裝置與系統(tǒng)潤滑油泵出力比較

從表1可以看出：AP1000機組潤滑油系統(tǒng)進行沖洗時雖然采用了大流量裝置，但是大流量裝置流量偏小，導致潤滑油系統(tǒng)沖洗時間加長的一個重要因素。

每臺冷油器布置有1 431根U形管束,沖洗潤滑油經過冷油器后產生較大的壓降，使冷油器出口潤滑油壓力下降較大，影響潤滑油沖洗效果。

另外由于潤滑油管道設計壓力為0.37 MPa，而大流量裝置出口壓力為0.65 MPa，為防止系統(tǒng)超壓，大流量裝置再循環(huán)在進行潤滑油系統(tǒng)沖洗時不能全部關閉，從而使?jié)櫥拖到y(tǒng)沖洗流量進一步降低。

3.3冷油器臟污引入外來物質

使用內窺鏡對冷油器進行檢查，發(fā)現(xiàn)有冷油器內部有鐵屑、雜物等大顆粒雜質。對冷油器進行抽芯檢查，在冷油器殼側內部發(fā)現(xiàn)較大塊氧化鐵及大面積金屬顆粒，并且有的冷油器殼側墊片外包裝未拆除、墊片安裝膠帶未清除等問題。這些問題的發(fā)生說明在冷油器制造、儲存過程中防異物工作未做好，使外部雜質帶入冷油器內部。根據后續(xù)機組的經驗反饋，對冷油器抽芯后使用高壓水槍、清潔劑對冷油器進行專業(yè)清理，某電站對冷油器清理出來的雜質送化學試驗室進行干燥處理后稱重，冷油器A、B雜質總質量分別為58.05 g、42.24 g。冷油器自帶雜質若不進行清理，將引入潤滑油沖洗系統(tǒng)，導致潤滑油系統(tǒng)沖洗周期延長。

3.4管道焊接質量欠佳

在進行潤滑油系統(tǒng)沖洗時，發(fā)現(xiàn)潤滑油沖洗雜質中總是存在黑色硬質金屬顆粒，導致第二階段沖洗始終無法達標。打開套裝油管的人孔門，發(fā)現(xiàn)套管內壁的現(xiàn)場焊接部位有黑色焊瘤，部分焊縫未焊透，輕輕觸碰即能掉落黑色硬質顆粒。對該汽輪發(fā)電機潤滑油套裝油管道打開檢查，發(fā)現(xiàn)套裝油管道內部多處焊縫存在氧化層，進行處理并補焊等。

3.5沖洗過程中清潔度控制不力

由于潤滑油系統(tǒng)沖洗在汽輪機安裝工作未完全完成的情況下進行的，汽輪機本體、主蒸汽管道保溫工作，汽輪機廠房水泥地面施工與潤滑油系統(tǒng)沖洗交叉作業(yè)，潤滑油系統(tǒng)在沖洗時，為保證回油暢通，排煙風機處于運行狀態(tài)，潤滑油系統(tǒng)在微負壓狀態(tài)下進行沖洗。潤滑油沖洗工作環(huán)境不潔凈，使保溫棉、灰塵進入潤滑油系統(tǒng)。在沖洗過程中較長時間收集到絮狀保溫棉。

4 加快潤滑油系統(tǒng)沖洗進度的措施

4.1控制設備進場前的清潔度

超前控制，將潤滑油系統(tǒng)設備、管道制造清潔度控制延伸到制作廠，在設備制造過程中不僅對設備質量進行把關、控制，對設備、管道清潔度控制也應高度重視，將清潔度控制納入設備質量計劃中，進行過程監(jiān)督，確保設備清潔度可控。設備存儲、運輸過程也需清潔度控制。AP1000機組設備如冷油器清潔度控制不好導致油系統(tǒng)沖洗延長。

4.2優(yōu)化沖洗方案

在進行臨時大流量裝置沖洗時期，將冷油器從沖洗系統(tǒng)旁路，待潤滑油沖洗第二階段基本合格后再將冷油器并入系統(tǒng)進行沖洗。冷油器旁路后：一方面減少了系統(tǒng)的阻力，潤滑油系統(tǒng)沖洗壓力得以大幅提高，從0.20 MPa變?yōu)?.37 MPa，從而使?jié)櫥拖到y(tǒng)沖洗效果變好；另一方面，減少了一個存積雜質的設備，能有效縮短沖洗周期。

另外為確保冷油器并入潤滑油沖洗系統(tǒng)時的清潔度，對冷油器進行抽芯清理，以防止外來污染物進入潤滑油系統(tǒng)。

4.3增大潤滑油沖洗流量

在進行潤滑油第一、二階段使用大流量沖洗時，選擇900 m3/h或更大的大流量裝置，以增大沖洗流量。也可在使用大流量裝置的基礎上，當潤滑油油質較好時將盤車油泵并入沖洗系統(tǒng)同時運行，增大沖洗流量。

在第三階段潤滑油沖洗時，將盤車油泵和直流潤滑油泵并列運行，提高潤滑油沖洗流量。

4.4使用變工況沖洗方法

在進行潤滑油系統(tǒng)沖洗時，通過間隔啟動盤車油泵和直流潤滑油泵的方式增加對系統(tǒng)的擾動，提高沖洗效果[2]。

4.5加裝立體式濾油磁棒

潤滑油沖洗階段采用大流量沖洗方式，并間歇啟動盤車油泵和直流潤滑油泵，使?jié)櫥陀土鞒蕪娢闪鳡顟B(tài)。這種強紊流狀態(tài)下的油流將使細小的鐵磁性物質懸浮在油中。采用立體式濾油磁棒，將立體式濾油磁棒安裝在主油箱回油區(qū)域和各軸承箱回油口處，立體式濾油磁棒與潤滑油接觸面積大、可吸附物質分布較近，在磁場強吸附能力下將潤滑油中的鐵屑吸附，去除潤滑油中的磁性物質。

4.6使用內窺鏡對設備和系統(tǒng)進行檢查

潤滑油系統(tǒng)的管道和設備通過人的肉眼是看不到內部設備的清潔度狀況的，借助內窺鏡能有效檢查管道和設備內部的清潔度。在進行潤滑油沖洗期間，合理使用內窺鏡對潤滑油系統(tǒng)進行清潔度檢查，有效避免了風險，縮短了油沖洗的周期。在第一階段潤滑油大流量沖洗前，對冷油器進行檢查，發(fā)現(xiàn)有鐵屑、雜物等外界引入的雜質，在系統(tǒng)進行油沖洗前對冷油器進行清理；在第二階段沖洗完成恢復時，使用內窺鏡對盤車裝置噴油管道進行檢查，發(fā)現(xiàn)盤車嚙合齒輪噴油管有類似彎曲釘子形狀的異物，割管取出該異物，是一段直徑約0.5 mm、長度2～3 cm的鉛絲。

4.7合理使用系統(tǒng)配置的油凈化設備

AP1000潤滑油系統(tǒng)配置有用于沖洗的沖洗過濾器，過濾精度達到6 μm，沖洗過濾器出力為780 m3/h；安裝在潤滑油向各軸承供油母管與冷油器之間，可以根據情況投退。

在主油箱與輸油泵之間布置循環(huán)過濾器，可以根據潤滑油油質情況投運輸油泵，通過循環(huán)過濾器對主油箱的潤滑油進行過濾；循環(huán)過濾器過濾精度達到6 μm，出力為81 m3/h。

油凈化裝置是為汽輪機油設計的過濾脫水裝置，集油液的精密過濾及高效脫水于一體，能有效清除油液中的顆粒及乳化水、游離水。處理完成后油液清潔度可達 NAS6級，自由水質量分數可低于100×10-6。油凈化裝置出力為15 m3/h。

另外在初期油質差時，可以在主油箱外接臨時濾油機對主油箱潤滑油進行過濾。

4.8其他措施

(1) 關注潤滑油系統(tǒng)沖洗期間的工作細節(jié)，做好防異物工作。在系統(tǒng)進行臨時措施實施、恢復及濾網清理過程中做好清潔度控制，防止外部雜質等異物進入潤滑油系統(tǒng)；另外管道法蘭、軸承箱扣蓋時涂抹密封膠要均勻，范圍合適，以免將密封膠引入潤滑油系統(tǒng)。

(2) 使用合適的材料，閥門盡量不使用碳鋼閥門，法蘭墊片嚴禁使用石墨纏繞墊。

(3) 做好恢復工期的控制，建立有效處理缺陷的機制。第二階段潤滑油沖洗完成進行臨時措施恢復時，不僅進行機務專業(yè)的臨時措施恢復，還要進行汽輪機熱工測點的安裝、調整工作；另外還有部分汽輪發(fā)電機組廠家的安裝工作和缺陷處理工作，工期約25 d，為控制好恢復工期，避免恢復工作發(fā)生沖突，制定臨時措施恢復計劃是十分必要的，合理安排工作。

(4) 沖洗過程中注意沖洗油系統(tǒng)運行區(qū)域的環(huán)境衛(wèi)生的控制，尤其是軸承座平臺區(qū)域，嚴禁進行揚塵的工作，如地面土建施工，避免灰塵進入潤滑油系統(tǒng)；嚴禁進行保溫工作，防止保溫棉絮進入潤滑油系統(tǒng)；在進行地面清潔工作時應進行灑水作業(yè)，清掃地面應輕手輕腳，避免揚塵。

(5) 利用熱脹冷縮的原理，快速升高潤滑油溫度，2 h內達到70 ℃，然后通過冷油器進行降溫或自然降溫，從而使附著在潤滑油管壁上的雜質脫落。同時在潤滑油系統(tǒng)沖洗時使用橡膠錘對潤滑油管道進行敲擊，可以提高沖洗效果[2]。

5 結語

潤滑油系統(tǒng)的沖洗工作是常規(guī)島調試工作的關鍵路徑，直接影響機組調試工作的進展，并且潤滑油沖洗工作具有周期長、技術含量高及風險大的特點；在潤滑油系統(tǒng)沖洗時通過采用以上優(yōu)化措施，機組的沖洗時間大幅減少。但是當機組進行大修時，臥式布置管式冷油器的結構導致進入冷油器的雜質不易徹底沖洗出來，給機組運行帶來隱患。建議后續(xù)的機組在冷油器選擇時優(yōu)先使用板式換熱器，板式換熱器作為潤滑油系統(tǒng)的換熱器無論在百萬火電機組，還是在核電領域均有使用業(yè)績，板式冷油器與管式冷油器相比最大的優(yōu)點是便于進行內部清理。

[1] 廖亞民. AP1000核電廠常規(guī)島系統(tǒng)初級運行[M]. 北京: 中國原子能出版?zhèn)髅接邢薰? 2011: 9.

[2] 河南省電力公司. 火電工程調試技術手冊汽輪機卷[M]. 北京: 中國電力出版社, 2003: 4.

CauseAnalysisandTreatmentonLongFlushingPeriodofanAP1000LubricatingOilSystem

Zhao Zhengqing, Luo Jijiang

(Shandong Nuclear Power Co., Ltd., Yantai 265116, Shandong Province, China)

An introduction is presented to the flushing status in lubricating oil system of an AP1000 nuclear power turbo-generator unit, together with an analysis on factors influencing the flushing performance, and subsequently corresponding countermeasures are proposed, which may serve as a reference for flushing in lubricating oil system of similar units.

nuclear power; AP1000 unit; lubricating oil system; flushing

2016-08-29；

2017-02-21

趙正清(1966—)，男，高級工程師，從事核電站調試管理工作。羅吉江(通信作者) E-mail: luojijiang@sdnpc.com

TM623.7

A

1671-086X(2017)06-0416-04