高儉　雷超　陳慶旭　魏大明　周金昊　胡啟帥　曹宇　楊松

摘要：應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是反應(yīng)堆的重要組成部分，在正常電源全部失去的情況下，均有能力滿足應(yīng)急配電系統(tǒng)的要求，以確保應(yīng)急負(fù)荷的連續(xù)供電。啟動(dòng)時(shí)間是評價(jià)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的重要指標(biāo)，根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，為保障反應(yīng)堆安全運(yùn)行，機(jī)組在接到啟動(dòng)信號(hào)后10秒內(nèi)須完成啟動(dòng)，但試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間并不能滿足設(shè)計(jì)要求。本文基于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組及其輔助系統(tǒng)的工作原理，通過對比分析啟動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究機(jī)組啟動(dòng)超時(shí)原因，并提出優(yōu)化方案對機(jī)組及其輔助系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，有效解決機(jī)組啟動(dòng)超時(shí)的問題，保障反應(yīng)堆安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)堆;應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組;啟動(dòng)時(shí)間

0 ?引言

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是反應(yīng)堆的重要組成部分，其作為應(yīng)急電源，承擔(dān)著在出現(xiàn)全廠區(qū)正常電源喪失情況下接到啟動(dòng)信號(hào)后立即啟動(dòng)且能完成重要安全設(shè)備帶載，設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的安全功能。啟動(dòng)時(shí)間是評價(jià)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的重要指標(biāo)，啟動(dòng)時(shí)間的長短直接關(guān)系到反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。因此，設(shè)計(jì)文件對啟動(dòng)時(shí)間也做了嚴(yán)格的規(guī)定，機(jī)組接到啟動(dòng)信號(hào)后啟動(dòng)完成且具備帶載的時(shí)間必須≤10s，但試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間并不能滿足設(shè)計(jì)要求。本文基于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組及其輔助系統(tǒng)的工作原理，通過對比分析啟動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究機(jī)組啟動(dòng)超時(shí)原因，并提出優(yōu)化方案對機(jī)組及其輔助系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，有效解決機(jī)組啟動(dòng)超時(shí)的問題。

1 ?應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)簡介

1.1 啟動(dòng)原理

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組本身不具備自行啟動(dòng)能力，機(jī)組啟動(dòng)必須借助于外力，因此機(jī)組配置啟動(dòng)系統(tǒng)。為保證柴油機(jī)啟動(dòng)的可靠性，柴油機(jī)的啟動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為冗余設(shè)置，每臺(tái)柴油發(fā)電裝置設(shè)置兩臺(tái)完全獨(dú)立的壓縮空氣啟動(dòng)系統(tǒng)和電啟動(dòng)系統(tǒng)。

壓縮空氣啟動(dòng)系統(tǒng)是由壓縮儲(chǔ)氣罐供給高壓空氣，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的空氣啟動(dòng)。

電啟動(dòng)系統(tǒng)為應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組自帶的電馬達(dá)裝置，通過啟動(dòng)蓄電池組供給電馬達(dá)24V直流電，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。單個(gè)啟動(dòng)蓄電池組的容量能夠滿足連續(xù)啟動(dòng)機(jī)組5次。

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)設(shè)定為電啟動(dòng)優(yōu)先，當(dāng)電馬達(dá)一次啟動(dòng)失敗后，控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)切換到空氣啟動(dòng)，如此循環(huán)3次，循環(huán)3次未啟動(dòng)成功，機(jī)組則啟動(dòng)失敗報(bào)警。

1.2 啟動(dòng)時(shí)間

啟動(dòng)時(shí)間是指應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組接到啟動(dòng)信號(hào)后啟動(dòng)完成且具備帶載的時(shí)間，它是評價(jià)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的重要指標(biāo)[1]。為了驗(yàn)證和保持應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的安全功能，每月需對機(jī)組進(jìn)行定期試驗(yàn)。表1為試驗(yàn)期間連續(xù)5個(gè)月應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場試驗(yàn)啟動(dòng)時(shí)間與設(shè)計(jì)啟動(dòng)時(shí)間對比見圖1。

由圖1可以看出，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間超過設(shè)計(jì)值。試驗(yàn)過程中機(jī)組采用的啟動(dòng)方式為冷態(tài)電啟動(dòng)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求機(jī)組啟動(dòng)時(shí)冷卻水溫度>40℃，滑油溫度>35℃，啟動(dòng)蓄電池電壓24～28V之間。由表1可知，機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備條件滿足要求，試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效。

2 ?啟動(dòng)超時(shí)分析

根據(jù)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組出廠試驗(yàn)報(bào)告，5次啟動(dòng)數(shù)據(jù)如表2所示。出廠試驗(yàn)啟動(dòng)時(shí)間、現(xiàn)場試驗(yàn)啟動(dòng)時(shí)間與設(shè)計(jì)啟動(dòng)時(shí)間對比見圖2。

由表2可知，機(jī)組出廠試驗(yàn)啟動(dòng)準(zhǔn)備條件滿足要求，啟動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效。出廠試驗(yàn)時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求。

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組能夠順利啟動(dòng)的主要依靠三個(gè)因素[2]：一是霧化良好的柴油能準(zhǔn)時(shí)送達(dá)燃燒室，及保障啟動(dòng)瞬間有充足的燃油和空氣;二是燃燒室里的壓縮空氣能有足夠的燃燒溫度使燃油著火;三是啟動(dòng)時(shí)有足夠的外力作用于曲軸，使其轉(zhuǎn)動(dòng)啟機(jī)。應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組本體、電動(dòng)馬達(dá)、啟動(dòng)蓄電池在現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)未出現(xiàn)故障，未發(fā)生啟動(dòng)系統(tǒng)起始扭矩不足問題。綜合以上分析，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)超時(shí)主要原因在機(jī)組配套的輔助系統(tǒng)。考慮到機(jī)組出廠前試驗(yàn)外接燃油管路布置與反應(yīng)堆現(xiàn)場不同，燃油管路布置也會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)燃油供給不足，因此分析重點(diǎn)考慮燃油系統(tǒng)。

2.1 燃油外管路分析

燃油系統(tǒng)的功能是通過主儲(chǔ)油罐、日用油箱等設(shè)備儲(chǔ)存機(jī)組所需燃油，再由燃油輸送泵、燃油增壓泵、過濾器及閥門等設(shè)備管道，為柴油機(jī)提供正常啟動(dòng)運(yùn)行所需的燃油量[3]。

應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組燃油系統(tǒng)流程簡圖如圖3所示。燃油由日用油箱通過混油箱閥門后進(jìn)入機(jī)組，回油由機(jī)組排出，經(jīng)過散熱器后回混油箱與新油混合再進(jìn)入機(jī)組。燃油進(jìn)入機(jī)組后由輸油泵送入燃油分配裝置，經(jīng)分配后送入各氣缸做功，多余的燃油回到混油箱。

現(xiàn)場檢查機(jī)組外燃油管，日用油箱油中燃油由燃油泵從燃油儲(chǔ)油罐抽至日用油箱，日用油箱油位與燃油泵存在聯(lián)鎖，始終保持日用油位位于1/3～2/3之間，滿足啟動(dòng)要求，外管路日用油箱至機(jī)組段未設(shè)置泵，機(jī)組燃油供給完全依靠機(jī)組自身燃油增壓泵。外燃油管路連接可靠。但通過分析外管路布置，發(fā)現(xiàn)回油管至混油箱管路布置不合理。

圖4為混油箱簡圖。通過分析其工作原理可知回油由N2進(jìn)入混油箱與N1進(jìn)入的新油混合后由N3進(jìn)入機(jī)組，回油動(dòng)力與新油動(dòng)力都由輸油泵提供，在機(jī)組啟動(dòng)瞬間，給油量為最大值，混油箱位于燃油主路線上，在輸油泵啟動(dòng)瞬間N2口會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，將軟管內(nèi)的回油吸入。機(jī)組長期停運(yùn)時(shí)，回油管與輸油管內(nèi)會(huì)存在一定空氣，輸油管進(jìn)入機(jī)組處接有燃油手動(dòng)泵，啟動(dòng)前可通過燃油手動(dòng)泵手動(dòng)打壓排出輸油管內(nèi)空氣。但回油管路并未設(shè)置排氣裝置，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)空氣會(huì)經(jīng)過回油管路進(jìn)入混油箱，由混油箱進(jìn)入機(jī)組，使得啟動(dòng)瞬間燃油供油量不足，導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間延長。

2.2 機(jī)組燃油管路分析

檢查機(jī)組自帶的燃油管路發(fā)現(xiàn)燃油手動(dòng)泵（圖3中2號(hào)泵）前止回閥（3號(hào)止回閥）處存在漏油現(xiàn)象，初步判斷止回閥故障。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)1號(hào)泵燃油增壓泵啟動(dòng)，由于輸油泵與燃油手動(dòng)泵位于同一條管路上在壓力突然增加時(shí)會(huì)吸入周圍空氣進(jìn)入燃油管路，使得瞬間供油不滿足要求，燃油不足，導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間延長。

3 ?啟動(dòng)超時(shí)處理

3.1 處理方案

經(jīng)排查分析，導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)超時(shí)有三點(diǎn)原因：

①手打燃油泵止回閥出現(xiàn)密封不嚴(yán)漏油問題;

②機(jī)組停運(yùn)期間，輸油管線會(huì)進(jìn)入空氣，導(dǎo)致啟動(dòng)瞬間燃油供給不足，影響啟動(dòng)時(shí)間;

③機(jī)組停運(yùn)期間，回油管線會(huì)進(jìn)入空氣，導(dǎo)致啟動(dòng)瞬間燃油供給不足，影響啟動(dòng)時(shí)間。

為徹底解決機(jī)組啟動(dòng)超時(shí)的問題，從多角度出發(fā)，最終得出以下處理方案：

①對于第1點(diǎn)原因，機(jī)組手打泵止回閥故障導(dǎo)致的啟動(dòng)時(shí)供油不足，導(dǎo)致的啟動(dòng)超時(shí)問題通過更換此止回閥，保障該部件的可靠性、穩(wěn)定性，來解決這一問題;

②對于第2點(diǎn)原因，通過升版應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)規(guī)程，增強(qiáng)對輸油管路排氣頻率，減少因機(jī)組長期處于備用且未運(yùn)行狀態(tài)導(dǎo)致的燃油輸油管路進(jìn)氣問題;

③針對第3點(diǎn)原因存在兩種處理方案：

1）在回油路線增加排氣裝置，定期排氣減少因機(jī)組長期處于備用且未運(yùn)行狀時(shí)管路內(nèi)的空氣。

2）改變回油管線，由于回油管路未設(shè)置排氣裝置，因此回油接口不能布置在輸油主路線位置，即回油口不能位于日用油箱至輸油泵的管線之間。

考慮到現(xiàn)場回油管路的布置，若按方案1）要在回油管路安裝排氣裝置，由機(jī)組散熱器至混油箱的回油管路總長大概為2m，機(jī)組至房間邊界寬約為2m，空間限制較大，且成本增加較多;而按方案2）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況可將回油管路由散熱器引至日用油箱，成本少，且施工難度低。綜合考慮兩種方案，以方案2）為最佳。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)處理方案對反應(yīng)堆應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組輔助系統(tǒng)進(jìn)行改造。表3為改造后連續(xù)5個(gè)月應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。對應(yīng)改造后現(xiàn)場試驗(yàn)啟動(dòng)時(shí)間對比見圖5。

由圖5可以看出，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)過改造，啟動(dòng)時(shí)間較改造前大大縮短，均滿足設(shè)計(jì)值。

4 ?結(jié)論

本文基于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組及其輔助系統(tǒng)的工作原理，通過對比分析啟動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析機(jī)組啟動(dòng)超時(shí)原因，并針對3點(diǎn)原因提出了改造方案，從運(yùn)行方案及機(jī)組及其輔助系統(tǒng)改造等方面進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)改造后，徹底解決機(jī)組啟動(dòng)超時(shí)的問題，保障反應(yīng)堆安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏杰，張京長.核電廠備用電源用柴油發(fā)電機(jī)組準(zhǔn)則[S].2004.

[2]楊占峰.柴油機(jī)啟動(dòng)性能主要影響因素分析[J].2019.

[3]汪建軍，馬水波，王存龍.核電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].2017.

作者簡介：高儉（1995-），男，四川雅安人，本科。