周靄琳，朱凱亮，朱元生，王金華，賈成凱（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

0 引言

汽輪機(jī)控制油系統(tǒng)的作用是為汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)提供合格的高壓抗燃油。控制油系統(tǒng)主要配置有儲(chǔ)油裝置（油箱）、動(dòng)力單元（油泵）、輸送裝置（管道）、控制單元（電調(diào)裝置）、執(zhí)行單元（油動(dòng)機(jī)）和保護(hù)單元（危急遮斷系統(tǒng)）。電調(diào)裝置和危急遮斷系統(tǒng)的核心部件都是控制閥，是將輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)化成液壓信號(hào)，從而調(diào)節(jié)汽輪機(jī)閥門的開度[1]。在正常運(yùn)行時(shí)，控制油系統(tǒng)提供穩(wěn)定的油壓以維持閥門開度；在異常情況下，保護(hù)油動(dòng)作以快速關(guān)閉和保護(hù)汽輪機(jī)組。控制閥還可以實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制，保護(hù)機(jī)組在任何情況下轉(zhuǎn)速都小于設(shè)定值，并對(duì)控制閥和油動(dòng)機(jī)提供了在線試驗(yàn)功能。

控制閥是精密元件，間隙尺寸?。ㄎ⒚准?jí)），若油中存在異物，會(huì)磨損或卡澀閥芯；若油中水分或酸值增加，會(huì)腐蝕閥芯部件。當(dāng)機(jī)組安裝或大修改造后，系統(tǒng)管道、油箱存在污垢和金屬顆粒，需要在機(jī)組投運(yùn)前或啟動(dòng)前對(duì)控制油系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)沖洗，若沖洗不干凈，將導(dǎo)致汽輪機(jī)閥門或保護(hù)單元?jiǎng)幼鳟惓?，?yán)重者將導(dǎo)致停機(jī)。通過對(duì)歷史缺陷的梳理，秦山第三核電廠（以下簡(jiǎn)稱秦三廠）2臺(tái)機(jī)組都出現(xiàn)過控制閥故障，導(dǎo)致汽輪機(jī)閥門拒動(dòng)、卡澀等異常，總結(jié)故障的主要因素是油泥和異物，秦三廠控制閥歷史缺陷統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 秦三廠控制閥歷史缺陷統(tǒng)計(jì)

油質(zhì)的污染程度直接影響著液壓系統(tǒng)的性能和可靠性[2]，因此如何確保大修后控制油系統(tǒng)的清潔度是一個(gè)重要的課題。本文以秦三廠為例，針對(duì)控制油系統(tǒng)管路復(fù)雜、對(duì)控制油品要求高的特點(diǎn)，優(yōu)化方案、全面沖洗，以保證油品的清潔度，并期望達(dá)到一個(gè)大修周期（2 a）正常穩(wěn)定運(yùn)行。

1 制定方案

1.1 合格標(biāo)準(zhǔn)

控制油沖洗的原理是用干凈的油沖刷管道中或管壁上附著的雜質(zhì)，因此用化學(xué)指標(biāo)作為沖洗合格的依據(jù)，控制油系統(tǒng)沖洗合格判定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。大修期間，需要配置除酸、除水、除顆粒功能的濾油機(jī)對(duì)油箱進(jìn)行連續(xù)凈化，并在沖洗前后檢測(cè)水分、顆粒度、電阻率合格。漆膜傾向指數(shù)（MPC）能反映油液中生成氧化產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)，是一個(gè)預(yù)防性指標(biāo)，我們期望大修后的油品能持續(xù)保持良好的性能，因此起機(jī)時(shí)檢測(cè)油品MPC值以做參考指標(biāo)。

表2 控制油系統(tǒng)沖洗合格判定標(biāo)準(zhǔn)

1.2 溫度控制

變溫沖洗是對(duì)系統(tǒng)回路加熱處理，提高油溫、降低油黏度，加熱后的油還有助于疏松內(nèi)部積渣，使黏附在管壁上的氧化皮等雜物更易被撕裂沖走；但溫度過高又會(huì)引起控制油氧化分解，通常溫度高于80 ℃時(shí)控制油分解加速，酸值上升速度加快[3]。系統(tǒng)中引起油溫升高的因素為通過節(jié)流孔板、泵壓縮生熱和摩擦，但通常不會(huì)超過60 ℃，因此無需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行額外加熱或冷卻，將沖洗期間油溫控制在60 ℃以內(nèi)，以強(qiáng)化沖刷能力。

1.3 流速控制

評(píng)價(jià)沖洗效果不僅依據(jù)油質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，還需分析管內(nèi)油液流動(dòng)狀態(tài)，因此用表征流體流動(dòng)特性的雷諾數(shù)Re來評(píng)價(jià)。雷諾數(shù)Re是指流體流動(dòng)時(shí)的慣性力Fg和黏性力Ff之比，與管道平均流速v、管道內(nèi)徑d、流體運(yùn)動(dòng)黏度μ有關(guān)[4]。

式中：v為速度，m/s；d為直徑，m；μ為運(yùn)動(dòng)黏度，mm2/s；Q為體積流量，mm3/s。

雷諾數(shù)越小，意味著黏性力Ff占主導(dǎo)，流體各質(zhì)點(diǎn)平行于管路內(nèi)壁有規(guī)則地流動(dòng)，呈層流流動(dòng)；雷諾數(shù)越大，意味著慣性力Fg占主導(dǎo)，管壁附近流速越接近平均流速，流體呈紊流狀態(tài)。管道沖洗的目的就是要沖刷掉附著在管壁上的雜質(zhì)，因此沖洗時(shí)應(yīng)盡可能使管道內(nèi)達(dá)到紊流狀態(tài)，才能起到預(yù)期的沖洗效果[5]。對(duì)于圓管內(nèi)流動(dòng)，Re＜2200為層流，Re＞4000為紊流，2200是層流的閾值，即當(dāng)Re=2200時(shí)開始進(jìn)入紊流，當(dāng)Re=4000時(shí)完全紊流。由此可計(jì)算出調(diào)節(jié)油管的最低流速為1.76 m/s、最小流量為0.89 L/s；保護(hù)油管的最低流速為3.53 m/s、最小流量為0.45 L/s，控制油系統(tǒng)低壓沖洗期間，流速/流量的理論計(jì)算值如表3所示。

表3 控制油系統(tǒng)低壓沖洗期間，流速/流量的理論計(jì)算值

1.4 時(shí)間控制

沖洗時(shí)間由油箱容積和濾油機(jī)泵的量程確定。油箱中的臟油通過濾油機(jī)過濾后又返回油箱，油不斷經(jīng)歷過濾-分層-混合，直至整箱油合格。控制油系統(tǒng)裝量V=1500 L，濾油機(jī)循環(huán)泵流量Q=0.6 m3/h，控制油油泵流量為784.8 m3/h，啟動(dòng)控制油油泵7 s后系統(tǒng)管線內(nèi)充滿油。根據(jù)T=V/Q=2.5 h，即濾油機(jī)連續(xù)工作2.5 h可使油箱凈化一遍，因此每階段沖洗以3 h為節(jié)點(diǎn)取樣。

2 方案實(shí)施

2.1 沖洗范圍

保護(hù)單元——危急遮斷系統(tǒng)在整個(gè)控制油系統(tǒng)最末端，與油箱層高差約20 m；油動(dòng)機(jī)及相連控制閥的內(nèi)部油道（如圖1）在不同狀態(tài)下（正常運(yùn)行/試驗(yàn)/打閘/卸壓）控制油流經(jīng)的通道不同。因此控制油系統(tǒng)沖洗范圍不只是油箱、管線，還包括蓄能器、油動(dòng)機(jī)和控制閥內(nèi)部油道。

圖1 油動(dòng)機(jī)及相連控制閥的內(nèi)部油道

2.2 沖洗順序

既要保證沖洗干凈的管路不被二次污染，又要節(jié)省時(shí)間避免重復(fù)沖洗，因此分為離線和在線兩部分：對(duì)于危急遮斷系統(tǒng)和油動(dòng)機(jī)上的控制閥，將其整體拆除離線清洗；根據(jù)設(shè)備承壓等級(jí)和油流向?qū)⒃诰€沖洗又分為低壓和高壓兩類，沖洗目標(biāo)及順序如圖2所示。因此，沖洗順序?yàn)椋?）單獨(dú)清洗危急遮斷系統(tǒng)和控制閥；2）低壓力沖洗調(diào)節(jié)油管線和保護(hù)油管線；3）高壓力沖洗蓄能器皮囊和油動(dòng)機(jī)內(nèi)腔；4）恢復(fù)正式配置及試驗(yàn)。

圖2 沖洗目標(biāo)及順序

2.3 專用工具實(shí)現(xiàn)沖洗

為了實(shí)現(xiàn)上述沖洗順序，需要制作專用工具加以實(shí)現(xiàn)。

分管路的短接工具如圖3（a）所示，將危急遮斷系統(tǒng)整體拆除后，制作專用短接工具連接保護(hù)油管形成閉環(huán)回路，并且操作手柄可切換不同回路。對(duì)調(diào)節(jié)油和保護(hù)油管路進(jìn)行了流量測(cè)量，低壓管線實(shí)際沖洗效果評(píng)價(jià)如表4所示，調(diào)節(jié)油管實(shí)測(cè)流量為1.9 L/s，計(jì)算出雷諾數(shù)Re=4930，調(diào)節(jié)油管路已完全進(jìn)入紊流狀態(tài)；保護(hù)油管實(shí)測(cè)流量為0.5 L/s，計(jì)算出雷諾數(shù)Re=2465，保護(hù)油管路剛進(jìn)入紊流狀態(tài)，因此加長(zhǎng)了沖洗時(shí)間。低壓管道沖洗取樣化驗(yàn)合格，加之流動(dòng)狀態(tài)為紊流，因此評(píng)價(jià)低壓管道沖洗有效。

圖3 專用工具

表4 低壓管線實(shí)際沖洗效果評(píng)價(jià)

油動(dòng)機(jī)上有3類控制閥：第一類是提供保護(hù)油，以建立油壓的快關(guān)電磁閥；第二類是提供調(diào)節(jié)油的關(guān)斷閥；第三類是能開關(guān)或調(diào)節(jié)油動(dòng)機(jī)開度的控制閥，例如伺服閥和試驗(yàn)電磁閥。如圖3（b）所示的沖洗塊/沖洗閥，沖洗期間需要將正式閥替換成沖洗塊，其中第三類控制閥（伺服閥和試驗(yàn)電磁閥）的沖洗塊帶手柄，又稱沖洗閥，可操作手柄推動(dòng)油動(dòng)機(jī)活塞上下動(dòng)作。

當(dāng)調(diào)節(jié)油和保護(hù)油管道沖洗干凈后，回裝清洗干凈的快關(guān)電磁閥和關(guān)斷閥，此時(shí)油動(dòng)機(jī)上還有一個(gè)帶手柄的沖洗閥。將壓力升高到正常運(yùn)行壓力（11～11.5）MPa后，手動(dòng)操作沖洗閥手柄，使油動(dòng)機(jī)活塞上下動(dòng)作，從高壓沖洗油動(dòng)機(jī)內(nèi)腔取樣數(shù)據(jù)（如圖4）發(fā)現(xiàn)，解體檢修后的油動(dòng)機(jī)內(nèi)腔較臟，顆粒度達(dá)NAS 10級(jí)，需要2次沖洗才能合格；若沒有對(duì)油動(dòng)機(jī)內(nèi)腔沖洗，異物可能進(jìn)入控制閥中導(dǎo)致卡澀。因此，此步高壓沖洗油動(dòng)機(jī)內(nèi)腔可有效清除油動(dòng)機(jī)開口檢修中所進(jìn)入的異物。

圖4 高壓沖洗油動(dòng)機(jī)內(nèi)腔取樣數(shù)據(jù)

3）超聲波清洗控制閥集成塊。危急遮斷系統(tǒng)的7臺(tái)控制閥坐落在集成塊上，是主脫扣電磁閥的必經(jīng)之路，以前是在線沖洗+銅棒敲擊振蕩，但仍出現(xiàn)主跳閘電磁閥卡澀故障。此次將集成塊拆除放置在容器中，加入中性清洗劑進(jìn)行超聲波清洗，通過溶液中的微氣泡振動(dòng)、剝離管壁上的油泥，達(dá)到清洗效果，如圖3（c）所示。

最后，當(dāng)調(diào)節(jié)油和保護(hù)油管道、蓄能器、油動(dòng)機(jī)內(nèi)腔、控制閥都已清洗干凈后，恢復(fù)正式系統(tǒng)配置后再進(jìn)行試驗(yàn)（如超壓試驗(yàn)、壓力釋放閥試驗(yàn)、伺服閥校驗(yàn)、快關(guān)試驗(yàn)等）。起機(jī)后化學(xué)指標(biāo)均合格（含水量為103 mg/kg、顆粒度為SAE AS4059F 4級(jí)、電阻率為1.05×1010Ω·cm），漆膜傾向指數(shù)MPC為6.9，遠(yuǎn)小于期望值15。

3 結(jié)論

本文以秦三廠控制油系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜、對(duì)油質(zhì)要求高的特點(diǎn)，通過控制流速、溫度、時(shí)間3個(gè)過程參數(shù)，并制作專用工具，實(shí)現(xiàn)了在線分管路、變壓沖洗；并創(chuàng)新地將危急遮斷系統(tǒng)離線超聲清洗。起機(jī)后化學(xué)指標(biāo)均合格，漆膜傾向指數(shù)遠(yuǎn)小于期望值，而且油動(dòng)機(jī)上控制閥已保持一個(gè)大修周期（2 a）未卡澀，設(shè)備可靠性明顯提升，因此總結(jié)該良好實(shí)踐，以供同行電廠參考。

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