陳小飛,歐鵬

(蘇州熱工研究院有限公司,廣東 深圳 518000)

核電廠潤滑油系統(tǒng)是用來向給水泵汽輪機(jī)軸承提供潤滑油的,為避免給水泵汽輪機(jī)軸承運(yùn)行時(shí)溫度過高帶來的軟化、變形等危險(xiǎn),潤滑油的溫度必須維持在一定范圍內(nèi)。通常通過調(diào)節(jié)潤滑油冷卻器(以下簡稱為冷油器)來將高溫的潤滑油和低溫的冷卻水進(jìn)行熱量交換,才能保證潤滑油的溫度范圍。潤滑油系統(tǒng)如果出現(xiàn)冷油器泄漏和油側(cè)進(jìn)水的問題,則會(huì)造成油系統(tǒng)含水量超標(biāo)。這不僅給維護(hù)帶來繁瑣的工作,而且還嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。因此對油箱相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控,通過參數(shù)的細(xì)微異常找出泄漏原因并進(jìn)行處理,能有效保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

某核電廠執(zhí)行主油箱定期取油樣工作時(shí),通過參數(shù)對比,發(fā)現(xiàn)油中有大量的游離水出現(xiàn)。進(jìn)一步檢查漏點(diǎn),排除泵自身的機(jī)械密封及油箱蓋板密封不嚴(yán)進(jìn)水的可能,判斷冷油器泄漏的可能性較大,經(jīng)過對冷油器設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行判斷,泄漏的位置最可能出現(xiàn)在冷油器銅管位置。為了查找銅管泄漏原因,利用機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)的氦氣查漏、渦流檢測、宏觀檢查等多種方法,最終發(fā)現(xiàn)泄漏銅管是折流支撐板處凹陷穿孔導(dǎo)致。

1 冷油器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

某電廠冷油器是用來冷卻主給水泵汽輪機(jī)的潤滑油。冷油器為管殼式結(jié)構(gòu),采用立式結(jié)構(gòu)布置,主要由上下水室,殼體管系及充油回路構(gòu)成,結(jié)構(gòu)如圖1所示。殼體上有進(jìn)出水管,進(jìn)出油管,排水管,排油管,排氣管及溫度表座等。黃銅管和隔板組裝后安裝在殼側(cè),銅管的兩端均脹接在管板上,循環(huán)除鹽冷卻水通過頂部的端蓋進(jìn)入冷油器內(nèi)流通,殼側(cè)充入潤滑油,兩者通過管壁進(jìn)行熱交換。冷卻器水側(cè)4 bar左右,油側(cè)3 bar。

圖1 潤滑油冷卻器結(jié)構(gòu)圖

2 冷油器泄漏檢查

選取某電廠泄漏冷油器作為分析對象,冷油器油水泄漏的位置可能有兩處,冷油器上下部固定端管板處和冷油器管束處。通過打開冷油器上下方蓋板,宏觀檢查未發(fā)現(xiàn)上下部固定端管板有泄漏等異?，F(xiàn)象,所以泄漏最大可能位置是冷油器管束[1]。在隔離解體冷油器水側(cè),排凈冷油器中的油和水,冷油器管束是由直管組成,冷油器管束之間設(shè)有折流支撐板(以下簡稱支撐板),如圖2。

圖2 冷油器管束圖

2.1 氦氣查漏試驗(yàn)

對冷油器銅管進(jìn)行氦氣查漏試驗(yàn)檢查,氦氣查漏法是指用氦氣作為追蹤劑,使用氦質(zhì)譜檢漏儀利用冷油器銅管的真空吸入狀態(tài)進(jìn)行查漏的方法。使用真空泵對銅管內(nèi)部抽真空,在銅管表面加入氦氣,當(dāng)被檢銅管表面有漏點(diǎn)時(shí),氦氣就會(huì)通過露點(diǎn)進(jìn)入銅管,在真空泵出口位置安裝氦質(zhì)譜檢漏儀的探測管,對冷油器銅管逐個(gè)進(jìn)行查漏,發(fā)現(xiàn)外圈有銅管(圖3實(shí)心圓圈位置)存在泄漏[2]。真空法的優(yōu)點(diǎn)是檢測靈敏度高,可以精確定位,能實(shí)現(xiàn)大容器或復(fù)雜系統(tǒng)的檢漏。真空法的缺點(diǎn)是不能準(zhǔn)確反映被檢部件的真實(shí)泄漏狀態(tài)。所以,對于泄漏銅管真實(shí)情況,還需進(jìn)一步排查。

圖3 泄露銅管位置

2.2 渦流檢測

渦流檢測是基于電磁感應(yīng)原理的無損檢測方法。渦流探頭內(nèi)含線圈,當(dāng)通有交變電流時(shí),線圈產(chǎn)生的交變磁場與被檢測對象發(fā)生作用,此時(shí)在被檢測對象中產(chǎn)生感應(yīng)電流。如果檢測對象存在缺陷,會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的感應(yīng)電流強(qiáng)度和分布有變化,反過來又會(huì)影響探頭中線圈的阻抗,通過信號(hào)處理檢測探頭的阻抗變化,可以得知被檢測對象是否存在缺陷,利用這種原理來檢測缺陷的方法稱為渦流檢測。高性能的渦流檢測設(shè)備是發(fā)現(xiàn)缺陷、分析缺陷的必要保證。采用某公司生產(chǎn)的渦流儀和配套的檢測軟件,對上述全部的冷油器銅管進(jìn)行渦流檢測[3]。

本次檢測冷油器銅管的編號(hào)方法,是以坐標(biāo)方式(Rxxx,Cxxx)表示的編號(hào)。面向冷油器油管上方的管板:定義豎直方向?yàn)镽(Row)方向,出水口最上邊的一行為R001,向下相鄰的一行為R002,依此類推;定義水平方向?yàn)镃(Column)方向,在每行中從左到右依次由小到大排列,即每行第一根管子為第一列即C001,相鄰的一根C002,依此類推;對于每一根管子,應(yīng)具有唯一的編號(hào)。

根據(jù)缺陷所在位置,選擇主頻或混頻通道的相位—傷深曲線對缺陷做出評(píng)定。對采集的渦流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)上述氦氣查出的6根泄露銅管均有異常信號(hào)顯示,缺陷信息見表1。

表1 銅管渦流缺陷信息

從渦流檢測缺陷管的結(jié)果分析可知,缺陷均是位于折流板處的凹陷。折流板處的凹陷李薩如圖4均有明顯的“8”信號(hào),且相位在180°左右[4]。

圖4 折流板處凹陷信號(hào)圖

2.3 宏觀檢查

冷油器銅管內(nèi)的介質(zhì)為循環(huán)冷卻水,銅管外的介質(zhì)為潤滑油。正常情況下,銅管表面呈正常黃銅色,干凈,顯示油側(cè)運(yùn)行較清潔。經(jīng)對腐蝕后的銅管外表面體視鏡觀察發(fā)現(xiàn),局部有褐色斑點(diǎn)、斑塊,凹陷,并有表面脫鋅現(xiàn)象。

對冷油器銅管束再采用內(nèi)窺鏡檢查,發(fā)現(xiàn)未泄露的銅管表面呈正常黃銅色,干凈無附著物。泄露銅管位置,均發(fā)現(xiàn)一定程度的凹陷顯示,圖5發(fā)亮的位置處凹陷明顯可見,與渦流檢測結(jié)果相符。

圖5 R022C001內(nèi)窺鏡圖

3 泄露原因分析及處理

銅管支撐板位置的凹陷缺陷,一部分原因是銅管本身質(zhì)量及制造缺陷引起的,銅管與管板焊縫徑向間隙、材料(狀態(tài))、加工精度、制造質(zhì)量等都有可能直接影響銅管與支撐板連接位置處產(chǎn)生泄漏。還包括部分銅管的表面如有劃傷或者被氧化等也會(huì)產(chǎn)生凹陷。由于銅材質(zhì)表面比較軟,制造過程中用力過大都會(huì)引起銅管縮口毛刺。由于端口有飛邊或者硬化,后期易在擴(kuò)口時(shí)引起開裂,銅管加工時(shí)產(chǎn)生變形,銅管表面應(yīng)力缺陷加深,外表面拉應(yīng)力過大,就會(huì)產(chǎn)生凹陷。當(dāng)銅管表面被氧化時(shí),由于內(nèi)表面摩擦力和無氧化銅管內(nèi)表面的摩擦力不相等,導(dǎo)致銅管表層長度的尺寸不一致,也引起凹陷。制造過程中銅管如有質(zhì)量缺陷,應(yīng)及時(shí)更換新銅管,出廠的銅管應(yīng)增加無損檢測方法,建議對新銅管除進(jìn)行渦流檢測方法,氦氣查漏等常規(guī)檢測方法,還需要增加光譜分析,確認(rèn)銅管質(zhì)量可靠,另外還需要求銅管供應(yīng)方提供質(zhì)量保證。在銅管設(shè)計(jì)和制造中,要不斷改進(jìn)工藝,增加銅管使用期限,延長使用壽命,以提高銅管的性價(jià)比。

銅管運(yùn)行一段時(shí)間后,銅管與管板連接焊縫處易產(chǎn)生泄漏。由于管束中間設(shè)有折流孔板,殼體內(nèi)的水是以橫向垂直于管軸線的方向通過管束的。殼體中的水流會(huì)引起冷油器的振動(dòng),表現(xiàn)為銅管與相鄰銅管或折柳孔板內(nèi)壁的撞擊,使得冷油器的銅管容易發(fā)生凹陷、開裂或切斷。冷油器銅管的彈性模量、慣性矩和振動(dòng)阻尼的數(shù)值較小,抗彈性變形能力弱,不具有較強(qiáng)的抗振能力,長期運(yùn)行時(shí)會(huì)造成不同程度的損壞。運(yùn)行期間冷油器內(nèi)的管束在水流沖擊和油流的作用力下產(chǎn)生晃動(dòng)摩擦,銅管發(fā)生疲勞損壞,銅管與管板連接處有可能會(huì)發(fā)生泄漏。設(shè)備振動(dòng)容易引起支撐板與銅管位置產(chǎn)生凹陷,在設(shè)備改造方面,在冷油器下部安裝支撐以減少內(nèi)部管束的晃動(dòng)摩擦。另外冷油器運(yùn)行時(shí),將冷油器冷卻水進(jìn)水速度減少,以降低冷油器進(jìn)水壓力,根據(jù)循環(huán)水溫度變化情況進(jìn)行調(diào)節(jié)相關(guān)閥門,避免對冷油器列管產(chǎn)生過大的沖擊。使用過程中如發(fā)現(xiàn)銅管凹陷引起的泄露,相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)排除泄露銅管,查找銅管凹陷發(fā)生的原因,并通過過程控制和加工監(jiān)管,避免泄露持續(xù)產(chǎn)生。

4 結(jié)論

電廠給水泵汽輪機(jī)冷油器泄漏會(huì)導(dǎo)致油側(cè)進(jìn)水,影響機(jī)組的安全運(yùn)行,筆者通過某次停機(jī)檢修氦氣查漏、渦流檢測、宏觀檢查等綜合方法,發(fā)現(xiàn)冷油器泄露主要是銅管支撐板位置處的凹陷引來的。冷油器銅管泄漏原因?yàn)橹伟逦恢玫陌枷菀?與銅管本身的制造缺陷、運(yùn)行工況有關(guān)。如銅管運(yùn)行時(shí)承受不了工作應(yīng)力,將會(huì)造成突發(fā)性的破壞事故。因此,需要從銅管制造工藝、運(yùn)行工況等方面進(jìn)行改進(jìn),可以采取以下有效措施:

1)基于上文提到的銅管檢測方法可靠,氦氣查漏、渦流、宏觀檢查等多種檢測技術(shù)在冷油器銅管查漏中起著重要的作用,對保證其質(zhì)量和安全運(yùn)行起著極其重要的作用。所以針對新采購的冷油器銅管在安裝前應(yīng)進(jìn)行無損檢測確保質(zhì)量可靠;使用前檢查其質(zhì)保書和理化分析報(bào)告,必要時(shí)進(jìn)行成分分析和金相檢驗(yàn)[5]。

2)冷油器設(shè)備改造方面,在冷油器下部安裝支撐以減少管束的晃動(dòng)摩擦。在系統(tǒng)運(yùn)行方面,調(diào)節(jié)冷油器進(jìn)水閥門,降低冷油器進(jìn)水的壓力,減少系統(tǒng)振動(dòng)。

3)運(yùn)行時(shí)的冷油器銅管如果出現(xiàn)泄漏,給水泵油系統(tǒng)就會(huì)有油側(cè)進(jìn)水的問題,導(dǎo)致給水泵啟動(dòng)后油系統(tǒng)含水量超標(biāo),威脅機(jī)組的安全運(yùn)行,因此運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)該加強(qiáng)過程控制和監(jiān)管,通過儀表參數(shù)等信息異常及時(shí)分析泄露位置,從水質(zhì)的異常中及時(shí)準(zhǔn)確地判斷相關(guān)設(shè)備可能出現(xiàn)的泄漏,找出泄露管并進(jìn)行堵管處理。

采用以上的措施,冷油器運(yùn)行的事故隱患可能依然存在,所采取的措施只是延緩了部分問題,在以后的生產(chǎn)工作中,需繼續(xù)探索有效的改良措施,保證冷油器安全運(yùn)行,減少非正常停機(jī)檢修次數(shù),使生產(chǎn)更加穩(wěn)定可靠。