故障檢查與技術(shù)維護

康明斯發(fā)電機組水箱液位傳感器高溫報警

 

摘要：針對KTA50-G3柴油發(fā)電機高低溫水膨脹箱頻繁出現液位低報警，導致運行人員頻繁補水的問(wèn)題，康明斯公司在實(shí)際案例中經(jīng)過(guò)對可能的原因進(jìn)行逐步排 查，最終確認根本原因為高低溫水回路存在集氣現象，在整個(gè)高低溫水系統高點(diǎn)增加排氣閥后，故障排除。借此康明斯發(fā)電機組高溫案例，解決一部分有類(lèi)同高溫問(wèn)題的用戶(hù)，可按此例方法進(jìn)行故障維修。

 

一、發(fā)生的問(wèn)題及潛在原因

 

        某核電廠(chǎng)應急柴油發(fā)電機選用康明斯公司的KTA50-G3機型，輔機系統包括燃油系統、滑油系統、冷卻水系統、啟動(dòng)壓空系統、進(jìn)排氣系統，其中冷卻水系統分為高溫水系統和低溫水系統，高溫水主要用于冷卻柴油發(fā)電機的缸套、缸蓋、一級空冷器，低溫水系統主要用于冷卻滑油及二級空冷器。該核電廠(chǎng)在柴油發(fā)電機系統移交生產(chǎn)后，頻繁出現高低溫水膨脹箱低液位報警現象，補水后很短一段時(shí)間內該現象會(huì )再次出現，造成了運行負擔。最終查明原因為水系統高點(diǎn)集氣，通過(guò)增加排氣閥解決了問(wèn)題。

 

圖1  康明斯柴油發(fā)電機組（機型KTA50-G3）

圖2  KTA50-G3康明斯柴油發(fā)動(dòng)機三維圖

 

        核電廠(chǎng)應急柴油發(fā)電機主要功能為在全廠(chǎng)失電工況下，為廠(chǎng)內必要的負荷提供電源。在A(yíng)P1000項目中，應急柴油發(fā)電機不提供核安全相關(guān)功能，為非核級備用柴油發(fā)電機，僅提供縱深防御相關(guān)功能，但是仍為廠(chǎng)內關(guān)鍵設備。每臺備用柴油發(fā)電機配備多個(gè)輔機子系統，這些子系統對于柴油發(fā)電機的運行是必須的，具體包括燃油系統、滑油系統、冷卻水系統、啟動(dòng)壓空系統、進(jìn)排氣系統和調速系統。

        其中柴油發(fā)電機冷卻水系統的功能為：柴油發(fā)電機運行期間，通過(guò)強制循環(huán)將柴油發(fā)電機及其輔助設備的熱量傳遞到風(fēng)冷散熱器，風(fēng)冷散熱器再將熱量散發(fā)到大氣中去，從而使柴油發(fā)電機潤滑油及本體工作部件的工作溫度維持在安全限值之內。冷卻水系統分為高溫水和低溫水兩個(gè)系統，高溫水系統主要冷卻柴油發(fā)電機的缸套、缸蓋、一級空冷器，低溫水系統主要冷卻滑油及二級空冷器。該核電廠(chǎng)1號機備用柴油發(fā)電機A/B在移交生產(chǎn)后多次出現高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報警。此報警多次出現，均在備用柴油發(fā)電機啟動(dòng)運行后，導致運行人員需頻繁補水，增加了運行負擔。

        據初步分析，KTA50-G3備用柴油發(fā)電機冷卻水系統主要包含以下幾個(gè)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(dòng)泵保持運行，恒溫三通閥僅兩個(gè)閥口打開(kāi)，低溫水泵為機帶泵（凸輪軸驅動(dòng)），僅在柴油發(fā)電機啟動(dòng)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(wú)循環(huán)，現場(chǎng)高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報警均是在啟機后出現，可能與水系統循環(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(gè)：

（1）高低溫水系統存在外部滲漏點(diǎn)或者存在溢流，平常存在少量滲漏或溢流，啟機后系統壓力升高，滲漏量增大，導致高低溫水膨脹箱液位下降；

（2）高低溫水系統在柴油發(fā)電機內部存在漏點(diǎn)，冷卻液滲入滑油系統中；

（3）高低溫水在日常取樣過(guò)程中存在大量消耗；

（4）高低溫水系統中無(wú)專(zhuān)門(mén)的排氣閥，管路系統高點(diǎn)存在集氣現象，日常熱備用期間始終無(wú)法有效靜態(tài)排氣，只能通過(guò)啟動(dòng)后實(shí)現動(dòng)態(tài)排氣，空氣排除后，冷卻液整體容積下降，導致高低溫水膨脹箱液位下降；

（5）高低溫水膨脹箱液位計故障，讀數不準確，所以導致頻繁誤報。

 

圖3  柴油發(fā)電機冷卻系統循環(huán)水流向圖

圖4  水箱散熱器尺寸和孔徑標注圖

 

二、低液位報警原因排查與分析

 

        現場(chǎng)根據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高低溫水系統所有位置，發(fā)現并不存在任何滲漏或溢流現象，因此排除了第一種可能的原因。而針對第二種原因，實(shí)際上如果高溫水大量滲漏到滑油中，滑油黏度會(huì )大幅下降，從而使柴油發(fā)電機產(chǎn)生機械故障，嚴重時(shí)會(huì )發(fā)生拉缸抱缸，但實(shí)際上兩臺機組每次運行期間工藝參數一切正常，也無(wú)異常振動(dòng)、噪聲等。觀(guān)察油底殼液位也無(wú)明顯異常變化，而跟蹤對比歷次滑油取樣分析數據，發(fā)現滑油的水分含量無(wú)異常，也無(wú)明顯異常變化。

        對第三種原因，經(jīng)過(guò)調研跟蹤每次取樣過(guò)程，發(fā)現每次取樣的水量較少，基本在500 mL左右，取樣頻度為3個(gè)月，而高低溫水系統的總容積均在2m³以上，取樣的量對于整體容量來(lái)說(shuō)微不足道，因此不是頻繁報警的主要原因。針對第五個(gè)原因，每次報警時(shí)檢查測量實(shí)際水位發(fā)現液位計讀數準確，與實(shí)際液位相符，液位計接線(xiàn)正常準確，因此第五個(gè)可能原因也已排除。

        至此只剩下第四個(gè)原因，因每次水系統補水活動(dòng)不可避免地會(huì )進(jìn)入部分空氣，高低溫水系統管路中會(huì )殘留大量空氣，最后空氣集中在整個(gè)系統的最高點(diǎn)位置。整個(gè)高低溫水系統基本為封閉系統，僅高低溫水膨脹箱有氣口與大氣聯(lián)通（圖3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(wú)法有效將管路內部的空氣排放至大氣，而在柴油發(fā)電機啟機運行后，高溫水和低溫水系統有效打循環(huán)，部分空氣通過(guò)膨脹箱氣口排放至大氣，整個(gè)水系統容積減少，膨脹箱液位降低。因此，每次備用柴油發(fā)電機A運行之后均會(huì )出現膨脹箱液位低報警。

 

圖5  康明斯水位傳感器位置圖

圖6  高低溫水膨脹箱外形示意圖

 

         經(jīng)檢查，自管路高點(diǎn)開(kāi)始加熱器另一側溫度無(wú)法正常上升，檢查管路高點(diǎn)集氣，排氣后問(wèn)題解決。因此，該問(wèn)題一定程度上具有普遍意義，從減輕核電廠(chǎng)運行人員負擔的角度來(lái)看，可在柴油發(fā)電機冷卻水回路高點(diǎn)增加排氣設施。

 

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