18PA6B柴油机高低温水箱频繁液位报警问题分析及处理

引言

某核电厂应急柴油机选用陕西柴油重工集团组装的18PA6B机型,辅机系统包括燃油系统、滑油系统、冷却水系统、启动压空系统、进排气系统,其中冷却水系统分为高温水系统和低温水系统,高温水主要用于冷却柴油机的缸套、缸盖、一级空冷器,低温水系统主要用于冷却滑油及二级空冷器。

该核电厂在柴油机系统移交生产后,频繁出现高低温水膨胀箱低液位报警现象,补水后很短一段时间内该现象会再次出现,造成了运行负担。最终查明原因为水系统高点集气,通过增加排气阀解决了问题。

1问题的出现及潜在原因

核电厂应急柴油机主要功能为在全厂失电工况下,为厂内必要的负荷提供电源。在AP1000项目中,应急柴油机不提供核安全相关功能,为非核级备用柴油机,仅提供纵深防御相关功能,但是仍为厂内关键设备。

每台备用柴油机配备多个辅机子系统,这些子系统对于柴油机的运行是必须的,具体包括燃油系统、滑油系统、冷却水系统、启动压空系统、进排气系统和调速系统。其中柴油机冷却水系统的功能为:柴油机运行期间,通过强制循环将柴油机及其辅助设备的热量传递到风冷散热器,风冷散热器再将热量散发到大气中去,从而使柴油机润滑油及本体工作部件的工作温度维持在安全限值之内。冷却水系统分为高温水和低温水两个系统,高温水系统主要冷却柴油机的缸套、缸盖、一级空冷器,低温水系统主要冷却滑油及二级空冷器。该核电厂1号机备用柴油机A/B在移交生产后多次出现高温水或低温水膨胀水箱液位低报警。此报警多次出现,均在备用柴油发电机启动运行后,导致运行人员需频繁补水,增加了运行负担。

据初步分析,18PA6B备用柴油机冷却水系统主要包含以下几个重要组成部分:高温水泵、低温水泵、风冷散热器、恒温阀、水处理箱、高低温水膨胀箱、隔离阀、高温水/滑油换热器、高温水电加热器、高低温水管路。日常热备用期间高温水电动泵保持运行,恒温三通阀仅两个阀口打开,低温水泵为机带泵(凸轮轴驱动),仅在柴油机启动后运行,因此平常热备用期间高温水部分回路打循环,低温水回路无循环,现场高温水或低温水膨胀水箱液位低报警均是在启机后出现,可能与水系统循环有关。

首先初步判断筛选出造成高低温水膨胀箱频繁报警的所有可能原因有五个:第一,高低温水系统存在外部渗漏点或者存在溢流,平常存在少量渗漏或溢流,启机后系统压力升高,渗漏量增大,导致高低温水膨胀箱液位下降:第二,高低温水系统在柴油机内部存在漏点,冷却液渗入滑油系统中:第三,高低温水在日常取样过程中存在大量消耗:第四,高低温水系统中无专门的排气阀,管路系统高点存在集气现象,日常热备用期间始终无法有效静态排气,只能通过启动后实现动态排气,空气排除后,冷却液整体容积下降,导致高低温水膨胀箱液位下降:第五,高低温水膨胀箱液位计故障,读数不准确,所以导致频繁误报。

2原因排查与分析

现场根据上述五种可能的原因逐一进行了排查。在每次季度试验期间目视检查了两台机高低温水系统所有位置,发现并不存在任何渗漏或溢流现象,因此排除了第一种可能的原因。

而针对第二种原因,实际上如果高温水大量渗漏到滑油中,滑油黏度会大幅下降,从而使柴油机产生机械故障,严重时会发生拉缸抱缸,但实际上两台机组每次运行期间工艺参数一切正常,也无异常振动、噪声等。观察油底壳液位也无明显异常变化,而跟踪对比历次滑油取样分析数据,发现滑油的水分含量无异常,也无明显异常变化。具体取样化验结果如图1所示。

针对第三种原因,经过调研跟踪每次取样过程,发现每次取样的水量较少,基本在500mL左右,取样频度为3个月,而高低温水系统的总容积均在2m3以上,取样的量对于整体容量来说微不足道,因此不是频繁报警的主要原因。

针对第五个原因,每次报警时检查测量实际水位发现液位计读数准确,与实际液位相符,液位计接线正常准确,因此第五个可能原因也已排除。

至此只剩下第四个原因,因每次水系统补水活动不可避免地会进入部分空气,高低温水系统管路中会残留大量空气,最后空气集中在整个系统的最高点位置。整个高低温水系统基本为封闭系统,仅高低温水膨胀箱有气口与大气联通(图2为高低温水膨胀箱外形图),在热备用期间,低温水回路及高温水部分回路未进行循环,无法有效将管路内部的空气排放至大气,而在柴油机启机运行后,高温水和低温水系统有效打循环,部分空气通过膨胀箱气口排放至大气,整个水系统容积减少,膨胀箱液位降低。因此,每次备用柴油机A运行之后均会

出现膨胀箱液位低报警。

图2高低温水膨胀箱外形示意图

3问题处理

基本判断得出了唯一可能的原因后,该核电厂通过设计变更在整个柴油机高低温水系统的高点,也就是屋顶散热器处增加了排气阀,在每次补水期间通过打开排气阀彻底排出系统中的空气。增加排气阀后,通过一年多的观察,发现高低温水膨胀箱液位频繁报警的现象不再出现,问题已解决。

4结语

通过增加排气阀后的长期观察,确认该核电厂高低温水膨胀箱频繁出现液位报警的原因为管路系统高点存在集气现象,日常热备用期间始终无法有效静态排气,每次柴油机启动后高低温水充分循环,实现了动态排气,空气排除后,冷却液整体容积下降,导致高低温水膨胀箱液位下降。后来类似的情况也出现在该核电厂小型辅助柴油机冷却水管路中,在冬季启机前投入冷却水回路电加热器后机体温度未上升,无法达到暖机效果。经检查,自管路高点开始加热器另一侧温度无法正常上升,检查管路高点集气,排气后问题解决。因此,该问题一定程度上具有普遍意义,从减轻核电厂运行人员负担的角度来看,可在柴油机冷却水回路高点增加排气设施。