故障檢查與技術維護

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(xiàn)液位低報警，導致運行人員頻繁補水的問題，康明斯公司在實際案例中經過對可能的原因進行逐步排 查，最終確認根本原因為高低溫水回路存在集氣現(xiàn)象，在整個高低溫水系統(tǒng)高點增加排氣閥后，故障排除。借此康明斯發(fā)電機組高溫案例，解決一部分有類同高溫問題的用戶，可按此例方法進行故障維修。

 

一、發(fā)生的問題及潛在原因

 

        某核電廠應急柴油發(fā)電機選用康明斯公司的KTA50-G3機型，輔機系統(tǒng)包括燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、啟動壓空系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)，其中冷卻水系統(tǒng)分為高溫水系統(tǒng)和低溫水系統(tǒng)，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(tǒng)主要用于冷卻滑油及二級空冷器。該核電廠在柴油發(fā)電機系統(tǒng)移交生產后，頻繁出現(xiàn)高低溫水膨脹箱低液位報警現(xiàn)象，補水后很短一段時間內該現(xiàn)象會再次出現(xiàn)，造成了運行負擔。最終查明原因為水系統(tǒng)高點集氣，通過增加排氣閥解決了問題。

 

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)動機三維圖

 

        核電廠應急柴油發(fā)電機主要功能為在全廠失電工況下，為廠內必要的負荷提供電源。在AP1000項目中，應急柴油發(fā)電機不提供核安全相關功能，為非核級備用柴油發(fā)電機，僅提供縱深防御相關功能，但是仍為廠內關鍵設備。每臺備用柴油發(fā)電機配備多個輔機子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)對于柴油發(fā)電機的運行是必須的，具體包括燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、啟動壓空系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)和調速系統(tǒng)。

        其中柴油發(fā)電機冷卻水系統(tǒng)的功能為：柴油發(fā)電機運行期間，通過強制循環(huán)將柴油發(fā)電機及其輔助設備的熱量傳遞到風冷散熱器，風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(tǒng)分為高溫水和低溫水兩個系統(tǒng)，高溫水系統(tǒng)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(tǒng)主要冷卻滑油及二級空冷器。該核電廠1號機備用柴油發(fā)電機A/B在移交生產后多次出現(xiàn)高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報警。此報警多次出現(xiàn)，均在備用柴油發(fā)電機啟動運行后，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(tǒng)主要包含以下幾個重要組成部分：高溫水泵、低溫水泵、風冷散熱器、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泵保持運行，恒溫三通閥僅兩個閥口打開，低溫水泵為機帶泵（凸輪軸驅動），僅在柴油發(fā)電機啟動后運行，因此平常熱備用期間高溫水部分回路打循環(huán)，低溫水回路無循環(huán)，現(xiàn)場高溫水或低溫水膨脹水箱液位低報警均是在啟機后出現(xiàn)，可能與水系統(tǒng)循環(huán)有關。

        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：

（1）高低溫水系統(tǒng)存在外部滲漏點或者存在溢流，平常存在少量滲漏或溢流，啟機后系統(tǒng)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(tǒng)在柴油發(fā)電機內部存在漏點，冷卻液滲入滑油系統(tǒng)中；

（3）高低溫水在日常取樣過程中存在大量消耗；

（4）高低溫水系統(tǒng)中無專門的排氣閥，管路系統(tǒng)高點存在集氣現(xiàn)象，日常熱備用期間始終無法有效靜態(tài)排氣，只能通過啟動后實現(xiàn)動態(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(tǒng)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(xiàn)場根據上述五種可能的原因逐一進行了排查。在每次季度試驗期間目視檢查了兩臺機高低溫水系統(tǒng)所有位置，發(fā)現(xiàn)并不存在任何滲漏或溢流現(xiàn)象，因此排除了第一種可能的原因。而針對第二種原因，實際上如果高溫水大量滲漏到滑油中，滑油黏度會大幅下降，從而使柴油發(fā)電機產生機械故障，嚴重時會發(fā)生拉缸抱缸，但實際上兩臺機組每次運行期間工藝參數一切正常，也無異常振動、噪聲等。觀察油底殼液位也無明顯異常變化，而跟蹤對比歷次滑油取樣分析數據，發(fā)現(xiàn)滑油的水分含量無異常，也無明顯異常變化。

        對第三種原因，經過調研跟蹤每次取樣過程，發(fā)現(xiàn)每次取樣的水量較少，基本在500 mL左右，取樣頻度為3個月，而高低溫水系統(tǒng)的總容積均在2m³以上，取樣的量對于整體容量來說微不足道，因此不是頻繁報警的主要原因。針對第五個原因，每次報警時檢查測量實際水位發(fā)現(xiàn)液位計讀數準確，與實際液位相符，液位計接線正常準確，因此第五個可能原因也已排除。

        至此只剩下第四個原因，因每次水系統(tǒng)補水活動不可避免地會進入部分空氣，高低溫水系統(tǒng)管路中會殘留大量空氣，最后空氣集中在整個系統(tǒng)的最高點位置。整個高低溫水系統(tǒng)基本為封閉系統(tǒng)，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行循環(huán)，無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(tǒng)有效打循環(huán)，部分空氣通過膨脹箱氣口排放至大氣，整個水系統(tǒng)容積減少，膨脹箱液位降低。因此，每次備用柴油發(fā)電機A運行之后均會出現(xiàn)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

 

         經檢查，自管路高點開始加熱器另一側溫度無法正常上升，檢查管路高點集氣，排氣后問題解決。因此，該問題一定程度上具有普遍意義，從減輕核電廠運行人員負擔的角度來看，可在柴油發(fā)電機冷卻水回路高點增加排氣設施。

 

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