板式換熱器微變形特性導致潤滑油壓力波動原因分析

孟林輝，陳正飛，劉志杰

(神華國華綏中發電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

板式換熱器微變形特性導致潤滑油壓力波動原因分析

孟林輝，陳正飛，劉志杰

(神華國華綏中發電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

通過一起板式換熱器微變形導致機組跳閘事故，分析了板式換熱器微變形特性，并提出了油系統應用板式換熱器的改進建議。

板式換熱器;油壓波動;微變形;給水泵汽輪機

1 板式換熱器工作原理及特點

圖1 板式換熱器結構

板式換熱器主要由固定壓板、活動壓板、上下導桿、后支柱、板片、夾緊螺栓、夾緊螺母等零部件組成 (如圖1所示)。板片用墊片密封后懸掛在固定壓板與換熱板之間，通過夾緊螺栓夾緊，根據需要選用防護罩。

板式換熱器工作原理:2種工作流體在兩板片間形成窄小而曲折的通道中流過，冷、熱流體依次通過通道，中間有一層板片將流體分開，并通過此板片進行熱交換。板式換熱器2種介質的平均溫差可以小至1℃，換熱效率可達99%以上。在相同壓力損失情況下，板式換熱器的傳熱效果是列管式換熱器的3～5倍，占地面積為其1/3，金屬耗量只有其2/3。在應用中可根據需要將板式換熱器若干流道并聯組成一組，也可將并聯的組串聯在一起，形成冷、熱介質通道，這就是板式換熱器的“流程組合”，并根據工藝條件計算結果選擇板式換熱器流程組合，板式換熱器流程分為單流程和多流程。

板式換熱器具有結構緊湊、占地面積小、傳熱效率高、操作靈活、應用范圍廣、換熱損失小、安裝和清洗方便等特點。在新建電廠的低溫換熱系統中，舊式管式換熱器已逐步被板式換熱器替代。

2 板式換熱器微變形特性

2.1 系統設備

神華國華綏中發電有限責任公司發電B廠(簡稱綏電B廠)共安裝2臺1 000 MW超超臨界燃煤機組 (3號、4號機)，每臺機組配備2臺給水泵汽輪機用來驅動給水泵，無電動給水泵。

每臺給水泵汽輪機都配備獨立的潤滑油系統，包括2組小型板式換熱器，1臺運行，1臺備用，采用閉式冷卻水作為冷卻水源。換熱器換熱板片厚度為0.5 mm，每塊板片都配有密封墊片。板片裝有框架，相鄰板片間旋轉角度為180°，板束形成一系列的平行通道，換熱板兩側油、水兩種介質分別進入適當通道，靠換熱板傳遞溫差達到冷卻油溫的作用。

2.2 事故經過

閉式冷卻水泵定期輪換，啟動2號閉式冷卻水泵，運行正常后，11:07停1號閉式冷卻水泵，1號、2號給水泵汽輪機相繼跳閘，相隔為85 ms(如圖2(a)所示)，MEH跳閘首出均為“潤滑油壓低”(定值0.07 MPa)。

查閱歷史曲線發現，給水泵汽輪機潤滑油壓低、定子冷卻水流量低報警，發出時間與閉式冷卻水泵切換為同一時間(如圖2(b)所示)。11:07:08停1號閉式冷卻水泵;11:07:11閉式冷卻水母管壓力從0.78 MPa突然下降至 0.56 MPa(最低)，水壓波動范圍達0.22 MPa;11:07:11 2臺給水泵汽輪機潤滑油壓力低Ⅱ開關均達到動作值(0.07 MPa)，給水泵汽輪機跳閘;11:07:11定子冷卻水流量低保護達到動作值，由于該保護存在30 s延時，保護未觸發機組跳閘邏輯 (定子冷卻水冷卻器為板式換熱器)。

2.3 原因分析

圖3 機組停運后試驗曲線

由圖1可以看出潤滑油中熱量通過板式換熱器向閉式冷卻水系統釋放。板式換熱器核心元件換熱板為不銹鋼材質，厚度約0.5 mm。通常用模具將板片壓制成各種槽型或波紋形 (有水平平直波紋、人字形波紋、斜波紋等)，既可以增大板片的剛度，又可防止波紋板受壓變形，增強了流體的湍流程度及換熱面積，同時又能承受兩側的壓差。因此，板片結構形式是保證板式換熱器高效換熱的管件。由于板式換熱器的板片較薄，當換熱器兩側壓差變化時，將影響板片形狀，換熱器兩側內的容積會隨之發生輕微的變化，該特性易被忽視。

在閉式冷卻水壓快速波動過程中，板式冷卻器換熱板片受兩側壓差影響發生微變形，水側空間快速收縮，油側空間膨脹，系統中的潤滑油膨脹，填充換熱器油側增加的空間，導致給水泵汽輪機潤滑油壓力瞬間波動至0.07 MPa以下，達到潤滑油壓力低Ⅱ開關動作值，2臺給水泵汽輪機相繼跳閘。

機組跳閘后為驗證閉式冷卻水系統壓力波動與給水泵汽輪機潤滑油系統壓力的關系，重新進行閉式冷卻水泵切換試驗，就地監視2臺給水泵汽輪機潤滑油壓力表。啟動2號閉式冷卻水泵，啟動正常后，停1號閉式冷卻水泵，給水泵汽輪機潤滑油壓力瞬時快速下降，閉式冷卻水母管壓力在3 s內由0.81 MPa降至 0.65 MPa，2號給水泵汽輪機潤滑油壓力低Ⅰ開關動作，并對定子冷卻水系統流量產生明顯影響 (如圖3所示)。

3 處理措施

a. 在給水泵汽輪機潤滑油壓低Ⅰ聯啟備用潤滑油泵保護邏輯中，附加了延時3 s條件，油壓瞬間波動＜3 s時，備用油泵來不及聯啟，為保證汽機不發生燒瓦事故，通常潤滑油壓低Ⅱ值在聯啟事故潤滑油泵同時觸發給水泵汽輪機跳閘保護。為避免給水泵汽輪機潤滑油壓力波動造成誤跳閘，可取消備用泵聯啟延時3 s條件，但要求油壓低Ⅰ開關動作安全可靠，否則容易造成備用油泵頻繁誤啟動。潤滑油壓力低Ⅱ觸發給水泵汽輪機跳閘保護，可增加 0.5～1 s延時，但增加了軸瓦燒損風險。

b. 由于板式換熱器微變形導致潤滑油壓力低，僅為瞬間波動，系統油壓短時間可恢復，因此，在潤滑油系統供油管道 (特別是在測壓管取油點附近)安裝蓄能器，在潤滑油壓短時間降低時，蓄能器中儲存的潤滑油釋放，補償系統壓力，可有效緩解潤滑油壓瞬間波動對系統的影響。

4 結束語

目前板式換熱器在新安裝機組中被廣泛采用，

在實際應用中換熱板片微變形特性往往被忽視，而此特性對系統的安全穩定運行存在較大隱患。因此，在使用板式換熱器系統，特別是較重要的油系統，在設計中應特別注意該問題，建議加裝足夠容量的蓄能器。

Cause Analysis on Pressure Fluctuation of Lubricant Oil due to Plate Heat Exchanger Deformation

MENG Lin-hui，CHEN Zheng-fei，LIU Zhi-jie
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

Measures are put forward for improving plate heat exchanger oil system，by analyzing micro-deformation characteristics of plate heat exchanger，which leads to a trip fault.

Plate heat exchanger;Pressure fluctuations;Micro-deformation;Pump steam turbine

TK223.5+2

A

1004-7913(2012)01-0032-03

孟林輝 (1973—)，男，學士，工程師，從事火力發電廠管理工作。

2011-10-15)