空壓機冷卻器故障造成機組非停的事故分析

呂偉良

(陽城國際發電有限責任公司，山西 陽城 048102)

空壓機冷卻器故障造成機組非停的事故分析

呂偉良

(陽城國際發電有限責任公司，山西 陽城 048102)

介紹了某電廠發電機冷卻水及壓縮空氣系統的氫氣冷卻器溫度升高導致機組非停泄漏的經過及事故檢查的全過程，指出其根本原因是空壓機冷卻器換熱管局部腐蝕引起壓縮空氣進入閉式冷卻水系統，列舉了故障空壓機的排查方法，分析了空壓機冷卻器泄漏的可能原因并提出了針對性的預防措施。

空壓機；冷卻器；泄漏；機組非停

1 系統簡介

某電廠1期工程裝機容量為6×350 MW，汽輪機為單軸、雙缸、雙排汽、亞臨界、一次中間再熱、凝汽式汽輪機，發電機冷卻方式為全氫冷，在靠汽輪機側的發電機端部安裝4個氫氣冷卻器，左右側各2個。

氫氣冷卻器通過閉式冷卻水來冷卻氫氣，每個氫氣冷卻器均設有獨立的閉式冷卻水供、回水管路。閉式冷卻水除供氫氣冷卻器外，還向汽輪機主機潤滑油冷卻器、密封油冷卻器、小機油冷卻器、空壓機冷卻器、鍋爐側磨煤機油站及各風機油站等提供冷卻水。

壓縮空氣系統按單元制配置，每單元配置5臺螺桿式空壓機，正常狀態下2臺運行、3臺備用，為單元內的2臺機組提供儀用壓縮空氣。

2 事故經過

2015-11-10T16:00，3號機組負荷250 MW，2單元1，2號空壓機運行，其他3臺空壓機列備。

16:16:48，3號發電機冷氫溫度43 ℃(正常控制值)。

16:18:12，3號發電機右側冷氫溫度開始上升為44 ℃。

16:21:24，3號發電機右側冷氫溫度46.9 ℃。

16:21:48，3號發電機右側冷氫溫度達到報警值48 ℃，備用閉式冷卻水泵保護聯啟。

16:23:24，3號發電機右側冷氫溫度達到保護值53 ℃，觸發機組跳閘。

3 故障檢查

3.1 原因分析

機組跳閘停運后，專業技術人員立即查找發電機冷氫溫度高的原因，認為造成冷氫溫度突然上升的原因可能有2種：

(1) 發電機內部發生電氣故障，發熱量增加，定轉子溫度升高；

(2) 氫氣冷卻器冷卻效果突然下降。

3.2 檢查過程

首先檢查發電機報警保護裝置，發現機組跳閘前后無異常信號發出，因此發電機本體發生故障的可能性極小。根據左、右兩側冷氫溫度偏差增大，重點懷疑發電機某個氫氣冷卻器的冷卻效果下降。

然后對發電機各氫冷器系統進行就地檢查，各氫冷器閉式冷卻水供、回水門狀態均正常。但對右側氫冷器閉式冷卻水供、回水管道進行排空時，發現有大量空氣排出，且排放出的閉式冷卻水為乳白色；對3號機鍋爐房閉式冷卻水回水管排空時，也發現水中含有大量空氣。由此，確定閉式冷卻水進油且進入空氣，這些空氣在氫冷器最高點集聚，逐漸增多，形成氣塞，導致氫氣冷卻器的冷卻效果突降，冷氫溫度快速升高至跳閘值。在閉式冷卻水各用戶中，能向閉式冷卻水系統漏入空氣的只有空壓機冷卻器。如果空壓機冷卻器出現了泄漏，因壓縮空氣壓力高于冷卻水壓力，壓縮空氣將進入閉式冷卻水系統。

隨后逐一停運空壓機進行排查，發現1號空壓機停運后油位視窗滿油且油色呈乳白色，確定其冷卻器泄漏。隔離故障1號空壓機后，閉式冷卻水中的空氣逐漸排盡后恢復正常，事故原因查明。

最后對空壓機油冷卻器進行解體檢修，發現換熱管因使用年限過長出現局部腐蝕，管壁變薄，最終發生泄漏。

4 故障分析

該電廠螺桿式空壓機的空氣冷卻器和油冷卻器均為管殼式換熱器，2個冷卻器為串聯布置，閉式冷卻水依次流經空氣冷卻器、油冷卻器，對空氣和油進行冷卻。閉式冷卻水供水壓力約為0.5 MPa，空壓機運行時冷卻器中的氣壓、油壓通常在0.7 MPa以上；備用時空壓機出口手動門在開啟狀態，空氣冷卻器氣側壓力、油氣分離器及油冷卻器中的油壓均在0.7 MPa以上。

可見，無論空壓機處于運行還是備用狀態，空氣冷卻器中的氣壓、油冷卻器中的油壓均大于閉式冷卻水壓；一旦冷卻器發生泄漏，空氣或油將進入閉式冷卻水中。空氣進入到閉式冷卻水系統后，將會發生如下異常現象。

4.1 發電機兩側冷氫溫度偏差增大

發電機氫氣冷卻器位于汽機房13 m平臺上，是布置位置最高的閉式冷卻水用戶，也是系統中熱負荷最大的用戶。發電機運行時氫氣流量大、流速快，當氫氣冷卻器換熱效果下降后，冷氫溫度將很快出現異常。每個氫氣冷卻器均有獨立的供、回水管道，冷卻水進入冷卻器后先由下至上，到頂部后再由上至下流出，水中空氣極易在氫氣冷卻器頂部集聚，影響換熱效果。有空氣集聚的氫氣冷卻器冷卻效果下降后，對應側冷氫溫度升高，氫氣冷卻器回水母管上的調門會自動開大；另一側氫氣冷卻器冷卻水流量也增加，對應冷氫溫度下降，從而出現兩側冷氫溫度偏差增大的異常現象。

4.2 閉式冷卻水膨脹水箱液位異常變化

空氣進入閉式水系統后，增加了閉式水系統管道內的流體體積，造成膨脹水箱液位上升，同時由于空氣的可壓縮性較強，體積不穩定，造成水箱液位呈鋸齒形波動升高。此次3號機組跳閘前閉式冷卻水膨脹水箱液位在15:30出現異常，在未進行補水的情況下，水箱液位不降反升，隨后在16:18發電機冷氫溫度出現異常。

4.3 閉式冷卻水泵電流出現波動

空氣進入閉式冷卻水后，影響了泵內流體的連續性，造成泵出力不穩定、電流波動。

4.4 其他異常

閉式冷卻水泵入口、出口壓力降低，并出現擺動；閉式冷卻水系統排空時，有大量氣體排出。

5 故障空壓機的排查方法

確定壓縮空氣進入閉式冷卻水系統后，需及時排查故障空壓機，并對其進行隔離。

排查故障空壓機時，采用逐一停運空壓機的方法，且優先檢查運行空壓機。具體檢查方法如下：將空壓機停運后切換為手動模式，關閉出氣手動門，開啟空氣冷卻器后的疏水手動門泄壓，閉式冷卻水保持投入，觀察15 min以上。空壓機泄壓后，冷卻器中的水壓將高于氣壓及油壓。如果空氣冷卻器存在漏點，閉式水將漏入氣側，隨后疏水管將會有連續水流；如果油冷卻器存在漏點，閉式水進入油側，分離器的油位將上漲，且油色會發生變化，通常呈乳白色。空壓機油冷卻器如果發生泄漏，因運行時的油壓、氣壓高于冷卻水壓力，油氣會進入水中，日常巡檢時可發現空壓機油氣分離器的油位明顯降低。排查出故障空壓機后，對其進行隔離，關閉冷卻水供、回水手動門。

可根據冷卻水排空現象的不同，進行重點排查。在對閉式冷卻水系統排空時，如果排放的僅是大量空氣，水色正常，則重點排查空壓機空氣冷卻器；如果排放的不僅有大量空氣，還存在水中帶油、水呈乳白色的現象，則重點排查空壓機油冷卻器。

6 空壓機冷卻器泄漏的原因分析

(1) 空壓機冷卻器產品質量存在問題或使用時間過長，出現缺陷。

(2) 空壓機加、卸載過于頻繁，對冷卻器產生交變應力。

(3) 空壓機所處環境空氣存在腐蝕性，如處于引風機、脫硫塔、灰庫附近等。

(4) 日常排水不及時，造成冷卻器空氣側積水，對換熱管造成腐蝕。

(5) 閉式冷卻水pH值不合格，導致冷卻器發生腐蝕。

7 預防措施

(1) 加強對空壓機冷卻器的日常定檢工作，當冷卻器的管材存在腐蝕現象時，應對其及時更換。

(2) 在腐蝕性環境下，應使用耐腐蝕材質的冷卻器。

(3) 每天檢查空壓機房各自動疏水閥，保證疏水正常。

(4) 優化、調整空壓機壓力設定值，降低空壓機加、卸載頻率。

(5) 定期切換備用空壓機，均衡各臺空壓機的加、卸載時間。

(6) 加強閉式冷卻水水質的運行管理。

(7) 縮短閉式冷卻水系統各冷卻器定期排空工作周期，及時發現水中帶氣現象。

(8) 制定壓縮空氣進入閉式冷卻水系統的處理預案，發現閉式冷卻水泵電流、出入口壓力擺動、膨脹水箱液位異常變化或系統高點冷卻器溫度異常時，應及時進行系統高點排空，并隔離空壓機進行檢查。

8 結束語

空壓機是發電廠中極為常見的輔機，但對其重視程度往往不夠，容易出現維護不到位現象。如果產品本身質量存在問題，空壓機運行可靠性就會下降，出現故障后將直接影響主機的穩定運行。因此，在電廠運行中，應提高對發電設備中的輔助系統，如冷卻水、壓縮空氣系統重要性的認識，細化日常維護項目，保障設備的運行可靠性。

2016-12-17。

呂偉良(1976—)，男，工程師，主要從事火電廠集控運行工作，email：380389460@qq.com。