向心式有機朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電機組常見問題分析及維護保養(yǎng)重點

于洋

（北京華航盛世能源技術有限公司煙臺分公司，山東 煙臺 264000）

有機朗肯循環(huán)是一種已經(jīng)證實了可將低品位熱能高效轉(zhuǎn)化為電能的動力循環(huán)，向心式有機朗肯循環(huán)（ORC）低溫余熱發(fā)電機組目前已經(jīng)在石化、煉鋼、化肥、紡織等高能耗行業(yè)中得到廣泛應用，在效率、收益方面都得到了客戶的認可。為了保證良好的經(jīng)濟性，縮短設備投資回收期，機組必須得到良好的日常維護保養(yǎng)。本文介紹了發(fā)電機組的工作原理、結(jié)構，將機組零部件進行分類，分類介紹機組的一些常見問題以及分析處理方法，并對發(fā)電機組的巡檢、維護重點做出了介紹。

1 向心式ORC 發(fā)電機組的工作原理及零部件分類

1.1 向心式ORC 發(fā)電機組的工作原理

機組主要包括蒸發(fā)器、膨脹機（本文稱為渦輪機）、冷凝器、工質(zhì)泵等設備及部件。低品位余熱進入機組蒸發(fā)器，通過熱量交換將其熱量轉(zhuǎn)移給低沸點有機工質(zhì)（R245FA ,五氟丙烷）；產(chǎn)生飽和高壓工質(zhì)蒸汽，蒸汽進入渦輪機，通過渦輪機膨脹做功，帶動與渦輪機連接的發(fā)電機發(fā)電并送入電網(wǎng)系統(tǒng)，經(jīng)膨脹后的蒸汽進入冷凝器形成低溫液體工質(zhì)，然后由工質(zhì)泵加壓送回預熱器、蒸發(fā)器，如此循環(huán)。向心式ORC 發(fā)電機組主要指渦輪機為向心式結(jié)構。

1.2 向心式ORC 發(fā)電機組的零部件分類

按照零部件的結(jié)構特點，零部件主要分為旋轉(zhuǎn)機械類、有機工質(zhì)、潤滑油類、管道件（含換熱器、閥門）類、電氣系統(tǒng)（傳感器、控制元件等）四大類。其中，旋轉(zhuǎn)機械包含工質(zhì)泵、油泵、渦輪機等部件；有機工質(zhì)為五氟丙烷（R245FA），潤滑油一般為廠家專用油。管道件主要包含換熱器、閥門、過濾器等，其中主要的換熱器有蒸發(fā)器、預熱器、過熱器、冷凝器（或蒸發(fā)式冷凝器）；電氣系統(tǒng)主要由并網(wǎng)柜、變頻柜、控制柜組成。

2 向心式ORC 發(fā)電機組的常見問題及處理方法

2.1 旋轉(zhuǎn)機械（包括工質(zhì)泵、油泵、渦輪機）類零件常見問題及處理方法

機組中旋轉(zhuǎn)機械的工作狀態(tài)是否穩(wěn)定直接關系到整個機組性能是否平穩(wěn)，應作為設備重點，在巡檢及維護工作中重點關注。旋轉(zhuǎn)機械常見的問題有振動變大或聲音異常、機封泄漏。

（1）振動變大或聲音異常，振動變大或聲音異常可以從機械以及工況兩個方面分析。

①機械方面分析，振動變大或聲音異常，可以先排查地腳螺栓有無松動、電機與泵頭聯(lián)軸器是否對中；聯(lián)軸器彈性元件是否磨損失效。泵內(nèi)部軸承損壞，也會造成振動變大。但是現(xiàn)場排查比較困難。應由廠家專業(yè)分析原因。

②運行工況方面分析，任何旋轉(zhuǎn)類機械部件，都有相應的設計工況，如果其工況超出其設計要求，則振動以及聲音都必然會變大。比如工質(zhì)泵振動變大，則我們應分析是否因工質(zhì)泵工況變化導致，比如工質(zhì)泵吸空、泵前過濾器堵塞、工質(zhì)泵泵后堵塞等都會造成工況偏離，造成振動變大。

（2）機封泄漏。應對機封泄漏，應從以下幾個方面重點注意。

①振動較大可能會導致機封動靜環(huán)磨損造成泄漏。首先應查找振動原因，并降低振動值，才能保證新機封的壽命。

②在設備調(diào)試運行階段，管道清潔度不合格，管道雜質(zhì)有可能會進入機封動靜環(huán)，造成機封泄漏。

③日常使用中，巡檢機封沖洗液的供應量是否充足。否則也會是機封快速磨損的一個重要原因。

④泵的運行工況波動劇烈，也會降低機封的使用壽命。

2.2 有機工質(zhì)、潤滑油常見問題及處理方法

有機工質(zhì)以及潤滑油在系統(tǒng)內(nèi)閉式循環(huán)，其數(shù)量以及品質(zhì)會影響機組發(fā)電效率。若工質(zhì)、潤滑油中的水分及不凝氣含量超標，會大幅度降低發(fā)電效率，甚至會對旋轉(zhuǎn)部件造成致命傷害。常見問題有以下幾點。

（1）如果巡檢過程中發(fā)現(xiàn)工質(zhì)液位或油箱油位有明顯降低，則說明有工質(zhì)或潤滑油已經(jīng)減少，應排查機組氣密性是否已經(jīng)出現(xiàn)問題，此時應對整個機組進行撿漏，發(fā)現(xiàn)有無泄漏點。

（2）如果使用過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)電量異常下降，冷凝壓力明顯較初始狀態(tài)偏高，潤滑油中雜質(zhì)較多，以上現(xiàn)象均有可能是工質(zhì)、潤滑油中水分或不凝氣超標造成，造成超標的原因可能是機組氣密性出現(xiàn)問題，機組負壓時吸入不凝氣；補充潤滑油、工質(zhì)時操作不當，進入水分及不凝氣；維修時操作不當也會混入不凝氣及水分。若水分超標，可以先更換干燥過濾器試驗，若不可行只能通過更換工質(zhì)或潤滑油的方式解決。若不凝氣超標，可通過高空排放并收集的方法降低機組不凝氣含量。

2.3 管道件（含換熱器、閥門）類部件常見問題及處理方法

（1）換熱管結(jié)垢。大多因為換熱水清潔度不夠，清洗不及時，水中鈣鎂離子多導致。應定期對換熱管進行清洗，常用的清洗方式有機械清洗和化學清洗兩大類。對于蒸發(fā)式冷凝器，尤其需要關注水槽水質(zhì)，需要定期加藥或者定期換水，否則將加速蒸發(fā)冷換熱管腐蝕以及結(jié)垢，嚴重影響蒸發(fā)冷換熱效果以及使用壽命。

（2）泄漏。一般原因有密封圈老化失效，可停機后倒出工質(zhì)，更換老化O 型圈處理；由于支撐位置和方式不對，管道長期運行以后應力釋放，法蘭螺栓預緊力不夠，導致墊片密封失效，也會造成泄漏，可停機后重新擰緊螺栓試驗，若還是泄漏，只能更換墊片。

（3）氣動（電動）控制閥門動作不精確或無法開關到位置。重新校準氣動閥門定位器可解決此問題。

2.4 電氣系統(tǒng)（傳感器、控制元件等）常見問題及處理方法

（1）傳感器故障。一般原因為線纜松動，可對傳感器接線重新緊固；如果使用條件惡劣，比如暴曬、進水，也會造成傳感器故障。

（2）干擾報警。應由廠家專業(yè)電氣工程師進行分析解決。

3 向心式ORC 發(fā)電機組的巡檢維護

3.1 日常巡檢重點

（1）開機過程中的日常巡檢及重點：應按照制造廠家提供的維護說明，對油位、設備振動、控制屏參數(shù)等項目，嚴格進行巡檢。記錄機組參數(shù)后，應該對參數(shù)進行分析，和歷史參數(shù)比對，及時發(fā)現(xiàn)異常。動設備相對于靜設備而言更容易出現(xiàn)問題，而且及時發(fā)現(xiàn)問題，有時并不會造成零部件損傷，所以應對旋轉(zhuǎn)類動設備要加強巡檢力度，對振動情況、噪音情況重點關注，如有異常，必須盡快解決。

（2）停機中的日常巡檢及重點：機組處于停機狀態(tài)時，不能對機組放置不管。對于機組氣密性，應周期性檢查。旋轉(zhuǎn)機械應每周人工盤車一下，檢查有無卡阻現(xiàn)象。

3.2 日常維護重點及注意問題

（1）按照要求定期更換機組各過濾器濾芯。

（2）按照要求定期對閥門進行校準。

（3）按照要求定期對電機加注潤滑脂。

（4）定期對工質(zhì)、潤滑油中含水量進行檢測。

（5）定期采用合適的方法對機組撿漏。

（6）在對機組進行維修時，一定注意維修時的清潔度，過程中注意防止水分、雜質(zhì)進入過濾器、管道，更換完成之后也應注意排空，甚至一些情況下要用真空泵對維修位置抽真空，防止空氣進入工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)。

3.3 巡檢維護安全

在進行維護過程中，工作人員一定要注意作業(yè)安全。有機工質(zhì)雖然采用的是環(huán)保工質(zhì)，但是密度過大，仍然會對人造成窒息傷害，巡檢維護過程一定要確保通風良好。氣動閥門維修時，一定要切斷氣源，并將閥門內(nèi)部壓力釋放后維修。對于一些與工質(zhì)直接接觸的維護，還應配備絕熱手套，防止凍傷。運行狀態(tài)下對機組進行維護操作時，應注意防燙傷保護。對于機泵類的維修，一定要斷電后進行。

4 結(jié)語

向心式有機朗肯循環(huán)（ORC）低溫余熱發(fā)電機組原理及結(jié)構并不復雜，在運轉(zhuǎn)的過程中，通常在發(fā)生故障之前，會有某些規(guī)律性的特征或者參數(shù)上的變化，專業(yè)的工作人員只要嚴格進行日常巡檢操作，細心留意機組參數(shù)變化，就很容易發(fā)現(xiàn)問題。設備投入使用后定期維護、及時維修，可以有效的保持機組的發(fā)電效率，延長機組的使用壽命，從而具有長久的經(jīng)濟性。