大型火电机组控制用抗燃油污染分析

摘要:通过对电液控制元件结构简介和油液污染后元件失效形式分析,指出抗燃油污染对机组运行的严重危害;在实地调查的基础上,详细列出造成控制用抗燃油污染的多方面原因;结合电厂实际提出了防止抗燃油污染,改善机组运行可靠性的具体措施。
关键词:汽轮机　旁路　电液控制　抗燃油　污染

0前言
随着数字电子技术和高压液压技术的发展,机电一体化计算控制的电液控制系统在300～600MW火电机组汽轮机、汽轮机旁路及其它设备调节系统中的应用越来越普遍。这种控制系统的核心是电液伺服阀、电液比例阀、电液转换器等元件。它们作为信号转换和功率放大元件直接影响调节系统的性能,而适用于大型火电机组电液控制系统的工作介质——抗燃油的清洁度是电液控制元件正常工作的必要条件。现代化大型机组中油液清洁与否,即有害物质(固体颗粒)对油液的污染不只是某一专业的事情,而是事关整台机组能否正常运行的重大问题之一。

1　电液控制元件结构简介和油液污染元件失效形式
　　电液伺服阀、电液比例阀是电子-液压(机-电)接口设备,它将微弱的电控信号(电流、电压或脉冲信号)转换成相应的机械位移,最终经放大输出与电控信号成比例的液压功率,是机电一体化的关键元件之一,具有控制精度高、响应速度快、输出功率大等许多优点。火电机组各调节系统中应用的电液控制元件主要有:接受电流信号力矩反馈的方向流量伺服阀,接受交流脉宽调制电压信号、直接反馈的方向、流量伺服阀,接受电流信号、电反馈的方向流量比例阀和其它电液转换器。
1.1　电液控制元件结构简介
1.1.1　伺服阀中力矩马达为电液转换装置,将电信号转为转子的角位移;再以喷嘴挡板(或射流喷嘴)作前置放大把角位移转为较弱的液压控制油流;最后以四边滑阀作液压功率放大级转换成较大的液压功率输出油流。其中前置放大部件是十分精密的部件,关键部位公称尺寸以丝米计量,如喷嘴直径,喷嘴与挡板之间尺寸;功率放大部件都是要求极高的耦合件,径向、轴向配合定位要求都以微米为单位,如阀芯与阀套配合间隙,阀芯台阶与阀套沟槽定位差尺寸。零部件一丝一毫的腐蚀和磨损都会直接影响元件调节性能和使用要求。
1.1.2　比例阀是以高精度比例电磁铁为电液转换装置,将电信号转为衔铁的线位移,以四边滑阀作液压功率放大部件。后一部分的要求基本与伺服阀的功放部件相同。
1.2　电液控制元件受油液污染失效形式对控制要求严格、配合精度精密的电液控制元件,颗粒状态固体污染物侵入油液,川流不息流动于各元件和管道之中是引起元件失效的主要原因,即会出现堵塞、卡死、冲蚀、磨损等,具体有以下形式。
1.2.1　油液中少量中等颗粒可引起前置放大部件滤油器淤塞,节流小孔、喷嘴堵塞,使元件无法工作或误动作。
1.2.2　一定量中小颗粒卡堵在功率放大耦合件之间,引起活动件卡紧,滑芯不能动作。
1.2.3　工作状态下油液中质地较硬的微细颗粒长期冲刷滑阀节流口、喷嘴和挡板,日积月累使锐边钝化、尺寸改变,导致元件性能下降,甚至失效。
1.2.4　油液中的固体颗粒污染物流动时进入元件运动件间隙内,由于它和元件表面相互作用,产生各种形式磨损,导致元件表面损坏和性能下降。
1.3　抗燃油污染对电厂机组的危害电厂运行机组中主辅设备调节系统的任一失效或误动作都将危及整台机组正常工作,轻者发电功率受到波动,重者造成停机停炉事故,使电网、电厂都受到很大的损失。从部分电厂了解,由汽轮机引起的停机事故中大部分因电调系统抗燃油污染伺服阀卡涩所致。

2　电液控制抗燃油污染分析
2.1　抗燃油污染源分类
2.1.1　液压系统各部分潜在的污染物主要指原始投运油液本身存在的污染物,其次是管道冲洗不彻底,残存的污染物,第3是一些净化质量差的元件、辅件、容器投运后在油液冲刷、振动作用下脱下,进入油液的污染物。
2.1.2　系统冲洗后外界侵入的污染物主要是指投运后因油液泄漏,补充不合格油液中的污染物,其次是系统密闭不严侵入油系统的污染物,第3是系统设备检修过程中外界侵入的。
2.1.3　系统内部生成的污染物主要是运行时在液压元件运动付之间因冲刷磨损生成的微细颗粒,或因油液本身、橡胶密封件老化变质出现的污染物。
2.2　机组抗燃油污染原因分析机组控制系统抗燃油污染严重首先是传统观念中这似乎并非十分重要,往往被忽视;其次,由于它涉及机组安装阶段和油液外购等各方面质量问题;第3,它在管理上又涉及各个专业,所以始终是难以根治的顽症。据笔者在部分电厂实地了解,抗燃油污染原因主要有以下几方面。
2.2.1　安装阶段遗留一定污染隐患
a.　原始油液不合格
对于电液伺服阀,抗燃油的颗粒度等级应该高于SAE749D标准2～3级(即NAS5～6级),而从国外购进的抗燃油(新油)其颗粒度等级往往低于该要求。许多新机组安装阶段电建公司不顾有关规定,将不合格或未经检测的抗燃油,也不用专用滤油机(精度为1～3μm)反复过滤,就输入电液控制油系统,致使大量不同直径的颗粒,尤其是5～10μm的细小颗粒污物进入系统。
b.　管材及工艺不合要求
为确保电液伺服油系统的清洁,对管路材料、施工工艺、焊接装配都有严格要求。但许多安装公司视这些要求于不顾,按一般液压管路要求施工,使管材本身就预埋下一定量的固体污染物。
c.　冲洗工艺缺陷
液压系统管路安装后的循环冲洗是清除污物、确保清洁的重要一环。科学的方法,合理的步骤,必要的专用装置,包含所有管路的顺序都为了这一目标。目前部分电液控制油管路冲洗尚有一定缺陷,虽然冲洗很长时间但仍有一定死角和遗留,有时工期紧张更有所疏忽,未能取得较好效果,最终凭一次油样合格验收通过,存在相当随机性,难免留有后患。
d.　液压部件管路装配时人为马虎
部件和管路安装是冲洗后的最后一步,操作时清洁十分关键,许多装配工清洁意识差,保洁措施不落实,从管接头和阀块油口中混入许多污物进入系统,直接造成油液污染。另外,设备制造厂制造或配套元件、辅件、容器的清洁程度差,也是抗燃油系统污染的潜在危险。
2.2.2　运行期间管理维护不规范
a.　油液污染状况缺少监视
每一种电液控制系统,制造厂都要求系统在运行过程中必须定期检测抗燃油的颗粒度、水份、酸值等指标,及时掌握油污染程度,再采取治理措施,避免事故发生,但电厂往往很少甚至长期不取油样检测,对油液清洁状况心中无数,听之任之。
b.　缺少巡视,不及时更换滤芯,失去防卫能力
安装在系统油站和控制阀前端的滤油器是用以阻拦固体颗粒侵入控制阀、执行器的重要手段,运行人员必须按时巡视。发现阻塞信号,及时更换滤芯并采取治理对策。但许多运行人员不遵章循规,致使滤油器堵塞失效,使控制元件无法正常工作。
c.　再生装置长期解列油液变质失控
为防止抗燃油受水份酸值和其它细小颗粒的影响,设备制造厂都配置了旁通式抗燃油再生装置,要求与机组同步运行以提高油质。但许多电厂机组投运时就未将它投用或因各种原因长期解列,致使油中水份含量多、酸值增高生成胶状体,它既损坏设备,又直接影响控制元件正常运行。个别电厂偶尔还发生再生材料硅藻土混入油液中,更直接有害于系统运行。
d.　补充不合格油液放纵颗粒侵入
当液压系统因多种原因抗燃油泄漏损失后,需要补充油液,电厂专业人员同样没有清洁意识,未经循环过滤也未经颗粒度检测,就将购进的新油(大多数颗粒度检查都不合格)直接用普通工具(未加以清洗)灌入油箱,导致大量细小颗粒侵入系统。
2.2.3　检修过程中混入大量脏物
a.　检修环境太脏。电厂检修人员往往以修理普通机械设备的方法要求对待电液控制元件,从设备上拆下后,不管现场环境如何,即在就地解体。如此修理,有时越修故障越多。
b.　缺少防护工装。解体精度要求甚高的伺服阀如同手表一样,必须有专门的清洁和防护工装,如清洗盘、清洗刷、零件、清洗液、防护塞。而大多数修理工都缺少此类工装,致使修理后部件内部本身就未达到清洁要求,在今后运行时故障又频频出现。
c.　部件管路连接不保洁(与2.2.1d类同)。
2.2.4　综述
a.　各级领导、专业人员对机电一体化控制设备抗燃油系统还是以传统的旧观念,即普通机械设备粗放型的要求方法对待,缺乏现代化设备精、细、严、洁的意识。
b.　现有的油液过滤元件检修、污染监测设备条件与高技术、机电一体化设备高要求差距甚远。安装、运行、检修人员无法按要求做好各项工作,少数电厂甚至一无所有,就更难于改变面貌。
c.　电厂各部门缺少甚至没有电液控制系统安装、调试、运行、检修各个阶段在管理维护验收等方面可操作的规章制度。
d.　电厂目前缺少这方面较高层次的专业技术人员,现有人员中对相关的专业知识了解甚少。

3　防止电液控制抗燃油污染的建议
3.1　设置各级全面分管责任人员
电液控制系统抗燃油污染防治是牵涉电厂多个部门、多个专业的复杂任务,事关油液品质、滤油设备、日常维护、设备检修多方面问题,各级人员落实,职责分明是头等重要的。首先在企业领导层应有专人分管,其次每个部门有人抓,具体技术工作有人做,各种活有人干。据笔者了解,建立如下一套责任班子能有一定实效。
3.2　培训各级分管领导和专业人员
做好抗燃油污染控制,提高油液清洁度最重要的是提高人员素质,所以有计划地对电厂各级分管领导和专业人员进行培训是首要任务。分管领导要认识高新技术和机电一体化设备高要求和抗燃油污染对机组的危害性,树立抗燃油污染控制,油液高清洁度意识。专业技术人员要学习和掌握机电一体化、电液控制原理、元件结构、污染后失效形式、污染控制机理方法等知识,熟悉各专业污染控制技术规程。生产操作工人要了解抗燃油清洁的重要性,掌握运行巡视设备检修时污染控制的性能和要求。为配合做好培训工作,有关部门要组织编写或收集专业培训教材和资料。
3.3　编制不同阶段专业管理实施规程
要切实改变目前大多数电厂电液控制抗燃油清洁度差的现状,编制各个时期可操作的污染控制专业管理规程十分重要。原电力部1995年颁布了《电厂用抗燃油验收、运行监督及维护管理导则》,其中对抗燃油的品质、性能、试验和验收比较详细,而对机组抗燃油在不同时期的污染控制仅提出要求和较粗糙的原则性叙述。笔者认为电厂、电建公司应编制具体且可操作的专业管理规程,详细叙述抗燃油污染控制的要求、工艺措施方法,例如:(1)筹建部门在机组基建阶段对电液抗燃油系统安装清洁工艺、油质的要求及验收程序;(2)运行部门对日常巡视、油液定期检测、设备缺陷记录;(3)检修部门对设备故障诊断、修理工艺、消缺验收;(4)化学部门对新油采购、新油过滤、颗粒度检测、滤油检测设备管理等等都有明确的管理操作规程。
3.4　投入一定资金逐步改善抗燃油污染控制必须的设备
　现代化机组维护必须有先进的设备和检测仪器作保证,在资金有限的情况下,应分期分批添置必需的滤油、检测、检修设备。
3.5　加强对电液控制系统制造厂的督促,严把质量关
　　电液控制系统制造厂对确保系统及抗燃油清洁有义不容辞的责任。从产品设计、加工制造、设备安装、管路冲洗、验收达标等每个环节从严要求,把提高系统清洁度,防止抗燃油污染列入重点考核指标。从目前电厂反映的情况,国产化制造厂在加工制造、配套件清洁、管路清洗工艺方法等方面有所欠缺,所以电厂在有关质量上要多加督促;在技术上共同商讨,改进冲洗工艺方法、消除死角、提高效果;在售后服务方面尽量依靠制造厂技术和备件方面的优势,使在线运行机组电液控制系统抗燃油污染控制始终处于优良状态,提高机组安全运行可靠性。

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