淺談燃機控制油箱內部布局的合理性
前言: 吉林華電戚墅堰火力發電現有單位配置單 6 套燃汽飽和蒸汽聯合技術循環系統空調汽輪機,燃門焊機號各分為為 GE 單位企業產品 PG9351FA,三菱數控系統燃門焊機號M701DA 和 M701F4。空調汽輪機投入運營來看那些空調汽輪機把控油漸漸的會出現潤滑油變黑、電阻值率及酸值過高等油質劣化原因。下面從把控機油箱中的內部規劃角度來開始出發,研究分析其對油質的影響到,并指出改進方案的具體措施。
0 引言
燃機控制油是燃機 DEH 系統運行的介質。控制油油品劣化主要表現有水分、顆粒度、電阻率、酸值、泡沫特性等各檢測值超標,外觀上油品發黑等異常。控制油箱屬于廠家整套生產的模塊,安裝并經過調試后,常規外部檢查不能發現其對油質的長期影響,成為較易忽視的因素。
1 控制油箱功用與結構
1.1 控制油箱功用
控制油箱主要功用有:儲存系統循環所需的油液;發散系統工作時說產生的熱量;釋放經過循環后混在油液中的液體;為系統中各元件的安裝提供位置 [1] 。油箱作為控制油主要容器,其應具備取出油液中的雜質和水分,保障油液主要監測參數如電阻率、酸值、泡沫特性等指標正常,提供給液壓系統符合清潔度要求的油液,因此對油箱的設計、制造、使用和維護提供了較高的要求。
1.2 控制油箱結構
目前大型燃機聯合循環機組,所使用的控制油箱均為分離式開式油箱,即油箱單獨設置,與主機分開,減少油箱發熱和液壓源的振動對主機工作精度的影響 [2] 。油箱液面和大氣相通,通常使用呼吸器作為通道。油箱呈長方體,其各側面的接口,用于各種進出油管、熱工測點、油位計、檢修人孔門、排污口、放油口、油泵吸油口等接口布置。如圖 1 GE公司 9F 機型配置 HPU-250 PR90 油箱內部布局圖。油箱的容量,即油液表面高度為油箱 80%的油箱有效容積,根據液壓系統的發熱散熱平衡的原則來計算。一般來說,大型燃機的油箱容積一般為 10-12 倍的液壓泵額定流量。油箱的內部,設有高度略約為油液表面的 3/4 擋板,擋板底部一側開有三角形槽孔,起到引導油流方向作用,可設置多道隔板并對稱開槽。油箱整體一般為不銹鋼材質,內壁一般涂以耐油防銹的涂料或進行磷化處理,因油液一般為磷酸酯油液或普通潤滑油介質,所以各道接口,除焊接接口外,均根據油液介質特性使用相應的密封件。
2 油箱布局對油質的影響分析及對策
2.1 油箱內部油管布置
如圖 1,液壓泵進油管和系統回油管應布置遠一些,管路之間要用隔板隔開,增加油液循環距離,使得系統回油管中的油液在油箱中充分流動,并在此過程中進行散熱冷卻、分散氣泡、過濾等步驟。合理的油管布局會將回油管設置在測量元件分布較少的空間,位于隔板或隔板組的一側,減少回油的擾動對測量元件的干擾。液壓泵進油管入口處需安裝粗過濾器,一是防止大的雜質進入油泵中損壞部件,二是在一定程度上消除液體中剩余的氣泡,避免大量氣泡進入泵部件中造成泵體運行中出現噪聲、振動大等異常。粗過濾器和各個回油管管端應確保在油面zui低時仍舊處于油面下方,防止吸油時卷入空氣或回油沖入油箱時攪動油面而混入氣泡。粗過濾器和各回油管不宜緊貼油箱底部,避免回油流量大或仍有少量壓力時,在油箱底部擾動,造成底部的水分和雜質翻涌,降低油質清潔度并且不利于過濾。一般規定,管端與箱底、箱壁間距應不小于 3 倍的管徑,粗過濾器距離箱底應不小于20mm。粗過濾器端部使用螺紋與油泵進油口連接,應使用放松裝置如彈簧墊片或限位擋圈,避免粗過濾器因長期吸入油液的振動而造成松脫。
2.2 油箱內部油管端部的處理
各個回油管管端應斜切 45°,以增大出油口截面積,減緩出口處油流速度,并將出口管斜切口面對附近箱壁,使得流速較大的油液流出時在箱壁上改變流向,進一步降低流速。當回油管排入的油量較大時,可采用使其出口端高出油面,并向一個傾斜角為 5°-15°的斜板排油,這樣,油流將散開,減緩流速,排走油液中的空氣。還可通過在油箱一角設置擴散室防止回油管達到同樣目的,但因設置擴散室會增加油箱內部件,不利于制造,同時擴散室易形成油流死角,造成雜質積聚,相對較少采用。原則上,油管端部的處理方式目的是減小流速,降低油流對箱底的沖擊擾動。
2.3 油箱頂部呼吸器的設置
油箱頂部呼吸器也稱空氣濾清器,一是防止油箱內出現負壓,而引入潔凈空氣進行平衡,二是當油箱中出現微正壓情況時,進行排氣。油箱處于負壓時吸入空氣,空氣經過呼吸器,應能消除空氣中的水分,且對空氣進行一定的過濾,防止空氣中的灰塵進入油箱造成油質顆粒度下降。目前,市面上一般采用變色樹脂或硅膠用于呼吸器內部濾材,此類呼吸器當變色后說明吸附水分已飽和,可放入烘箱內按要求進行再生,再生過程前后,可在其端部通入潔凈壓縮空氣進行反吹,去除粘附在樹脂顆粒上的雜質。呼吸器的通流量應至少為液壓泵額定流量的兩倍,以便在兩臺液壓泵同時啟動和運行時,滿足油箱無負壓情況發生。值得注意的,一是在運行中注意巡檢樹脂是否變色,及時再生更換,一般隨季節變化,在濕度較大的雨季等應增加巡檢頻次。二是呼吸器與油箱連接端口一般使用密封圈槽,其密封圈應在每次再生后更換,防止因呼吸器密封圈老化造成水分和雜質進入油箱。
2.4 油箱各處密封的注意事項
油箱各處的密封多采用密封圈槽加密封圈形式,密封圈材質應符合液壓油所需,密封圈的尺寸和壓縮量應符合要求,不得隨意替換造成密封不嚴密。油箱上各蓋板、管口、接口處等均應妥善密封,即油箱weiyi與外部環境的通道只有頂部呼吸器一處。使用濾油機等外接設備時,宜采用螺紋接口并帶密封圈槽形式,有效隔絕與外部環境接觸防止二次污染。
2.5 油箱布置其他要求
油箱內回油集中部分及清污口附近宜設置一些磁性塊或者磁棒,以去除油液中的鐵屑和帶磁性顆粒,磁性物質應在油箱內安裝穩固,防止出現位移。在每次大修時進行油箱內部清潔時對磁性塊或磁棒進行清理。另外,在非大修期間或無明顯異常情況下不建議對油箱進行清理,因空氣的雜質和水分均可存在于油箱空間,使得油質降低水平。為了易于散熱和液壓泵、蓄能器等其他附件布置緊湊,油箱一般離地至少在 200mm 以上,目前大型燃機的控制油箱一般離地 500mm 左右,這部分空間可以布置臥式蓄能器,或者在線循環裝置,或者液壓油泵等設備。箱底壁應適當傾斜,一般在 5°-10°之間,在zui低部位設置排污閥,以便排放污油和水分。
油箱一般采用 2.5-4mm 不銹鋼板焊接而成,箱壁越薄,散熱越快,但要根據油箱尺寸和存油量設計,滿足剛度和結構穩定度要求。大尺寸的油箱一般會加焊角板或肋條等支撐件,增加油箱剛性,其材質應與油箱主材一致。
3 油箱內部布局不合理造成油質下降案例
3.1 油質下降的狀態
截取某臺機組控制油分析報告說明,見表 1 EH 油質分析報告 [3] 。從表中可以看出,油品電阻率和酸值處于超標狀態。
機組抗燃油使用美國科聚亞 Reolube Turboflulid46SJ,在運行過程中,化學人員對油品進行取樣分析,發現控制油油品顏色逐月變深,從zui初淡黃透明液體,zui后呈深褐色甚至黑色不透明液體。從油品顏色上可判定油質存在劣化現象。
3.2 油箱放油檢查
控制油供油裝置由油箱、油泵、濾油器、溢流閥、冷油器、油加熱器、蓄能器、空氣濾清器、液位計、溫度傳感器、磁性過濾器、濾油小車等及必備的監視儀表組成。在機組檢修時段,通過對油箱放油,查明油箱內部情況,如圖 2 油箱內部布置圖。系統回油管和三根溢流管路位于擋板一側,擋板一角開有三角形槽孔。由于系統回油管流量較大,而槽孔靠近系統回油管和液壓泵進油管,易造成回油管油流未經充分冷卻消泡等處理,即進入液壓泵進油管,造成油質降低。
3.3 油箱內部局部改造
靠近油泵吸油口的槽孔,技術人員判斷該設計將帶來油箱內部油流的“短路”,控制油系統的整體循環倍率因此處的槽孔失去意義,造成局部油循環倍率高,應增加油液循環距離,并使汽泡分離。zui簡便的做法為在現有的三角形槽孔對面位置開相應槽孔,原槽孔用隔板封堵。經觀察,改造后取得實際效果,電阻率上升,酸值下降,油樣顏色發黑速度減緩。
4 結論
控制油油品變色發黑、電阻率及酸值超標等油質劣化現象是控制油系統中應當避免的現象,在機組實際使用中,這些異常往往是zui容易發生的。系統及管路的過熱點檢查及油箱密封件等處造成水分進入,是技術人員采取的較常規檢查方式。在此基礎上仍舊無法消除上述異常,應從油箱內部布置是否合理角度出發,尋找并消除異常發生的誘因。
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