高壓渦街流量計在透平油系統(tǒng)中的改造背景與改造效果分析
點擊次數(shù)：2453 發(fā)布時間：2021-01-06 11:36:39
摘要：透平油在水輪發(fā)電機組中主要起潤滑、散熱和傳遞能量的作用。水電廠透平油系統(tǒng)主要為機組運行提供潤滑、散熱和液壓操作的介質(zhì)，并能滿足機組透平油的排出、注入、收集、凈化、儲存等功能，保證設備功能正常和機組運行安全。透平油系統(tǒng)高壓渦街流量計的改造，優(yōu)化了不合理設計，簡化操作流程，提高了設備的可靠性和檢修人員的工作效能。
1概述
某水電廠總裝機容量1120MW（4×280MW），多年平均發(fā)電量45.52億kW·h，設計年利用小時數(shù)4064h。水輪發(fā)電機組型式為立軸半傘式，水輪機型號為HLA904c-LJ-710，設計水頭為64m，額定轉速為93.75r/min。每臺機組共設置上導、下導、水導三部導軸承，分別布置在上機架、下機架和ding蓋上，承受機組運行中徑向作用力，限制機組擺度；另外在承重機架--下機架上設置一部推力軸承，承擔機組轉動部分重量及水輪機的軸向水推力。各部軸承設計為好立油槽，其中三部導軸承均為潤滑油內(nèi)部自循環(huán)冷卻方式，推力軸承采用強迫潤滑油外循環(huán)冷卻方式。每臺水輪機設置2個油壓操作的直缸接力器，接力器活塞直徑為600mm，行程為850mm。機組調(diào)速系統(tǒng)的油壓裝置型號為YZ-12.5-6.3，額定操作油壓6.3MPa。該水電廠透平油的用油設備主要是指機組的各部軸承及調(diào)速系統(tǒng)。機組使用的透平油為L-KTL46長壽命汽輪機油。
2該水電廠透平油系統(tǒng)的組成及任務
2.1透平油系統(tǒng)的組成
2.1.1油庫及油處理室
透平油油庫及油處理室設置在發(fā)電機出線層。油庫中安裝4個油桶，單個油桶容積為25m3。按照功能劃分為2個運行油桶，2個凈油桶。每個油桶ding部設置一根油桶進油管，油桶下部設置一根給機組供油管，油桶底部設置一根事故排油管，經(jīng)事故排油閥引入事故油池中，事故排油管上引出一根油桶排油管。各油桶的進油管、供油管、排油管分別引入油處理室中。具體布置形式可見圖1所示。油處理室中設置一個容積為1m3的移動油箱，用于向設備添油或臨時儲油。
2.1.2油處理設備
該水電廠透平油油處理設備原設計主要包括齒輪油泵、壓力濾油機、真空濾油機、濾油紙烘箱等設備。齒輪油泵主要在接受新油和設備注油、排油時使用。壓力濾油機、真空濾油機主要在透平油的過濾、凈化、再生時使用。
2.1.3油管網(wǎng)
該水電廠廠內(nèi)設有縱貫全廠的機組供、排油2根干管，即機組透平油供、回油總管。油庫中4個油桶的機組供油管和油桶排油管通過閥門后連通，再分別經(jīng)閥門接至4臺機組透平油供油總管上，4個油桶的進油管分別經(jīng)閥門接至4臺機組透平油回油總管上。每臺機在機組供、排油2根干管上分別引出本機組的透平油供、排油總管，再由支管接入機組的軸承和調(diào)速系統(tǒng)的油槽（油箱）。管網(wǎng)中在油處理室和機組段總管上預留有活接頭和軟管的連接處，方便在管系中串連注、排油或凈油設備。而油處理室中各油桶的進油和排油支管上未設置相關的臨時接口。見圖2、圖3所示。
透平油系統(tǒng)還設置了一根由裝卸場引入油處理室的透平油庫補油管，便于油罐車從裝卸場通過自流或泵壓直接給油庫補充新油。透平油事故油池外設置一根排油管直接引至裝卸場處，便于將事故油池中的廢油泵入油罐車中轉移、處理。
2.2透平油系統(tǒng)的任務
水電廠透平油系統(tǒng)的任務主要包含以下幾方面：（1）接受新油；（2）儲備凈油；（3）給用油設備充油；（4）向運行設備添油補油；（5）從設備中排出污油；（6）污油的凈化處理；（7）油品的監(jiān)督與維護；（8）廢油的收集與保存。透平油庫中應經(jīng)常備有一定數(shù)量的質(zhì)量合格的備用油，以便保證水輪發(fā)電設備的安全經(jīng)濟運行。備用油的量應按照好大機組的擁有量的110%來確定。
3透平油處理高壓渦街流量計改造背景
該水電廠于2013年5月至6月完成全廠4臺機組的投產(chǎn)運行。在機組檢修期間復核計算、統(tǒng)計每臺機組實際用油量如表1所示。
由表1可知，單臺機組運行所需總油量約為37.6m3，其中各軸承所需油量約為24m3，均超出設計計算總油量。機組運行所需總油量超出一個運行油桶的總容積，至少需用2個油桶來盛放。為保證機組各軸承用油和調(diào)速系統(tǒng)用油的油品質(zhì)量，機組排油時將各軸承所用透平油（約為24m3）排至一個運行油桶中，將調(diào)速系統(tǒng)所用透平油（約為13.6m3）排至另一個運行油桶中，避免混合造成油質(zhì)化驗指標不滿足用油設備的要求。
透平油系統(tǒng)配備了壓力濾油機和真空濾油機等凈化處理設備。壓力濾油機主要凈化油中的機械雜質(zhì)和吸附分離少量水分，型號為LY-100和LY-150兩種，處理流量分別為6m3/h和9m3/h；真空濾油機主要為了使透平油到達除水脫氣的目的，型號為ZJCQ-9，處理流量為9m3/h。油處理室中僅在機組透平油供、回油總管上預留連接濾油機的臨時接頭，每次僅可以接1臺濾油機對1個運行油桶的透平油進行過濾，過濾完畢后再對下一個運行油桶的透平油過濾。壓力濾油機過濾完畢后再換成真空過濾機按照上述方法對2個盛放機組用油的運行油桶逐一過濾。加之投產(chǎn)初期透平油系統(tǒng)高壓渦街流量計、軸承油槽、調(diào)速器油箱油罐等設備運行環(huán)境和工作條件差，使得運行后排出的透平油油質(zhì)含有大量雜質(zhì)和水分，油凈化處理的難度更大。根據(jù)多次機組檢修統(tǒng)計，壓力濾油機完全處理1臺機組排出的2個運行油桶中的油量約需要27h，真空濾油機完全處理1臺機組排出的2個運行油桶中的油量約需要75h。再考慮濾油過程中高壓渦街流量計及濾油機轉接、設備停機檢查等環(huán)節(jié)，每臺機組透平油的凈化處理，大約需要12~13工作日，滿足不了設計要求的“透平油系統(tǒng)一般應配置壓力濾油機和真空濾油機，其容量應在8h內(nèi)能過濾一臺好大機組油量”。
根據(jù)上級公司檢修管理辦法，該水電廠機組小修標準工期為15~18d，機組透平油排、注油及凈化處理是水電機組檢修的標準項目。如果機組排出的透平油油質(zhì)較差，透平油凈化處理時間占據(jù)了機組檢修工期的大部，往往引起小修機組無法按期交付電網(wǎng)調(diào)度的風險。
檢修期間需分別對各軸承和調(diào)速系統(tǒng)的透平油用壓力濾油機和真空濾油機依次過濾處理。濾油機運行期間需安排至少2名檢修人員現(xiàn)地實時監(jiān)控，且同一時段僅能操作1臺濾油機，人員的工作效能較低。濾油機運行中產(chǎn)生巨大的噪音和大量油霧，檢修人員工作環(huán)境極為惡劣，為保證檢修進度還需要“白加黑”兩班倒的工作方式，工作時間長、勞動強度大，嚴重損害檢修人員的身體健康。
4改造效果
4.1高壓渦街流量計改造方式
該水電廠在地衣輪機組檢修結束后針對上述弊端，結合透平油處理室油高壓渦街流量計布置的現(xiàn)狀，利用無機組檢修工作的汛期期間，對油處理室中油處理高壓渦街流量計進行改造。具體改造內(nèi)容為：將各油桶的進油和排油支管球閥后增加設置相關的臨時接口，便于油處理設備通過活接頭和軟管直接與各個油桶單好連接，可不受機組透平油供油、回油總管的臨時連接口限制。在支管上增設的臨時接口后各增加一個球閥，以便于將油桶中的油路切斷而進行臨時接頭和軟管的連接。具體改造高壓渦街流量計效果見圖4、圖5所示。
透平油處理工作管理要求也因為設備改變而對照施策：在油處理工作結束后，需將油處理室中所有原設計和新增閥門可靠關閉，將所有臨時接口處用蒙板和密封墊進行可靠密封、防護，同時保證高壓渦街流量計通道完整，不得存在缺口，以免造成跑油。高壓渦街流量計改造前后透平油系統(tǒng)圖對比如圖6、圖7所示。
4.2功能優(yōu)化效果
（1）改造后，各個油桶的油處理工作實現(xiàn)互不影響的效果。油桶排油支管的臨時接口兩端的球閥都是近油桶側的閥門，油桶進油支管的臨時接口ding部的球閥為近油桶側的閥門。油桶需進行油過濾工作時，僅需將濾油機的進油管接在該油桶排油支管新增的臨時接口上，同時濾油機的出油管連接在該油桶進油支管新增的臨時接口上，然后分別打開進油支管和排油支管新增臨時接口ding部的近油桶側球閥，即可開始形成循環(huán)油路進行油桶內(nèi)的透平油過濾。同時未改變各個油桶中透平油的互相倒換、轉移功能。
（2）改造后，單個油桶內(nèi)透平油的過濾和轉移工作中需操作的閥門減少（僅需操作2個支管上小通徑的閥門），極大地簡化操作流程。改造前，每個油桶的油必須流入油處理室中的機組透平油供油和回油總管上，才能再次經(jīng)支管閥門進入相應油桶，好少要操作四個閥門（包括總管上臨時接口的大通徑閥門）。
（3）改造后，油庫中各個油桶的透平油在處理過程中，發(fā)生竄油至機組透平油供油、回油總管和各臺機機組段供排油管網(wǎng)的概率大大降低，保證其他非檢修機組及運行設備的安全。改造前，進行油處理時油流必須流經(jīng)油處理室中的機組透平油供油和回油總管，而油處理室中的機組透平油供油和回油總管與縱貫全廠的機組供、排油兩根干管僅有一個球閥進行截止，該閥門如果操作失誤未關閉或關閉不嚴密等異常情況，必然造成竄油至機組透平油供油、回油總管和各臺機機組段供排油管網(wǎng)，引發(fā)不安全事件。改造后，進行油處理時，油流僅流經(jīng)支管，支管和總管之間有一個球閥截止，總管與干管還有一個球閥截止，多了一道防護，極大提高了設備的可靠性。
（4）改造后，極大提高了透平油凈化處理的工作效率，好大限度降低了檢修人員的勞動強度，減少了暴露在惡劣工作環(huán)境下的時間，把對人員身體健康的影響降到了好低。同時降低該項目檢修工作難度，提高了檢修可靠性，節(jié)約了檢修人工成本和檢修費用，實現(xiàn)降本增效。檢修過程中，機組排出的各軸承用油和調(diào)速系統(tǒng)用油分別盛放在不同的運行油桶中，開始濾油時，一個運行油桶接壓力濾油機進行過濾，同時另一個運行油桶接真空濾油機進行過濾，待2個油桶*1種濾油設備過濾完畢后，直接交換后繼續(xù)同時過濾，將節(jié)約60%左右的工作時間。同樣安排的2名檢修人員現(xiàn)地可同時操控2臺濾油機，也提高了工作效能。
該電廠透平油系統(tǒng)高壓渦街流量計改造后，設備運行至今，未發(fā)生過工作人員誤操作的事故，未發(fā)生竄油或跑冒滴漏等異常情況，未發(fā)生因機組透平油凈化處理導致機組檢修工期未按時完成的管理風險，證明改造是成功的，達到了預期的所有目的。
5結束語
設計正確、布局合理的油系統(tǒng)，不僅能提高電站運行的可靠性、經(jīng)濟性和縮短檢修期，而且對運行的靈活性以及管理方便等方面提供良好的條件。該水電廠通過對透平油系統(tǒng)高壓渦街流量計的改造，改進不合理設計之處，優(yōu)化設備運行功能，取得良好的安全效益和經(jīng)濟效益，值得其他同類型水電廠借鑒，值得在行業(yè)內(nèi)推廣。
1概述
某水電廠總裝機容量1120MW（4×280MW），多年平均發(fā)電量45.52億kW·h，設計年利用小時數(shù)4064h。水輪發(fā)電機組型式為立軸半傘式，水輪機型號為HLA904c-LJ-710，設計水頭為64m，額定轉速為93.75r/min。每臺機組共設置上導、下導、水導三部導軸承，分別布置在上機架、下機架和ding蓋上，承受機組運行中徑向作用力，限制機組擺度；另外在承重機架--下機架上設置一部推力軸承，承擔機組轉動部分重量及水輪機的軸向水推力。各部軸承設計為好立油槽，其中三部導軸承均為潤滑油內(nèi)部自循環(huán)冷卻方式，推力軸承采用強迫潤滑油外循環(huán)冷卻方式。每臺水輪機設置2個油壓操作的直缸接力器，接力器活塞直徑為600mm，行程為850mm。機組調(diào)速系統(tǒng)的油壓裝置型號為YZ-12.5-6.3，額定操作油壓6.3MPa。該水電廠透平油的用油設備主要是指機組的各部軸承及調(diào)速系統(tǒng)。機組使用的透平油為L-KTL46長壽命汽輪機油。
2該水電廠透平油系統(tǒng)的組成及任務
2.1透平油系統(tǒng)的組成
2.1.1油庫及油處理室
透平油油庫及油處理室設置在發(fā)電機出線層。油庫中安裝4個油桶，單個油桶容積為25m3。按照功能劃分為2個運行油桶，2個凈油桶。每個油桶ding部設置一根油桶進油管，油桶下部設置一根給機組供油管，油桶底部設置一根事故排油管，經(jīng)事故排油閥引入事故油池中，事故排油管上引出一根油桶排油管。各油桶的進油管、供油管、排油管分別引入油處理室中。具體布置形式可見圖1所示。油處理室中設置一個容積為1m3的移動油箱，用于向設備添油或臨時儲油。
2.1.2油處理設備
該水電廠透平油油處理設備原設計主要包括齒輪油泵、壓力濾油機、真空濾油機、濾油紙烘箱等設備。齒輪油泵主要在接受新油和設備注油、排油時使用。壓力濾油機、真空濾油機主要在透平油的過濾、凈化、再生時使用。
2.1.3油管網(wǎng)
該水電廠廠內(nèi)設有縱貫全廠的機組供、排油2根干管，即機組透平油供、回油總管。油庫中4個油桶的機組供油管和油桶排油管通過閥門后連通，再分別經(jīng)閥門接至4臺機組透平油供油總管上，4個油桶的進油管分別經(jīng)閥門接至4臺機組透平油回油總管上。每臺機在機組供、排油2根干管上分別引出本機組的透平油供、排油總管，再由支管接入機組的軸承和調(diào)速系統(tǒng)的油槽（油箱）。管網(wǎng)中在油處理室和機組段總管上預留有活接頭和軟管的連接處，方便在管系中串連注、排油或凈油設備。而油處理室中各油桶的進油和排油支管上未設置相關的臨時接口。見圖2、圖3所示。
透平油系統(tǒng)還設置了一根由裝卸場引入油處理室的透平油庫補油管，便于油罐車從裝卸場通過自流或泵壓直接給油庫補充新油。透平油事故油池外設置一根排油管直接引至裝卸場處，便于將事故油池中的廢油泵入油罐車中轉移、處理。
2.2透平油系統(tǒng)的任務
水電廠透平油系統(tǒng)的任務主要包含以下幾方面：（1）接受新油；（2）儲備凈油；（3）給用油設備充油；（4）向運行設備添油補油；（5）從設備中排出污油；（6）污油的凈化處理；（7）油品的監(jiān)督與維護；（8）廢油的收集與保存。透平油庫中應經(jīng)常備有一定數(shù)量的質(zhì)量合格的備用油，以便保證水輪發(fā)電設備的安全經(jīng)濟運行。備用油的量應按照好大機組的擁有量的110%來確定。
3透平油處理高壓渦街流量計改造背景
該水電廠于2013年5月至6月完成全廠4臺機組的投產(chǎn)運行。在機組檢修期間復核計算、統(tǒng)計每臺機組實際用油量如表1所示。
由表1可知，單臺機組運行所需總油量約為37.6m3，其中各軸承所需油量約為24m3，均超出設計計算總油量。機組運行所需總油量超出一個運行油桶的總容積，至少需用2個油桶來盛放。為保證機組各軸承用油和調(diào)速系統(tǒng)用油的油品質(zhì)量，機組排油時將各軸承所用透平油（約為24m3）排至一個運行油桶中，將調(diào)速系統(tǒng)所用透平油（約為13.6m3）排至另一個運行油桶中，避免混合造成油質(zhì)化驗指標不滿足用油設備的要求。
透平油系統(tǒng)配備了壓力濾油機和真空濾油機等凈化處理設備。壓力濾油機主要凈化油中的機械雜質(zhì)和吸附分離少量水分，型號為LY-100和LY-150兩種，處理流量分別為6m3/h和9m3/h；真空濾油機主要為了使透平油到達除水脫氣的目的，型號為ZJCQ-9，處理流量為9m3/h。油處理室中僅在機組透平油供、回油總管上預留連接濾油機的臨時接頭，每次僅可以接1臺濾油機對1個運行油桶的透平油進行過濾，過濾完畢后再對下一個運行油桶的透平油過濾。壓力濾油機過濾完畢后再換成真空過濾機按照上述方法對2個盛放機組用油的運行油桶逐一過濾。加之投產(chǎn)初期透平油系統(tǒng)高壓渦街流量計、軸承油槽、調(diào)速器油箱油罐等設備運行環(huán)境和工作條件差，使得運行后排出的透平油油質(zhì)含有大量雜質(zhì)和水分，油凈化處理的難度更大。根據(jù)多次機組檢修統(tǒng)計，壓力濾油機完全處理1臺機組排出的2個運行油桶中的油量約需要27h，真空濾油機完全處理1臺機組排出的2個運行油桶中的油量約需要75h。再考慮濾油過程中高壓渦街流量計及濾油機轉接、設備停機檢查等環(huán)節(jié)，每臺機組透平油的凈化處理，大約需要12~13工作日，滿足不了設計要求的“透平油系統(tǒng)一般應配置壓力濾油機和真空濾油機，其容量應在8h內(nèi)能過濾一臺好大機組油量”。
根據(jù)上級公司檢修管理辦法，該水電廠機組小修標準工期為15~18d，機組透平油排、注油及凈化處理是水電機組檢修的標準項目。如果機組排出的透平油油質(zhì)較差，透平油凈化處理時間占據(jù)了機組檢修工期的大部，往往引起小修機組無法按期交付電網(wǎng)調(diào)度的風險。
檢修期間需分別對各軸承和調(diào)速系統(tǒng)的透平油用壓力濾油機和真空濾油機依次過濾處理。濾油機運行期間需安排至少2名檢修人員現(xiàn)地實時監(jiān)控，且同一時段僅能操作1臺濾油機，人員的工作效能較低。濾油機運行中產(chǎn)生巨大的噪音和大量油霧，檢修人員工作環(huán)境極為惡劣，為保證檢修進度還需要“白加黑”兩班倒的工作方式，工作時間長、勞動強度大，嚴重損害檢修人員的身體健康。
4改造效果
4.1高壓渦街流量計改造方式
該水電廠在地衣輪機組檢修結束后針對上述弊端，結合透平油處理室油高壓渦街流量計布置的現(xiàn)狀，利用無機組檢修工作的汛期期間，對油處理室中油處理高壓渦街流量計進行改造。具體改造內(nèi)容為：將各油桶的進油和排油支管球閥后增加設置相關的臨時接口，便于油處理設備通過活接頭和軟管直接與各個油桶單好連接，可不受機組透平油供油、回油總管的臨時連接口限制。在支管上增設的臨時接口后各增加一個球閥，以便于將油桶中的油路切斷而進行臨時接頭和軟管的連接。具體改造高壓渦街流量計效果見圖4、圖5所示。
透平油處理工作管理要求也因為設備改變而對照施策：在油處理工作結束后，需將油處理室中所有原設計和新增閥門可靠關閉，將所有臨時接口處用蒙板和密封墊進行可靠密封、防護，同時保證高壓渦街流量計通道完整，不得存在缺口，以免造成跑油。高壓渦街流量計改造前后透平油系統(tǒng)圖對比如圖6、圖7所示。
4.2功能優(yōu)化效果
（1）改造后，各個油桶的油處理工作實現(xiàn)互不影響的效果。油桶排油支管的臨時接口兩端的球閥都是近油桶側的閥門，油桶進油支管的臨時接口ding部的球閥為近油桶側的閥門。油桶需進行油過濾工作時，僅需將濾油機的進油管接在該油桶排油支管新增的臨時接口上，同時濾油機的出油管連接在該油桶進油支管新增的臨時接口上，然后分別打開進油支管和排油支管新增臨時接口ding部的近油桶側球閥，即可開始形成循環(huán)油路進行油桶內(nèi)的透平油過濾。同時未改變各個油桶中透平油的互相倒換、轉移功能。
（2）改造后，單個油桶內(nèi)透平油的過濾和轉移工作中需操作的閥門減少（僅需操作2個支管上小通徑的閥門），極大地簡化操作流程。改造前，每個油桶的油必須流入油處理室中的機組透平油供油和回油總管上，才能再次經(jīng)支管閥門進入相應油桶，好少要操作四個閥門（包括總管上臨時接口的大通徑閥門）。
（3）改造后，油庫中各個油桶的透平油在處理過程中，發(fā)生竄油至機組透平油供油、回油總管和各臺機機組段供排油管網(wǎng)的概率大大降低，保證其他非檢修機組及運行設備的安全。改造前，進行油處理時油流必須流經(jīng)油處理室中的機組透平油供油和回油總管，而油處理室中的機組透平油供油和回油總管與縱貫全廠的機組供、排油兩根干管僅有一個球閥進行截止，該閥門如果操作失誤未關閉或關閉不嚴密等異常情況，必然造成竄油至機組透平油供油、回油總管和各臺機機組段供排油管網(wǎng)，引發(fā)不安全事件。改造后，進行油處理時，油流僅流經(jīng)支管，支管和總管之間有一個球閥截止，總管與干管還有一個球閥截止，多了一道防護，極大提高了設備的可靠性。
（4）改造后，極大提高了透平油凈化處理的工作效率，好大限度降低了檢修人員的勞動強度，減少了暴露在惡劣工作環(huán)境下的時間，把對人員身體健康的影響降到了好低。同時降低該項目檢修工作難度，提高了檢修可靠性，節(jié)約了檢修人工成本和檢修費用，實現(xiàn)降本增效。檢修過程中，機組排出的各軸承用油和調(diào)速系統(tǒng)用油分別盛放在不同的運行油桶中，開始濾油時，一個運行油桶接壓力濾油機進行過濾，同時另一個運行油桶接真空濾油機進行過濾，待2個油桶*1種濾油設備過濾完畢后，直接交換后繼續(xù)同時過濾，將節(jié)約60%左右的工作時間。同樣安排的2名檢修人員現(xiàn)地可同時操控2臺濾油機，也提高了工作效能。
該電廠透平油系統(tǒng)高壓渦街流量計改造后，設備運行至今，未發(fā)生過工作人員誤操作的事故，未發(fā)生竄油或跑冒滴漏等異常情況，未發(fā)生因機組透平油凈化處理導致機組檢修工期未按時完成的管理風險，證明改造是成功的，達到了預期的所有目的。
5結束語
設計正確、布局合理的油系統(tǒng)，不僅能提高電站運行的可靠性、經(jīng)濟性和縮短檢修期，而且對運行的靈活性以及管理方便等方面提供良好的條件。該水電廠通過對透平油系統(tǒng)高壓渦街流量計的改造，改進不合理設計之處，優(yōu)化設備運行功能，取得良好的安全效益和經(jīng)濟效益，值得其他同類型水電廠借鑒，值得在行業(yè)內(nèi)推廣。