淺談某蓄能電廠冷水機構(gòu)成及故障分析

蔣玉林 王志楠 趙亞康

摘? 要：冷水機作為廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的核心部件，保障其正常運行是實現(xiàn)廠房溫度控制的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)冷水機在運行期間經(jīng)常會出現(xiàn)過壓縮機冷媒系統(tǒng)進水，電機對地絕緣不足等問題。基于此，本文主要分析了上述兩個故障的原因并提出對應(yīng)改進措施，以期為后期有效解決該類問題提供經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：冷水機;運行;故障;分析;改造

中圖分類號：TV743? 文獻標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）02-0000-00

0 概述

某抽水蓄能電廠（以下稱某蓄）安裝有8臺可逆式水泵水輪發(fā)電機組，單機容量為300MW。機組在運行過程中產(chǎn)生大量熱量，研究發(fā)現(xiàn)除了技術(shù)供水系統(tǒng)帶走機組大部分熱量外，還需通過廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)對廠房溫度進行有效控制，進而保證機組設(shè)備在適宜的溫度下運行。冷水機作為通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水與冷卻水進行熱量交換的核心設(shè)備，其對整個空調(diào)系統(tǒng)的運行效率至關(guān)重要。

1 冷水機系統(tǒng)介紹

1.1 冷水機系統(tǒng)的組成及作用

某蓄共安裝有4臺約克公司的YR型冷水機，A，B廠各兩臺機組。冷水機主要由驅(qū)動系統(tǒng)、油分離器、冷凝器、蒸發(fā)器和控制中心組成，見圖1。

驅(qū)動系統(tǒng)由壓縮機和密封型工業(yè)感應(yīng)電機組成。壓縮機是容積式、可變體積、直驅(qū)、雙旋螺桿式壓縮機，通過電機帶動螺桿旋轉(zhuǎn)使進入壓縮機的氣體被壓縮，見圖2。

油分離器通過離心力作用將混合物中的潤滑油分離出來。分離出的潤滑油經(jīng)油過濾器后重新回到壓縮機中再次對機器進行潤滑。

冷凝器是冷卻水與冷媒氣體交換熱量的裝置。冷卻水帶走冷媒中蒸發(fā)器的熱負荷以及壓縮產(chǎn)生的熱負荷，實現(xiàn)將冷媒由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。過冷的液態(tài)冷媒會在壓差作用下通過可變節(jié)流孔流入到蒸發(fā)器中。

蒸發(fā)器是冷凍水與冷媒交換熱量的裝置。液態(tài)冷媒通過可變節(jié)流孔后進入到蒸發(fā)器，由于冷媒此時的溫度小于冷凍水的溫度，冷媒開始吸熱蒸發(fā)，冷凍水中的熱量被交換，通過蒸發(fā)器管路的內(nèi)側(cè)傳遞到位于管路外側(cè)的液態(tài)冷媒中。

控制中心可在圖形界面上讀取運行狀態(tài)、溫度、壓力及其它和冷水機運行有關(guān)的信息。也可進行編程及設(shè)定程序使其適應(yīng)不同的工作要求。

1.2 作業(yè)流程

冷凍水循環(huán)：冷凍水流經(jīng)蒸發(fā)器時將熱量傳遞給冷水機中的冷媒，隨后溫度降低的冷凍水通過管道輸送到風(fēng)機盤管或其它的空調(diào)末端中，在流經(jīng)翅片盤管時吸收空氣中的熱量，完成對廠房溫度的控制。受熱的液體隨后返回冷水機完成冷凍水的循環(huán)，見圖3。

冷媒循環(huán)：蒸發(fā)器中沸騰的冷媒蒸汽流入到壓縮機中，螺桿壓縮使其壓力增加、溫度升高，然后排至油水分離器中。油水分離器將高壓氣體中的油在流入冷凝器管束之前分離出來。流經(jīng)冷凝器管束中的冷卻水吸收冷媒蒸汽的熱量并使其冷凝。被冷凝的冷媒被排出到液體回路中，可變節(jié)流孔板控制返回蒸發(fā)器的液體冷媒流量以完成整個冷媒循環(huán)。

2 壓縮機冷媒系統(tǒng)進水故障分析與處理

2.1 故障現(xiàn)象

2017年5月23日某蓄A(yù)廠冷水機進口過濾器堵塞造成#1、#2冷水機故障停機，對該過濾器清洗后#2冷水機恢復(fù)使用，#1冷水機無法恢復(fù)。

2.2 故障原因分析

2017年1月#1冷水機曾出現(xiàn)過冷凝器銅管泄漏故障，當(dāng)時對冷凝器銅管拔出后，切開銅管檢查內(nèi)壁腐蝕情況，發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁出現(xiàn)大量銹蝕坑，腐蝕嚴(yán)重。由于當(dāng)時維修時間緊且無多余備用銅管，未對冷凝器銅管進行全部更換。經(jīng)研究此次缺陷原因可能是銅管銹蝕后泄漏，造成壓縮機進水無法啟動造成的。后經(jīng)冷水機廠家進一步檢查后，確認#1冷水機故障為冷凝器銅管內(nèi)漏，壓縮機及電機內(nèi)部可能已有銹蝕等情況，需進行解體檢查處理并進行大修，見圖4。

2.3 故障處理

將冷凝器端蓋拆卸，對銅管加壓后發(fā)現(xiàn)有一根銅管出現(xiàn)泄漏，檢查發(fā)現(xiàn)各銅管內(nèi)部銹蝕嚴(yán)重，故將冷凝器銅管進行全部更換。對壓縮機拆卸檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部有進水痕跡，各軸承磨損嚴(yán)重，需更換軸承與密封，對陰陽螺桿磨損部位進行修復(fù)處理。

3 電機對地絕緣不足故障分析與處理

3.1 故障現(xiàn)象

2017年7月18日某蓄A(yù)廠#2冷水機組主斷路器跳閘報警，現(xiàn)場檢查蒸發(fā)器、冷凝器、油分離器視鏡無異?，F(xiàn)象，對電機絕緣情況檢查發(fā)現(xiàn)電機B相對地絕緣不合格?，F(xiàn)場回收制冷劑后對壓縮機進行解體檢查，主要發(fā)現(xiàn)以下問題：

（1）電機有一匝線圈碳化嚴(yán)重，絕緣層被擊穿。（2）壓縮機排氣口，電機線圈及電機轉(zhuǎn)子腔體內(nèi)發(fā)現(xiàn)存有大量的金屬碎片顆粒，靠近壓縮機吸氣端的電機轉(zhuǎn)子端表面出現(xiàn)大量坑點，疑似為被硬物碰擊后留下。（3）壓縮機吸氣側(cè)的陰陽螺桿端面磨損嚴(yán)重，螺桿面被金屬顆粒刮花。（4）陰陽螺桿軸承座磨損，出現(xiàn)深度高低差，陽螺桿軸承支架做PT發(fā)現(xiàn)有裂紋現(xiàn)象，各軸承嚴(yán)重磨損，見圖5。

3.2故障原因分析

查詢A廠#2冷水機組故障歷史記錄：在2016年5月該機組冷凝器銅管內(nèi)出現(xiàn)漏水問題，由于當(dāng)時檢修時間緊迫，沒有對壓縮機進行解體檢查及更換相關(guān)零件。運行至2016年7月時發(fā)現(xiàn)該機運行振動、噪音異常，由于需通過大修解體檢查才能查明故障原因，故將該機組轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)。2017年5月因A廠#1冷水機組出現(xiàn)故障，#2冷水機組機轉(zhuǎn)為使用狀態(tài)。

根據(jù)故障現(xiàn)象結(jié)合以往故障分析經(jīng)驗，本次故障主要原因是：機組之前銅管內(nèi)漏進水后，潤滑油粘度降低造成壓縮機軸承、螺桿和螺桿座等磨損，導(dǎo)致大量金屬屑進入系統(tǒng)，同時進水后壓縮機內(nèi)部產(chǎn)生大量鐵銹。由于系統(tǒng)內(nèi)存在大量鐵屑與鐵銹，因此降低了壓縮機電機的絕緣。同時氣流帶著大量鐵屑沖擊到電機線圈，造成電機線圈受損。在機組突然超負荷運行或電壓波動時，出現(xiàn)短路或?qū)Φ靥蓟^熱所致。

3.3故障處理

拆卸壓縮機后檢查發(fā)現(xiàn)各部件損壞嚴(yán)重，由于壓縮機的陰陽螺桿與軸承等部件需精密配合工作，恐修復(fù)后不能恢復(fù)原有正常狀態(tài)，進而對其運行的穩(wěn)定性及效率造成不同程度影響，故整體更換壓縮機。

4 改造措施

研究發(fā)現(xiàn)該電廠冷水機的重大故障主要是冷凝器銅管漏水引起，這是由于空調(diào)系統(tǒng)直接采用未經(jīng)水處理的上庫天然水來進行散熱造成的，因為天然水含有大量不同程度的雜質(zhì)，在經(jīng)過長期溫度較高的冷凝器銅管時，會導(dǎo)致冷水機組冷凝器銅管的內(nèi)部污垢積聚，影響熱交換。此外長期采用人工機械式清洗方式進行冷凝器銅管清洗后，容易對銅管造成損傷，危害冷水機組的安全穩(wěn)定運行。

根據(jù)冷水機廠家收集的用戶經(jīng)驗，一般情況下，即使對冷卻水進行水處理和定期機械式清洗銅管，小溫差依然會從1.5℃逐漸升高至6℃左右（冷凝器的小溫差是指冷凝器中制冷劑的飽和溫度與冷卻水出口溫度的差值）。GB 50019-2015《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》中指出，當(dāng)蒸發(fā)溫度一定時，冷凝溫度每降低1度，冷水機組耗電量可減少3%-4%。

綜合以上情況對冷水機組進行一下改造：（1）冷水機組大修時將冷凝器銅管更換為更耐腐蝕的銅鎳管同時壁厚增加1mm。（2）在冷水機組冷媒循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)增設(shè)水分檢測裝置，防止由于銅管泄漏進水時冷水機仍然運行造成更大損失。（3）在冷凝器相連管路上增加一個自動清洗裝置（目前A廠#2冷水機組已安裝）?？赏ㄟ^小溫差值/自動定時對冷凝器進行清洗以達到維持冷凝器溫度趨近理想水平，以達到節(jié)省冷水機組運行費用的目的，同時減少對銅管的損傷。

5 結(jié)語

冷水機是空調(diào)系統(tǒng)的核心部件，其對廠房溫度平衡至關(guān)重要，冷凝器銅管泄漏會造成冷媒污染與壓縮機磨損，不僅造成冷水機的損害，同時會造成整個廠房的溫度失衡，進而對廠房機組設(shè)備的正常穩(wěn)定運行造成嚴(yán)重威脅。因此對該電廠現(xiàn)有冷水機的升級改造刻不容緩，目前已對該電廠冷水機冷凝器銅管全部進行換型，后續(xù)將與冷水機廠家研究對冷水機進行加裝自動清洗裝置與水分傳感器，保證冷水機組的安全穩(wěn)定運行。

收稿日期：2020-01-20

作者簡介：蔣玉林（1994—），男，四川鹽源人，本科，助理工程師，研究方向：蓄能電廠機械設(shè)備檢修維護