福建某CPR1000型核电有限公司 355200
摘要：通过对某CPR1000型核电站电气厂房冷冻水系统（DEL）水冷式双螺杆制冷机组冬季经常出现的回油不畅、跑油故障，导致制冷机组吸气压力低、油位低报警停机等缺陷的案例进行分析研究；主要描述了制冷机组回油原理、油平衡设计原理、跑油时所表现的主要故障现象、并针对这一故障进行了根本原因分析后提出了相应的对策及措施，最终有效避免了制冷机组跑油故障的再次发生，为整个核电站的稳定运营提供了强有力保障。通过上述案例的分析研究，可为后续同类型制冷机组在因下游负荷低、冷却水温度低等不利因素制约下而出现的回油不畅、跑油、吸气压力低、排气压力低等故障的分析及解决提供了借鉴。
关键词：制冷机组；回油不畅；跑油；油平衡；排气压力
某CPR1000型核电站电气厂房冷冻水系统（简称DEL）共有2台螺杆水冷式制冷机组，日常运行时为1用1备。单台制冷机组名义工况制冷量为1285.8 kW，制冷剂为R134a，总输入功率为320 kW，带3台立式全封闭无级调节双螺杆压缩机，满液式蒸发器，节流机构为调制马达与节流球阀组合而成，由马达驱动球阀动作，以调节供液量。
1DEL系统简介
DEL系统是为DVC（主控制室空调系统）、DVL（电气厂房主通风系统）、DVE（电缆层通风系统） 等通风系统中的风机盘管提供8℃的冷冻水，从而满足主控制室运行人员的舒适性要求和对设备、机组的安全稳定运行要求。DEL系统采用RRI闭式循环冷却水系统作为制冷机组的冷却水，最终热井为大海，将RRI冷却水的热量带至大海。系统冷冻水流程示意图如图1：
1.1制冷机组主要设计参数
冬季室外设计温度：干球温度4.3℃，湿球温度3.1℃
夏季室外设计温度：干球温度33.3℃，湿球温度28.3℃
冷冻水出口温度：8℃，冷冻水回水温度：14℃
冷冻水流量：174m3/h，冷却水流量：<150m3/h，冷却水出水温度极限值：60℃
1.2制冷机组流程图
1.3制冷机组回油原理
DEL制冷机组正常工作时，绝大部分润滑油存在于压缩机本体下部油池中，用于压缩机轴承的润滑、降温、密封、降低排气温度等作用。整个运行过程中油与制冷剂是混合在一起，实现油分离、回油主要通过以下三个步骤：
1）低温低压的制冷剂气体经压缩后，排出的高温高压的气体先经过压缩机本体上部的油分离器，大部分油将回流至油池中，但仍有少量气态润滑油伴随着排气进入管路中的油分离器中。
2）气油混合的高温高压排气在管路油分离器的作用下，分离出的少量润滑油通过回油小管在压差的作用下被引入压缩机吸气口，回至压缩机中。
3）但仍有少量润滑油伴随着制冷剂流动最终进入蒸发器中，这部分润滑油通过蒸发器中部的引油管在引射泵的作用，被来自压缩机的高压排气引射回流至压缩机吸气口，最终实现机组整个油系统平衡，确保压缩机油池始终处于一个稳定、正常的油位。
1.4制冷机组油平衡设计原理
DEL制冷机组是三机头单制冷系统，这种系统最大的问题就是油平衡问题。它的油平衡机理简单的说就是“劫富济贫”，具体为：
1.4.1 结构和功能
1） 溢油路：主要包括压缩机溢油口和其上溢油控制电磁阀，每台压缩机一套；当溢油控制电磁阀打开时，如果压缩机的油位超过溢油口，并且容油管有空间，其内的油会被高压气体顶入容油管内。
2） 回油路：包括连接压缩机的回油口和回油控制电磁阀，每台压缩机一套；当回油控制电磁阀打开时，容油管内的油会因容油管压力高而进入吸气口，进而随吸气进入压缩机油池中。
3） 容油管：连接每台压缩机的溢油路和回油路，起中间容油过渡作用。
4） 油位传感器：每台压缩机一个，当油位低时，会出现预报警，给 PLC 一个信号，当持续低油位（油未再淹没传感器）达一定时间时，触发低油位报警，致缺油压缩机停机进行保护。
5） PLC：接收油位传感器信号，控制各溢油电磁阀和回油电磁阀的开关。
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2 跑油导致的主要故障现象
2012 年某CPR1000型核电1号机组刚商运不久，DEL制冷机组在冬季时多次发生回油不畅、跑油故障，此故障不但使制冷效果降低, 严重时将使机组不能运行。具体表现在：
2.1机组回油不畅、跑油导致吸气压力低
机组出现回油不畅、跑油后，润滑油会在蒸发器内越积越多，并浮于制冷剂表面之上，形成大量的油泡沫，此时肉眼观察会发现蒸发器内液位处于异常高的水平，换热铜管已完全被油泡沫覆盖。油泡沫的大量存在导致铜管的换热效果变差，低温低压的制冷剂无法从冷冻水中有效吸热而蒸发，吸气压力会降低，而高液位及排气压力降低又会加剧回油的难度，最终机组出现吸气压力低报警，主控触发冷冻水出水温度高报警。
2.2机组回油不畅、跑油导致排气温度低，油温低，压缩机吸气带液
从上可知油泡沫的大量存在导致蒸发器内铜管的换热效果变差，制冷剂无法从冷冻水中有效吸热蒸发，进入压缩机吸气口的制冷剂气体很有可能会带液体制冷剂，导致压缩机吸气带液而损坏制冷机组，手动触摸压缩机本体底部明显感觉压缩机变凉，油温变低，对应的制冷剂经压缩机压缩后，其最终排出的气体温度也相应变得非常低。
2.3机组回油不畅、跑油导致油位低
当机组出现了回油不畅、跑油，无法自动实现油平衡作用时，导致大量进入蒸发器中的润滑油无法及时有效的回流到压缩机中，机组排气压力降低，进一步加剧回油的难度，最终当超出预报警规定时间，低油位压缩机油位传感器未被淹没后，机组触发该台压缩机油位低报警停机。
3 跑油主要原因分析
针对制冷机组在冬季经常出现回油不畅、跑油故障，导致吸气压力低、排气温度低、油温低，吸气带液，最终因油位低报警停机故障分析后，得出出现上述故障原因主要有以下几点：
3.1冬季下游负荷低
冬季下游负荷低，造成机组吸气压力低, 吸气压力的变化直接影响到排气压力，机组引射回油的动力“吸排气压差”降低，导致机组出现回油不畅，跑油。
3.2冬季RRI冷却水温度低
某CPR1000型核电冬季期间最终热井海水温度变低，可低于5℃，对应的进入冷凝器的RRI冷却水温度变低，最低可至12℃，其直接影响到排气压力及油温，使排气压力及油温降低，机组引射回油的动力“吸排气压差”降低及油的粘度升高，导致机组出现回油不畅，跑油。
3.3冬季冷冻水流量不稳定
DEL系统按变流量系统进行设计，水流量的波动不应超过设计要求的5%，某CPR1000型核电冬季昼夜温差、负荷变化大，导致冷冻水流量的不稳定、波动大，制冷机组运行参数存在波动，加剧机组回油不畅、跑油。
3.4调制马达供液调节作用不佳
制冷机组在下游负荷波动时，其自调的功能性差，即下游负荷波动时调制马达（调节供液量）亦随之变化的功能性差。房间温度调节是根据末端风机进口风温大小来通过电动三通调节水阀开度自动得以实现。当热负荷有较小变动时，理论上调制马达也应有微小变化，以适应负荷变化时机组对制冷剂需求量的变动。但实际上自动调节存在盲区，马达不可能跟随下游负荷波动全范围动作。
4 对策与措施
针对上述冬季DEL制冷机组经常出现的组回油不畅，出现跑油故障主要原因的分析，维修人员根据现场实际情况提出了以下切实可行的对策及措施，
4.1调小RRI冷却水流量
冬季下游负荷低、冷却水进水温度低时，通过手动干预调小RRI冷却水出口阀门开度，以降低冷却水流量，进而提高排气压力与温度，利于机组回油。
4.2优化调制马达供液调节作用
机组设计时带有可调电阻机构，其主要是通过改变调制马达接入电路的电阻阻值，进而可以逐渐改变和它串联的调制马达电流或电压大小，实现对调制马达功率调整。在冬季负荷小，现场手动干预加大可调电阻阻值，从而减小调制马达功率，以最终实现调制马达供液量的微调整，实现下游负荷变化时机组对制冷剂需求量的变动要求，减小调制马达自动调节存在盲区的范围。
5 结束语
实践证明通过采取上述对策与措施，三年来某CPR1000型核电1、2号机组DEL制冷机组在全年各种不同负荷工况下，特别是冬季，机组排气压力、排气温度、吸气压力、油温、油位各项运行参数基本均处于正常范围，未再发生因回油不畅，出现跑油故障，确保制冷机组稳定运行，为整个核电站安全运营提供了强有力保障。
参考文献
[ 1] 彦启森，石文星，田长青.中国建筑工业出版社，2004
[ 2] 制冷与空气调节技术.北京：电子工业出版社，2008
[ 3] 顿汉布什螺杆制冷机组说明书，2015
论文作者:孙朋, 刘华锋, 陈先海,周海东, 唐磊
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第07期
论文发表时间:2019/8/15
标签：机组论文; 压缩机论文; 制冷剂论文; 冷却水论文; 温度论文; 压力论文; 不畅论文; 《当代电力文化》2019年第07期论文;