摘要：就目前来说，我国大部分核电站所使用的柴油发电机组的原动机基本上都是采用PA机，检修方便以及运行可靠是该机型的主要优势。但是结合近几年该型机组的应用来看，故障出现的概率显著上升。在我国某一核电站中，曾经出现了柴油机曲轴箱防爆门打开的重大事故。对此需要对现场进行勘察，逐项排除所有可能引发事故的因素，找出事故产生的根本原因，探究出相应的解决措施。
关键词：核电站；柴油机；防爆门开启
一般来说，处于运行状态的柴油机，其自动旋转的曲柄容易带出许多润滑油油滴，四处飞溅，导致曲轴箱的外壁以及气缸的外壁上面到处沾染上飞溅的润滑油油滴。大多数的润滑油会汇集到油底壳中，进而回到主滑油的循环柜上，但还是存在少数的润滑油会因为四处飞溅、高温膨胀或蒸发进而产生大量的可燃性油气。如果机组一直处于不断运行的状况，那么凸轮轴箱以及曲轴箱内部的油气就会变得越来越多，进而导致柴油机内部的压力也逐渐变得越来越大，等到油气的压力持续上升至一定程度的时候，就容易出现曲轴箱爆炸或者损坏柴油机的重大事故。因此，为了减少或者有效避免此类重大事故的产生，一般会在设计柴油机的时候，将防爆门安装在曲轴箱的道门上。通常来说，防爆门安全阀的开启压力值是0.01MPa，如果曲轴箱内的压力逐渐上升至0.01MPa的时候，防爆门的安全阀就会自动打开，以便将里面的油气放出，直到压力下降之后又可以自动关闭。
一、机组发生故障描述
在启动柴油机大概运行了三分钟之后，在A列启动空气管线处突然产生明火，之后立即进行卸载及紧急停车处理。但是在停车的时候，就发生了曲轴箱爆炸以及全部的防爆门都被自动打开的现象。事故发生之后，通过检查现场了解到，在A2缸起动空气管线的表面出现了非常明显的烧灼迹象，具体可以通过图1看出。
图1：A2缸起动空气管线表面严重烧灼
除此之外，B列的五个防爆门也都全部自动开启了，飞溅出大量的润滑油，具体可以通过图2看出。
图2：防爆门全部开启
二、针对事故现场进行排查与分析
建立故障树，对事故现场做进一步的排查与分析，详见图3所示。
（一）对事故现场进行排查
结合上述故障树可知，曲轴箱的压力过大是导致防爆门开启的主要原因。而诸如：运动件磨损发热现象、曲轴箱燃气被引燃现象以及燃烧室燃气窜入曲轴箱等多种因素又会导致曲轴箱出现压力过大的现象。因此还需对这多种因素进行逐一排查，找出防爆门开启的根本原因。
1、检查相关运动件磨损发热的情况
将检查门打开，首先针对主轴承表面、曲轴表面、滚轮表面、凸轮表面、连杆大端瓦、凸轮轴轴承等部位进行详细的检查，查看是否存在异常情况；其次将输出端联轴节罩壳打开，对输出端迷宫式的密封情况进行检查，查看是否存在异常情况；最后将定时齿轮端以及定时齿轮罩壳打开，对定时齿轮表面以及定时齿轮轴承进行检查，查看是否存在异常情况。经过上述排查之后，均未发生异常状况。
2、检查曲轴箱油气是否被点燃
一般来说，曲轴箱的内部完全是处于一种全封闭的状态，很难出现明火，所以基本上可以排除此次事故是由明火导致。除此之外，查看柴油机的内部是否存在起火点。将A2缸缸盖拆下，对其进行检查，发现其腔道内部存在明显的烧灼现象。所以，暂时还不能将因A排管线明火导致防爆门被打开的可能性排除。
3、检查是否因燃烧室燃气窜入曲轴箱导致
一般情况下，在燃烧室与曲轴箱之间会使用活塞环与缸套进行密封性的接触，所以假如出现燃烧室燃气窜入曲轴箱的现象，那么密封的缸套活塞环就可能会出现失效窜气的现象。因此就需要进一步检查所有的活塞环以及缸套的表面，查看是否存在问题。经检查只发现存在轻微的划痕，并无其他失效窜气现象，所以也可以进一步排除由于燃烧室燃气窜入曲轴箱导致的防爆门开启。
图3：故障树
（二）检查A列空气起动管线的烧灼问题
对A2缸缸盖起动阀进行检查，发现已经脱落掉的起动阀自锁螺母，且螺母上面的尼龙已经完全被烧掉了，同时周边起动空气管路上面的防火塞也已经被融化掉了，明显的可以看到缸盖起动空气腔内有残留的熔融物。
1、查看起动阀零部件是否存在质量问题
针对已经被烧毁的A2缸起动阀，没有办法再进行检测了，所以需要复查厂内起动阀的检验记录。经检查发现厂内的阀体、阀芯以及弹簧的材料、尺寸等的检验记录，均是符合图纸要求的，并未发现异常状况。
2、检查自锁螺母松动的问题
首先，关于设计选型方面是否存在问题，经检查发现，虽然在复查设计图纸以及更改单上曾对自锁螺母进行过改动或替换，但替换之后的自锁螺母都是完全符合设计选型要求的；其次，针对装配方面是否存在质量问题进行逐一排查：①对自锁螺母进行复查，发现其紧固力矩为60N•m，符合工艺规范要求；②对起动阀的密封性进行复查，检查相关密封性实验，发现其密封性也是符合要求规范的；③对自锁螺母进行检查，确认其是否符合相关图纸要求，经检查发现，空气起动阀自锁螺母仍然是尼龙自锁螺母，在前期有些项目中曾经发生过起动阀的密封性出现失效的问题，原因就是尼龙自锁螺母导致，因此需要将尼龙自锁螺母换掉，换成耐高温开槽自锁螺母为宜。此处的尼龙自锁螺母是不符合设计要求的，所以暂时还不能排除是因为自锁螺母的问题导致的A排起动管线被烧灼。
三、发生事故的原因分析
（一）A排起动管线出现烧灼现象
一般来说，在每次启动柴油机的过程中，起动阀都会进行相应的开关动作，这样的动作会在一定程度上影响到螺母的锁紧情况，再者大多数尼龙自锁螺母的锁紧性都普遍较差，如果使用时间过长的话，锁紧就容易出现失效的问题。又因为自锁螺母出现松动进而使得起动阀的密封效果不佳，导致燃气倒串，进而烧坏A2缸阻火器和A列起动空气管线。所以，尼龙自锁螺母的锁紧性失效是造成起动空气管线被烧灼的主要原因。
（二）曲轴箱的防爆门被打开
结合图4及图5的结构图来看，热传导的方向使用红色标识进行标记；曲轴箱的油气方向以及凸轮轴箱内油气方向使用黄色标识进行标记；作功时候的燃气方向使用橘色标识进行标记。根据图4缸盖的结构图我们可以知道，缸盖起动阀阀腔相通于主起动空气管路；根据图5缸盖与机身的连接结构图我们可以知道，进气阀挺杆孔相连通于机身凸轮轴安装型腔，如此也就表明曲轴箱是相通于缸盖进气阀挺杆孔的。
图4：缸盖结构图
结合上文所提到的事故现象以及相关的检查内容来看，同时根据该类型的相关结构图来做进一步的分析：
当A2气动阀阀芯以及放阀体的密封性出现失效状况的时候，缸内就会充满着正在燃烧中的油气或者是需要排出的废气，这些气体会进一步排放到缸盖与主起动管路之间相连通的那个气道里面，在故障发生的时候，柴油机在当下的转速约为1000r/min，其负荷达到了2893.5kW，各个缸的排气温度大约在400℃左右，大约持续运行了三分两秒左右，燃烧室在作功冲程时候，也就是在燃油的时候温度上升至800℃以上，这样剧烈燃烧的油气以及高温废气就会导致缸盖进气道周围的温度在短时间内急剧的上升，进而上升到曲轴箱的油气闪点，导致油气爆燃，使得曲轴箱内的压力在刹那间急剧上升，最终导致防爆门开启。
图5：缸盖与机身的连接结构图
总结
综上所述，A2缸空气起动阀的密封性出现失效是导致此次故障的直接因素，而起动阀尼龙自锁螺母出现松动的问题是此次故障的促成因素，但究其根本原因还是由于尼龙自锁螺母的锁紧性比较差，长期性使用出现失效的几率也会比较大，最终就会导致故障的发生。
参考文献
[1]卢少林,熊记伟,韦汉辉,姜烨,刘龙堃,邹海波,赵乐挺,李改莉,芦文斌.核电站柴油机防爆门开启问题分析[J].中国核电,,:1-5.
论文作者:申伽奇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：螺母论文; 柴油机论文; 曲轴箱论文; 油气论文; 管线论文; 燃烧室论文; 尼龙论文; 《基层建设》2019年第20期论文;