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摘要：本文基于某电厂核岛冷冻水（DEG）系统冷水机组某次非正常停机产生的设备故障，对冷水机组的基本构造和工作原理进行分析，并对DEG系统的冷水机组控制逻辑进行分析。从而深入剖析产生本次事件导致设备故障的根本原因，并提出相应的解决方法和改进对策。
关键词：冷水机组 构造 设备故障 改进对策
1背景概述
电厂核岛冷冻水系统（DEG）为一个闭式的水回路，闭路循环为电厂的通风系统提供所必需的冷冻水，并将通风系统冷却盘管所回收的热量通过冷水机组传送给设备冷却水系统。冷水机组的蒸发器供应冷冻水，并回收冷冻水回水中的热量，热量经冷水机组的冷凝器传送给设备冷却水。
2冷水机组结构及性能分析
（1）压缩机：电冷水机组采用的压缩机为双级压缩半封闭式离心压缩机，叶轮在三维流体分析的基础上设计，使用精密的铝合金件，转动灵活。轴承为金斯伯里型轴承。先进的可变式扩压器设计。电机部分中电机壳是一个封闭结构，在冷凝器中冷却的制冷剂被位于冷凝器底部的过冷器过冷，一部分制冷剂用于冷却定子，一部分制冷剂用于冷却电机的绕组和转子。
（2）蒸发器：采用三流程满液式蒸发器，螺栓连接，便于拆卸。蒸发器采用高效蒸发管，选用材质为紫铜管，齿底壁厚0.89mm。为了使热交换能力达到最大化，采用最佳化的传热管排列。为了防止在部分负荷时COP的下降及喘振，让冷媒能够均匀的分布在各传热管上，蒸发器的水室上部设置排气阀，水室底部设置排水口。
（3）冷凝器：采用两流程壳管式换热器，螺栓连接，便于拆卸。冷凝器采用高效冷凝管，选用材质为紫铜管，齿底壁厚0.89mm。为了使热交换能力达到最大化，采用最佳化的传热管的排列。
（4）膨胀装置：膨胀装置为蝶形阀和节流孔板，安装在管子的内部。在满载时，压力损失较小。这样，当尽可能多的制冷剂流经蒸发器时，过冷的制冷剂将流经节流孔板，如果载荷逐渐减小，制冷剂的循环也减小，制冷剂液位降低。
（5）经济器：从冷凝器流经一级孔板的冷媒在经济器内分离成气体冷媒和液体冷媒。气体冷媒与从一级叶轮中压缩的中温中压的气体混合后进入二级叶轮，液体冷媒流经二级孔板流入蒸发器。一级与二级叶轮之间的中间温度气体进入二级叶轮之前，与从经济器中流入的低温气体混合冷却。这样从叶轮中喷出的气体温度下降，能使冷凝器所需的功率减少。
（6）冷媒泵：在冷却水低温时，机组的冷凝压力降低，冷凝压力与蒸发压力的压差将减小，通过压差作用进入压缩机电机的制冷剂量减少，影响电机的冷却效果。在冷媒泵的作用下，将冷凝器里出来的制冷剂液体打入电机，对电机进行冷却，确保电机的冷却效果。
（7）容量调节系统：当负荷在20%～100%之间变化时，机组采用的容量调节装置为压缩机入口导叶片，该装置选用高可靠度的步进电机驱动，通过微电脑PID数字演算控制导流叶片的开启度，自动提供连续可变的容量调节，进而调节输入功率，使机组在部分载荷情况下得到最高的效率，并且使得机器的机械损失达到最小以保证机器稳定的运行和控制。
（8）润滑油系统：在压缩机下部油槽中装有两个油加热器对润滑油进行加热，加热后的润滑油流经油泵然后被送入油压控制器。油压被控制后，油进入油过滤器过滤去杂质后，被送入油冷却器。保持一定温度的油直接进入轴承和高速轴承，剩下的进入电动机的相关轴承。通过该过程后，这些油将被排到油槽内。
（9）油回收系统：油回收系统使系统从热交换器回收润滑油并让油流回油槽。油是从蒸发器和叶片室中被回收的。回到油槽的制冷剂被蒸发为气体然后流经位于压缩机上部的去雾器线路，接着被送到压缩机的进气口。
（10）防喘振装置：喘振是速度型制冷压缩机的固有特性，机组防喘振措施有改进叶轮和扩压器的设计、自动识别喘振区域、功能负荷低至10%~20%时，采用热气旁通方法。
3冷水机组停机故障处理
某电厂DEG冷水机组在某次设备停机时出现过380V润滑油泵停运，但6KV压缩机未及时停运的非正常停机造成的设备故障。经过解体压缩机及电机检查有如下部件损坏：一、二级叶轮与叶轮罩接触摩擦造成磨损、一级轴封磨损、金斯伯利轴承部分巴氏合金推力片熔化变形；二级轴封磨损，并且和金斯伯利轴承、甩油环粘在一起无法分离；径向轴承磨损、小齿轮轴与径向轴承接触部位磨损。
经过故障处理，将磨损的零部件全部进行更换，完成压缩机及电机的回装，装配后盘车无卡涩现象。经过充氮打压检漏、抽真空、充注制冷剂及润滑油、启动再鉴定，运行合格。
4故障原因分析
造成此事件的直接原因是压缩机未正常停运，而润滑油泵已经停运。在没有供油的情况下运转，导致轴承缺少润滑造成磨损，进而导致小齿轮轴、一二级轴封、甩油环均有不同程度损伤。
经过分析，其根本原因是，如以上控制逻辑图所示，设备发出DEG冷水机组的启停命令后，信号先输入DCS控制系统，由DCS再将信号输出到6KV开关柜，此信号传输需经过开关柜上的一个中间继电器，此次事件发生时开关柜上中间继电器故障，导致机组启停机信号传输不到位。当机组无法正常停机时，按下急停按钮只能够将380V辅助电源切断，压缩机电机的6KV动力电源并未切断，压缩机保持运转。随后只能通过6KV开关柜强制才将动力电源切断。此期间润滑油泵因380V电源切断已停运，压缩机处于无润滑摩擦状态运转，温度持续上升，磨损了设备的机械部件。
5结论
冷水机组技术是一项发展成熟的技术，其应用于电厂也已有数十年历史，但长时间以来，其控制逻辑的合理性却很少被考虑。本文着重描述和分析了电厂DEG系统冷水机组设备的结构和性能，结合某次非正常停机事件带来的设备故障，深入分析了机组的控制逻辑，得出结论及改进对策：
（1）从控制逻辑来说，机组的开关命令从设备本体发出进入DCS系统，而在DCS内部并没有对设备任何控制命令和判断程序，属于冗余设计，一旦启停信号传输过程出现故障而中断，容易导致如本文所述的现场设备机械故障，而6KV开关柜接收不到任何保护停机命令，对设备安全的保护不利。可以考虑简化此处冗余设计，设备控制电脑直接发送启停信号至6KV开关柜，通过开关柜二次回路直接控制动力电源。
（2）从设备本体控制来说，控制电脑的程序设计不尽合理。应考虑增加在控制电脑发出停机命令时，检测6KV电机和压缩机是否已经正常停机的测点和反馈，并增加延时。在确认主压缩机和电机停运之后才能够停止380V润滑油泵的运行，否则将自动屏蔽停运信号，从而确保非正常停机情况下机组运行时机械部件的润滑和冷却，保护主要机组部件。
参考文献
[1]崔巍.核电站冷水机组设备监造的质量控制[J].机械工业标准化与质量，2011，2（36）：34-37.
论文作者:许磊,王凤军,刘光伟
论文发表刊物:《防护工程》2017年第5期
论文发表时间:2017/7/11
标签：压缩机论文; 制冷剂论文; 叶轮论文; 设备论文; 冷水机组论文; 蒸发器论文; 电机论文; 《防护工程》2017年第5期论文;