板式换热器微变形特性导致润滑油压力波动原因分析

孟林辉，陈正飞，刘志杰

(神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222)

板式换热器微变形特性导致润滑油压力波动原因分析

孟林辉，陈正飞，刘志杰

(神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222)

通过一起板式换热器微变形导致机组跳闸事故，分析了板式换热器微变形特性，并提出了油系统应用板式换热器的改进建议。

板式换热器;油压波动;微变形;给水泵汽轮机

1 板式换热器工作原理及特点

图1 板式换热器结构

板式换热器主要由固定压板、活动压板、上下导杆、后支柱、板片、夹紧螺栓、夹紧螺母等零部件组成 (如图1所示)。板片用垫片密封后悬挂在固定压板与换热板之间，通过夹紧螺栓夹紧，根据需要选用防护罩。

板式换热器工作原理:2种工作流体在两板片间形成窄小而曲折的通道中流过，冷、热流体依次通过通道，中间有一层板片将流体分开，并通过此板片进行热交换。板式换热器2种介质的平均温差可以小至1℃，换热效率可达99%以上。在相同压力损失情况下，板式换热器的传热效果是列管式换热器的3～5倍，占地面积为其1/3，金属耗量只有其2/3。在应用中可根据需要将板式换热器若干流道并联组成一组，也可将并联的组串联在一起，形成冷、热介质通道，这就是板式换热器的“流程组合”，并根据工艺条件计算结果选择板式换热器流程组合，板式换热器流程分为单流程和多流程。

板式换热器具有结构紧凑、占地面积小、传热效率高、操作灵活、应用范围广、换热损失小、安装和清洗方便等特点。在新建电厂的低温换热系统中，旧式管式换热器已逐步被板式换热器替代。

2 板式换热器微变形特性

2.1 系统设备

神华国华绥中发电有限责任公司发电B厂(简称绥电B厂)共安装2台1 000 MW超超临界燃煤机组 (3号、4号机)，每台机组配备2台给水泵汽轮机用来驱动给水泵，无电动给水泵。

每台给水泵汽轮机都配备独立的润滑油系统，包括2组小型板式换热器，1台运行，1台备用，采用闭式冷却水作为冷却水源。换热器换热板片厚度为0.5 mm，每块板片都配有密封垫片。板片装有框架，相邻板片间旋转角度为180°，板束形成一系列的平行通道，换热板两侧油、水两种介质分别进入适当通道，靠换热板传递温差达到冷却油温的作用。

2.2 事故经过

闭式冷却水泵定期轮换，启动2号闭式冷却水泵，运行正常后，11:07停1号闭式冷却水泵，1号、2号给水泵汽轮机相继跳闸，相隔为85 ms(如图2(a)所示)，MEH跳闸首出均为“润滑油压低”(定值0.07 MPa)。

查阅历史曲线发现，给水泵汽轮机润滑油压低、定子冷却水流量低报警，发出时间与闭式冷却水泵切换为同一时间(如图2(b)所示)。11:07:08停1号闭式冷却水泵;11:07:11闭式冷却水母管压力从0.78 MPa突然下降至 0.56 MPa(最低)，水压波动范围达0.22 MPa;11:07:11 2台给水泵汽轮机润滑油压力低Ⅱ开关均达到动作值(0.07 MPa)，给水泵汽轮机跳闸;11:07:11定子冷却水流量低保护达到动作值，由于该保护存在30 s延时，保护未触发机组跳闸逻辑 (定子冷却水冷却器为板式换热器)。

2.3 原因分析

图3 机组停运后试验曲线

由图1可以看出润滑油中热量通过板式换热器向闭式冷却水系统释放。板式换热器核心元件换热板为不锈钢材质，厚度约0.5 mm。通常用模具将板片压制成各种槽型或波纹形 (有水平平直波纹、人字形波纹、斜波纹等)，既可以增大板片的刚度，又可防止波纹板受压变形，增强了流体的湍流程度及换热面积，同时又能承受两侧的压差。因此，板片结构形式是保证板式换热器高效换热的管件。由于板式换热器的板片较薄，当换热器两侧压差变化时，将影响板片形状，换热器两侧内的容积会随之发生轻微的变化，该特性易被忽视。

在闭式冷却水压快速波动过程中，板式冷却器换热板片受两侧压差影响发生微变形，水侧空间快速收缩，油侧空间膨胀，系统中的润滑油膨胀，填充换热器油侧增加的空间，导致给水泵汽轮机润滑油压力瞬间波动至0.07 MPa以下，达到润滑油压力低Ⅱ开关动作值，2台给水泵汽轮机相继跳闸。

机组跳闸后为验证闭式冷却水系统压力波动与给水泵汽轮机润滑油系统压力的关系，重新进行闭式冷却水泵切换试验，就地监视2台给水泵汽轮机润滑油压力表。启动2号闭式冷却水泵，启动正常后，停1号闭式冷却水泵，给水泵汽轮机润滑油压力瞬时快速下降，闭式冷却水母管压力在3 s内由0.81 MPa降至 0.65 MPa，2号给水泵汽轮机润滑油压力低Ⅰ开关动作，并对定子冷却水系统流量产生明显影响 (如图3所示)。

3 处理措施

a. 在给水泵汽轮机润滑油压低Ⅰ联启备用润滑油泵保护逻辑中，附加了延时3 s条件，油压瞬间波动＜3 s时，备用油泵来不及联启，为保证汽机不发生烧瓦事故，通常润滑油压低Ⅱ值在联启事故润滑油泵同时触发给水泵汽轮机跳闸保护。为避免给水泵汽轮机润滑油压力波动造成误跳闸，可取消备用泵联启延时3 s条件，但要求油压低Ⅰ开关动作安全可靠，否则容易造成备用油泵频繁误启动。润滑油压力低Ⅱ触发给水泵汽轮机跳闸保护，可增加 0.5～1 s延时，但增加了轴瓦烧损风险。

b. 由于板式换热器微变形导致润滑油压力低，仅为瞬间波动，系统油压短时间可恢复，因此，在润滑油系统供油管道 (特别是在测压管取油点附近)安装蓄能器，在润滑油压短时间降低时，蓄能器中储存的润滑油释放，补偿系统压力，可有效缓解润滑油压瞬间波动对系统的影响。

4 结束语

目前板式换热器在新安装机组中被广泛采用，

在实际应用中换热板片微变形特性往往被忽视，而此特性对系统的安全稳定运行存在较大隐患。因此，在使用板式换热器系统，特别是较重要的油系统，在设计中应特别注意该问题，建议加装足够容量的蓄能器。

Cause Analysis on Pressure Fluctuation of Lubricant Oil due to Plate Heat Exchanger Deformation

MENG Lin-hui，CHEN Zheng-fei，LIU Zhi-jie
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

Measures are put forward for improving plate heat exchanger oil system，by analyzing micro-deformation characteristics of plate heat exchanger，which leads to a trip fault.

Plate heat exchanger;Pressure fluctuations;Micro-deformation;Pump steam turbine

TK223.5+2

A

1004-7913(2012)01-0032-03

孟林辉 (1973—)，男，学士，工程师，从事火力发电厂管理工作。

2011-10-15)