向心式有机朗肯循环低温余热发电机组常见问题分析及维护保养重点

于洋

（北京华航盛世能源技术有限公司烟台分公司，山东 烟台 264000）

有机朗肯循环是一种已经证实了可将低品位热能高效转化为电能的动力循环，向心式有机朗肯循环（ORC）低温余热发电机组目前已经在石化、炼钢、化肥、纺织等高能耗行业中得到广泛应用，在效率、收益方面都得到了客户的认可。为了保证良好的经济性，缩短设备投资回收期，机组必须得到良好的日常维护保养。本文介绍了发电机组的工作原理、结构，将机组零部件进行分类，分类介绍机组的一些常见问题以及分析处理方法，并对发电机组的巡检、维护重点做出了介绍。

1 向心式ORC 发电机组的工作原理及零部件分类

1.1 向心式ORC 发电机组的工作原理

机组主要包括蒸发器、膨胀机（本文称为涡轮机）、冷凝器、工质泵等设备及部件。低品位余热进入机组蒸发器，通过热量交换将其热量转移给低沸点有机工质（R245FA ,五氟丙烷）；产生饱和高压工质蒸汽，蒸汽进入涡轮机，通过涡轮机膨胀做功，带动与涡轮机连接的发电机发电并送入电网系统，经膨胀后的蒸汽进入冷凝器形成低温液体工质，然后由工质泵加压送回预热器、蒸发器，如此循环。向心式ORC 发电机组主要指涡轮机为向心式结构。

1.2 向心式ORC 发电机组的零部件分类

按照零部件的结构特点，零部件主要分为旋转机械类、有机工质、润滑油类、管道件（含换热器、阀门）类、电气系统（传感器、控制元件等）四大类。其中，旋转机械包含工质泵、油泵、涡轮机等部件；有机工质为五氟丙烷（R245FA），润滑油一般为厂家专用油。管道件主要包含换热器、阀门、过滤器等，其中主要的换热器有蒸发器、预热器、过热器、冷凝器（或蒸发式冷凝器）；电气系统主要由并网柜、变频柜、控制柜组成。

2 向心式ORC 发电机组的常见问题及处理方法

2.1 旋转机械（包括工质泵、油泵、涡轮机）类零件常见问题及处理方法

机组中旋转机械的工作状态是否稳定直接关系到整个机组性能是否平稳，应作为设备重点，在巡检及维护工作中重点关注。旋转机械常见的问题有振动变大或声音异常、机封泄漏。

（1）振动变大或声音异常，振动变大或声音异常可以从机械以及工况两个方面分析。

①机械方面分析，振动变大或声音异常，可以先排查地脚螺栓有无松动、电机与泵头联轴器是否对中；联轴器弹性元件是否磨损失效。泵内部轴承损坏，也会造成振动变大。但是现场排查比较困难。应由厂家专业分析原因。

②运行工况方面分析，任何旋转类机械部件，都有相应的设计工况，如果其工况超出其设计要求，则振动以及声音都必然会变大。比如工质泵振动变大，则我们应分析是否因工质泵工况变化导致，比如工质泵吸空、泵前过滤器堵塞、工质泵泵后堵塞等都会造成工况偏离，造成振动变大。

（2）机封泄漏。应对机封泄漏，应从以下几个方面重点注意。

①振动较大可能会导致机封动静环磨损造成泄漏。首先应查找振动原因，并降低振动值，才能保证新机封的寿命。

②在设备调试运行阶段，管道清洁度不合格，管道杂质有可能会进入机封动静环，造成机封泄漏。

③日常使用中，巡检机封冲洗液的供应量是否充足。否则也会是机封快速磨损的一个重要原因。

④泵的运行工况波动剧烈，也会降低机封的使用寿命。

2.2 有机工质、润滑油常见问题及处理方法

有机工质以及润滑油在系统内闭式循环，其数量以及品质会影响机组发电效率。若工质、润滑油中的水分及不凝气含量超标，会大幅度降低发电效率，甚至会对旋转部件造成致命伤害。常见问题有以下几点。

（1）如果巡检过程中发现工质液位或油箱油位有明显降低，则说明有工质或润滑油已经减少，应排查机组气密性是否已经出现问题，此时应对整个机组进行捡漏，发现有无泄漏点。

（2）如果使用过程中发现发电量异常下降，冷凝压力明显较初始状态偏高，润滑油中杂质较多，以上现象均有可能是工质、润滑油中水分或不凝气超标造成，造成超标的原因可能是机组气密性出现问题，机组负压时吸入不凝气；补充润滑油、工质时操作不当，进入水分及不凝气；维修时操作不当也会混入不凝气及水分。若水分超标，可以先更换干燥过滤器试验，若不可行只能通过更换工质或润滑油的方式解决。若不凝气超标，可通过高空排放并收集的方法降低机组不凝气含量。

2.3 管道件（含换热器、阀门）类部件常见问题及处理方法

（1）换热管结垢。大多因为换热水清洁度不够，清洗不及时，水中钙镁离子多导致。应定期对换热管进行清洗，常用的清洗方式有机械清洗和化学清洗两大类。对于蒸发式冷凝器，尤其需要关注水槽水质，需要定期加药或者定期换水，否则将加速蒸发冷换热管腐蚀以及结垢，严重影响蒸发冷换热效果以及使用寿命。

（2）泄漏。一般原因有密封圈老化失效，可停机后倒出工质，更换老化O 型圈处理；由于支撑位置和方式不对，管道长期运行以后应力释放，法兰螺栓预紧力不够，导致垫片密封失效，也会造成泄漏，可停机后重新拧紧螺栓试验，若还是泄漏，只能更换垫片。

（3）气动（电动）控制阀门动作不精确或无法开关到位置。重新校准气动阀门定位器可解决此问题。

2.4 电气系统（传感器、控制元件等）常见问题及处理方法

（1）传感器故障。一般原因为线缆松动，可对传感器接线重新紧固；如果使用条件恶劣，比如暴晒、进水，也会造成传感器故障。

（2）干扰报警。应由厂家专业电气工程师进行分析解决。

3 向心式ORC 发电机组的巡检维护

3.1 日常巡检重点

（1）开机过程中的日常巡检及重点：应按照制造厂家提供的维护说明，对油位、设备振动、控制屏参数等项目，严格进行巡检。记录机组参数后，应该对参数进行分析，和历史参数比对，及时发现异常。动设备相对于静设备而言更容易出现问题，而且及时发现问题，有时并不会造成零部件损伤，所以应对旋转类动设备要加强巡检力度，对振动情况、噪音情况重点关注，如有异常，必须尽快解决。

（2）停机中的日常巡检及重点：机组处于停机状态时，不能对机组放置不管。对于机组气密性，应周期性检查。旋转机械应每周人工盘车一下，检查有无卡阻现象。

3.2 日常维护重点及注意问题

（1）按照要求定期更换机组各过滤器滤芯。

（2）按照要求定期对阀门进行校准。

（3）按照要求定期对电机加注润滑脂。

（4）定期对工质、润滑油中含水量进行检测。

（5）定期采用合适的方法对机组捡漏。

（6）在对机组进行维修时，一定注意维修时的清洁度，过程中注意防止水分、杂质进入过滤器、管道，更换完成之后也应注意排空，甚至一些情况下要用真空泵对维修位置抽真空，防止空气进入工质循环系统。

3.3 巡检维护安全

在进行维护过程中，工作人员一定要注意作业安全。有机工质虽然采用的是环保工质，但是密度过大，仍然会对人造成窒息伤害，巡检维护过程一定要确保通风良好。气动阀门维修时，一定要切断气源，并将阀门内部压力释放后维修。对于一些与工质直接接触的维护，还应配备绝热手套，防止冻伤。运行状态下对机组进行维护操作时，应注意防烫伤保护。对于机泵类的维修，一定要断电后进行。

4 结语

向心式有机朗肯循环（ORC）低温余热发电机组原理及结构并不复杂，在运转的过程中，通常在发生故障之前，会有某些规律性的特征或者参数上的变化，专业的工作人员只要严格进行日常巡检操作，细心留意机组参数变化，就很容易发现问题。设备投入使用后定期维护、及时维修，可以有效的保持机组的发电效率，延长机组的使用寿命，从而具有长久的经济性。