木星土水電站上導冷卻器磨損的原因分析及處理

徐瑩輝

【摘要】本文主要介紹木星土水電廠上導冷卻器磨損的原因，并提出解決方案，逐一論述各方案的優缺點，最終選出適合的方案，解決了電站存在的問題，為類似水電站提供了一條解決此類問題的方法。

【關鍵詞】冷卻器磨損；泥沙；銅管；方案

1、概況

木星土水電廠位于迪慶州香格里拉縣洛吉鄉境內，與麗江奉科鄉交界，廠房位于金沙江邊，在虎跳峽下游約 50 公里處。電站安裝二臺60MW立軸混流式水輪發電機組，總裝機容量 120MW，于2012年12月投產發電。發電機型號為：SF-J60-10/4080，水輪機型號為：HL（E）-LJ-210，額定轉速 600 r/min、額定水頭380m。

機組采用懸吊式結構，上導軸承布置在上機架中心體內，設6塊瓦，導軸承瓦支柱與導軸承座之間使用楔子板調整瓦間隙。上油冷器固定在油槽內，上導軸承和推力軸承共用一個油盆，機組運行時上導軸承和推力軸承產生的損耗借助于油冷卻器的熱交換，由冷卻水帶走，油冷卻器采用半環式結構，最大外圓半徑為945.8mm，彎頭采用φ28X2 T2銅管，冷卻水管采用銅鋁復合翅片管，固定管夾采用L3鋁板，進出水接頭采用卡箍連接。推力軸承由旋轉部分、支撐部分、冷卻部分組成。

下導軸承布置在下機架中心體內，設8塊導軸承瓦，導軸承瓦支柱與導軸承座之間使用楔子板調整瓦間隙。下油冷器固定在下油槽內，機組運行時下導軸承產生的損耗借助于油冷卻器的熱交換，由冷卻水帶走，油冷卻器采用半環式結構。

水導軸承采用外循環冷卻器，采用地下水單獨提供冷卻水。

上、下導軸承油槽溫度冷卻方式采用內置式冷卻器冷卻，冷卻介質為水。冷卻水采用技術供水水泵從電廠尾水抽取，尾水與金沙江銜接，水質較差，且含沙量很高，水壓為0.2MPa至0.6MPa。

2、存在的問題

2014年10月木星土電站1號機上導冷卻器銅管彎頭處破損造成油盆油進水，冷卻器破裂后導致帶有大量沙粒的冷卻水進入油槽，雖然及時停機，但堅硬的細沙還是磨損了上導瓦、推力瓦及鏡板，后續對鏡板、推力瓦、上導瓦進行重新加工，對機組進行解體、盤車、回裝，造成非計劃停役15天，直接經濟損失數十萬元。

為了杜絕此類問題的再次發生，提高機組運行可靠性，公司決定對2臺機組的上機架油槽冷卻器、下導油槽冷卻器合計4個油槽的冷卻器進行改造。

3、事故原因分析：

3.1.由于冷卻水采用技術供水水泵從電廠尾水抽取，尾水與金沙江銜接，汛期金沙江中含有大量泥沙的江水倒灌至我站尾水，雖然冷卻水抽取后已經過濾水器過濾，但泥沙較細，現有濾水器無法進行有效過濾，造成冷卻器銅管長期被泥沙沖刷，形成薄弱點。

3.2.當初對冷卻器的設計時未考慮泥沙的問題，采用的銅管材質不耐磨，彎管加工采用的是冷彎工藝，造成彎管處的壁厚更是只有1mm左右，由于彎管處阻力較大，泥沙磨損更為嚴重，最終造成彎管處磨穿。

3.3.加工工藝不精致，部分彎頭部分存在薄弱點，內部流道設計不合理，檢修時無法對彎管壁厚進行檢測，進行打壓試驗無法發現薄弱點。

4、擬采取方案：

為了避免冷卻器發生泥沙磨損及其它原因導致的損壞及漏水問題，確保機組安全運行，擬采取以下幾種方案：

方案1：重新選取技術供水水源或在取水口前建造沉淀池；（花費巨大，技術難度大，水質有保證）

方案2：對原冷卻器進行結構改進，主要對兩端彎管段進行結構改進，采用高抗耐磨材料，避免發生彎管段磨損破裂問題；（成本低，可靠性低）

方案3：根據實際情況另行制造相同結構的冷卻器，冷卻器各部位均需采用高抗耐磨材料，此方案需提供冷卻器新產品兩套；（成本適中，可靠性適中）

方案4：重新設計冷卻器結構，采用無彎管過水結構。

綜合考慮設備可靠性、改造周期、價格等三方面因素，放棄方案1，對方案2、3、4進行進一步的設計。

5、方案的深度分析：

針對方案2：采用割除原有的漲套彎管，更換為鑄銅彎管，壁厚5mm，接管處采用銀焊條焊接，以確保焊接的可靠性。此方案能夠保證彎管處的耐磨強度，無法保證翅片散熱管的耐磨強度，此方案加工時間較短，并可按原位置進行安裝，但運行可靠性較低。

針對方案3：根據原圖紙新制1套冷卻器，散熱管采用JB/2728推薦的符合GB8890 BFe10-1-1（白銅管）φ25X2的銅管，該材質銅管大大提高抗磨性，延長散熱管的使用壽命，采用鑄銅彎管，壁厚5mm，接管處采用銀焊條焊接，散熱片使用L1060鋁管軋制。此方案加工時間較長，并需重新定位安裝，但運行可靠性較高，并能保證散熱效果。

針對方案4：采用改變冷卻器的結構，不再采用彎管的方式，另行設計冷卻器的進水和回流方式，在冷卻器兩端采用漲管密封的方式保證冷卻器不會漏水，另外在兩端各加一個進水和出水回流倉室，有效改善冷卻水的過流截面積，消除泥沙對彎管部分的損傷，油冷卻器換熱管采用雙金屬翅片管，換熱管基管采用銅鎳合金管BFe10-1-1壁厚2mm，換熱管的成型采用專用工裝成型，避免冷卻管出現變形、皺折和表面損傷，避免因加工過程損傷冷卻管影響其壽命，原冷卻器采用1路水，由于水路太長，造成水路末端冷卻管管內水溫偏高換熱能力下降，同時由于冷卻管沿程長，水側阻力大，造成冷卻器供水不足，原冷卻器采用“U”形彎頭，由于U形彎頭特殊的結構造成其質量控制難，再加上需要進行釬焊進行焊接，造成該部位為薄弱環節，將冷卻器管束連接方式采用承管板加水箱的結構，換熱管與承管板的連接采用脹接方式密封。

此方案加工時間較長，并需重新定位安裝和配管，但運行可靠性較高，并能保證散熱效果，但價格較高，并存在泥沙淤積在進出水倉室的風險。

6、最終方案：

經過綜合的比較和詢價后，選定方案3為最終執行方案，此方案在保證可靠性的前提下，成本也較低。經商務采購選擇昆明輔機廠按要求制作4套冷卻器。

制作要求如下：

1、冷卻器結構具備較高的可靠性，滿足水輪發電機組長期安全穩定運行要求；

2、尺寸符合機組各油槽使用要求；

3、各部接頭處正常運行時不得漏水；

4、內部流道應盡量減少彎頭部分，增加流通性，減少堵塞情況；

5、熱量交換滿足機組運行溫度要求。

7、結語：

經過此次改造后，機組運行平穩，瓦溫、油溫正常，運行3年未出現任何問題，極大的提高了機組的可靠性，也為其他水的電站提供了一個解決類似問題的思路。

參考文獻：

[1] DB1095 東電企業標準電機用冷卻器通用技術條件