應急柴油發電機組高溫冷卻水水溫過高故障分析及處理

文萬軍 胡啟帥 余峰 雷超 吳畏 魏大明 高儉 曹靖 周兵 楊松

摘要：應急柴油發電機組用于失去外電的情況下為允許短時供電中斷的負荷供電，同時作為不允許供電中斷負荷的后備電源，為重要設備提供必要負載。本文針對應急柴油發電機組定期試驗過程中高溫冷卻水水溫過高導致機組異常停機故障展開分析，通過定位故障原因為恒溫閥故障并進行處理，有效解決了高溫冷卻水水溫過高故障。

Abstract： The emergency diesel generator set is used to supply power to the load that allows short-time power supply interruption in case of loss of external power. At the same time， it is used as the backup power supply for the load that does not allow power supply interruption to provide necessary load for important equipment. In this paper， the abnormal shutdown fault of the unit caused by the high temperature cooling water temperature during the periodic test of the emergency diesel generator set is analyzed. By locating and treating the fault cause as the thermostatic valve fault， the high temperature cooling water temperature fault is effectively solved.

關鍵詞：應急柴油發電機組;高溫冷卻水水溫;恒溫閥

Key words： emergency diesel generator set;high temperature cooling water temperature;thermostatic valve

中圖分類號：TL341 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）01-0117-03

0 ?引言

應急柴油發電機組作為廠區外路電源的備用電源，承擔著在失電情況下為重要設備供電的重要責任。在應急柴油發電機組定期試驗中發現，機組運行出現高溫冷卻水故障報警停機，無法滿足運行需求。為保證應急柴油發電機組的穩定運行，本文通過分析應急柴油發電機組高溫冷卻水水溫過高故障的影響因素，并對故障原因進行定位，有效解決了高溫冷卻水水溫過高故障，試驗驗證滿足要求。

1 ?應急柴油發電機組高溫冷卻水系統簡介

高溫冷卻水時應急柴油發電機組重要冷卻系統之一。主要由高溫水預熱泵、機帶高溫水泵、高溫水加熱器、恒溫閥、風冷散熱器、油水換熱器所組成。當機組處于熱備狀態時，高溫冷卻水系統對機組高溫冷卻水進行加熱，通過油水換熱器對潤滑油進行加熱，維持高溫冷卻水和潤滑油溫度在40-50℃區間。以便于在機組接收應急指令后可快速啟動并帶載運行[1]。在機組運行過程中，高溫冷卻水系統將氣缸產生的熱量帶走，保證氣缸處于正常工作溫度區間。高溫冷卻水水溫是判斷機組高溫冷卻水系統運行狀態的重要參數（超過90℃機組報警）。

2 ?應急柴油發電機組高溫冷卻水水溫過高故障描述

操作人員按照應急柴油發電機組設計要求對機組進行定期滿載試驗，試驗過程中應急柴油發電機組在帶載50%時，高溫冷卻水溫持續上升，在高溫冷卻水溫上升至90℃時，應急柴油發電機組安保監測系統報警提示，立即對應急柴油發電機組進行卸載處理，之后高溫冷卻水溫迅速上升至95℃，機組安保系統直接發出緊急停機指令并自動停機。應急柴油發電機組高溫冷卻水水溫過高會使潤滑油粘度下降，破壞油膜降低潤滑效果和動力性能[2]，所以應急柴油發電機組高溫冷卻水溫水溫必須控制在允許值，從而使柴油機處于最佳狀態，為所需負載提供有力保障。

3 ?影響應急柴油發電機組高溫冷卻水水溫過高的因素

3.1 冷卻水不足

冷卻系統里的冷卻水不足會導致應急柴油發電機組冷卻系統冷卻水總量低于設計指標，使冷卻性能下降，從而導致應急柴油發電機組冷卻水溫度升高。

3.2 風冷散熱器故障

機組在長時間的運行和備用狀態間切換，冷卻液性能會不斷降低，冷卻液防垢作用將不斷的降低，散熱銅管長期結垢會嚴重影響其導熱系數，增大散熱器的等效熱阻[3]，嚴重會造成管道內部完全堵塞，降低設備換熱能力。散熱器采用風冷式，當冷卻風機發生故障時也會直接導致設備散熱能力降低。

3.3 水溫傳感器故障

在柴油機發電機組長時間的運轉過程中，溫度傳感器是用來監視和測量柴油機發電機組冷卻水溫度最為常見的儀器。冷卻水溫度傳感器由于長時間的使用，可能會造成溫度傳感器內部元件的損壞、失靈或者出現誤差。溫度傳感器大多采用熱敏電阻，其失靈或者誤差偏大將會導致功率下降，對機組性能產生影響[4]。

3.4 恒溫閥故障

該應急柴油發電機組恒溫閥采用的是技術成熟的蠟式恒溫閥（感應溫度為75℃至83℃）。

當柴油機內水溫高于83℃溫度時，恒溫閥全開，冷卻水帶走從機組內部吸收的熱量經恒溫閥流入風冷散熱器中，通過風冷散熱器帶走冷卻水的熱量，重新進入機組進行換熱循環。圖2為柴油發電機組高溫冷卻水系統大循環原理圖。

當高溫冷卻水溫度低于75℃時，恒溫閥處于全關狀態，高溫冷卻水帶走從機組內部吸收機組的熱量經恒溫閥旁通管，流入機組中再次吸熱循環。由于高溫冷卻水直接從高溫循環水泵作用下通過恒溫閥旁通管，而不經過風冷散熱器，避免了不必要的冷卻，機組溫度迅速上升。圖 3為柴油發電機組高溫冷卻水系統小循環原理圖。

當柴油發電機組內高溫冷卻水處于上述兩種溫度之間時，恒溫閥部分開啟，高溫冷卻水的大小循環同時存在，此時高溫冷卻水的循環稱為混合循環。

在機組運行過程中若恒溫閥未及時開啟會導致機組熱量無法排出機組，造成機組超溫停機故障。

4 ?應急柴油發電機組高溫冷卻水水溫過高故障分析及處理

4.1 故障分析

4.1.1 冷卻水檢查

檢查機組高溫冷卻水各設備狀態，高溫膨脹水箱液位在熱備及運行期間始終保持于水箱2/3液位以上，及冷卻水水量滿足機組要求，通過對比每月對機組冷卻水水質取樣結果，水質均滿足設計要求。排除冷卻水不足導致冷卻水溫度升高。

4.1.2 風冷散熱器檢查

檢查風冷散熱器，風機絕緣均滿足要求。點動、運行冷卻風機，風機啟動、運行電流處于正常范圍，檢查散熱器冷卻水盤管表面無裂紋、漏點，運行期間通過紅外熱成像儀觀察各毛細管溫度，無明顯溫差。由此初步判斷風冷散熱器處于正常狀態。

4.1.3 水溫傳感器檢查

機組高溫水熱敏電阻位于機組內部拆卸較為困難，采用功能性檢查方式，經驗證機組高溫水溫度傳感器元件符合使用要求。

4.1.4 恒溫閥檢查

機組恒溫閥狀態檢查可通過控制冷卻水溫度實現，將恒溫閥拆下，將其放置于裝有溫水的容器中，從容器底部進行加熱，用紅外測溫儀對溫度監測，觀察恒溫閥在75℃時是否能有開閥動作和在83℃前能完全開啟，以此判定恒溫閥狀態。若進行恒溫閥拆卸工作，需要將機組內部所用冷卻水排空，拆除恒溫閥端蓋，工作量大且工期較長，考慮到現場實際情況舍棄該方式。

結合冷卻水原理圖查看現場實際情況發現，該機組除了在機組內部安裝遠傳高溫水溫度和高溫水壓力表，還在恒溫閥和風冷散熱器管道間設置了一個量程為10bar的就地壓力表以及量程為100℃的就地溫度表。當應急柴油發電機組啟動后，在高溫冷卻水水溫上升過程中，當水溫小于75℃時，機組內部高溫冷卻水循環方式為小循環狀態，在此階段冷卻水大循環為關閉狀態，及就地壓力表顯示壓力為恒溫閥至風冷散熱器之間冷卻水靜壓，就地溫度表顯示溫度應高于環境溫度但低于機組內部冷卻水溫度。當高溫冷卻水水溫位于75℃-83℃時高溫水循環狀態處于小循環與大循環切換過程，此時應恒溫閥的開啟就地壓力變示數與就地溫度表示數應出現相應變化，直至機組產生的熱量與散熱器的冷卻量達到動態平衡后就地壓力變示數與就地溫度表示數將會趨于穩定狀態。因此機組啟動運行過程中可通過對機組高溫水遠傳溫度、就地壓力表和就地溫度表示數觀察分析，判斷恒溫閥狀態。

檢查應急柴油發電機組各管道均為正常狀態，對應急柴油發電機組進行啟機試驗，將機組高溫水遠傳溫度、就地壓力表和就地溫度表進行記錄，實驗數據如圖4所示。

當機組在熱備狀態時，高溫冷卻水就地壓力為0.8bar（高溫冷卻水重力壓力）;機組運行狀態正常時，高溫冷卻水溫度到達75℃后，就地壓力表將維持2-4bar。通過圖4可知，機組在運行過程中，遠傳高溫水溫度持續上升，當溫度高于75℃后，就地高溫水溫度和壓力均無明顯變化，可以看出恒溫閥在運行過程中未動作，處于關閉狀態。導致機組高溫水系統一直處于小循環狀態，從而使高溫水溫度直線上升，判斷為恒溫閥故障。

4.2 故障處理及驗證

對該應急柴油發電機組恒溫閥端蓋兩端高低溫冷卻水法蘭拆卸處理，將機組和管路中的高低溫冷卻水進行排空，拆卸機組恒溫閥端蓋。通過加熱冷卻水方式對拆卸下來的恒溫閥進行檢測，發現恒溫閥一直沒有開閥動作，由此可判定恒溫閥損壞是導致應急柴油發電機組運行時高溫冷卻水水溫過高而停機的直接原因。更換損壞的恒溫閥，做好密封措施后對端蓋和法蘭進行回裝，對高低溫冷卻水系統進行冷卻水加注和排氣，再次對該機組做負荷試驗，滿負荷運行1小時，試驗時對機組高溫水遠傳溫度、就地壓力表和就地溫度表進行記錄，實驗數據如圖5所示。

根據圖5可知，應急柴油發電機組在滿負荷運行過程中，高溫冷卻水遠傳和就地溫度無明顯差別。當高溫冷卻水水溫達到75℃后，高溫水系統管路壓力處于2.8bar，符合正常值2-4bar。恒溫閥處于開啟狀態，高溫水系統一直維持大循環狀態，帶走燃燒產生的熱能，高溫冷卻水水溫隨負載時間增加，溫度始終維持75-83℃間，機組其余各項參數均正常，機組恢復應急運行功能。

5 ?結論

本文針對應急柴油發電機組定期試驗過程中高溫冷卻水水溫過高導致機組異常故障停機進行分析，結合工作原理及故障現象逐一排除冷卻水不足、風冷散熱器故障、水溫傳感器故障的影響因素，并通過設計檢查方案對恒溫閥狀態進行驗證，最終定位機組高溫冷卻水水溫過高為恒溫閥故障導致。更換恒溫閥后的機組經過試驗驗證滿足要求，為重要設備的備用電源提供有效保障。

參考文獻：

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[3]付和平，陳杰.強迫風冷散熱器堵塞程度智能檢測方法[J].北京交通大學學報，2020，44（5）：125-132.

[4]陳立創，楊帆.基于響應測試的電控柴油機傳感器故障診斷[J].輕工科技，2017（10）：39-40.

[5]李樹勛，把橋環.內燃機車柴油機冷卻系統自動恒溫閥試驗研究[J].流體機械，2006，34（9）：4-7.