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燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 changsha universicy of science high-pressure-resistant oil; process design 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 0 页 共 33 页 1 绪论 1.1 课题背景 随着机组功率和蒸汽参数的不断提高，调节系统的调节汽门提升力越来越大，提 高油动机的油压是解决调节汽门提升力增大的一个途径。但油压的提高、容易造成油 的泄漏，普通汽轮机油的燃点低，容易造成火灾。在传统汽轮机和燃气轮机中都使用 矿物油（自燃温度 350）作为液压工质和润滑剂。20 世纪 50 年代中期，由于液压油 管和矿物油喷泄到热表面上而引发的火灾事故在世界范围内接二连三地发生，据资料 统计显示，电厂火灾事故占电厂事故的 75%以上。实践证明，抗燃油的自燃点较高， 即使它落在炽热高温蒸汽管道表面也不会燃烧起来，抗燃油还具有火焰不能维持及传 播的可能性，从而大大减小了火灾对电厂威胁。抗燃油的最大特点是它的抗燃性，但 也有它的缺点，如有一定的毒性，价格昂贵，粘温特性差（即温度对粘性的影响大） ， 油品易劣化。所以一般将调节系统与润滑系统分成两个独立的系统。调节系统用高压 抗燃油，润滑系统用普通汽轮机油。 目前，燃煤电厂 300mw 机组抗燃油系统主要存在着油品裂化快的问题，汽轮机 调速系统所用的抗燃油都是由三芳基磷酸酯调配而成的，其与普通的矿物汽轮机油不 同。磷酸酯抗燃油在高温高压下很容易发生水解。水解生成磷酸酯和酚，磷酸酯呈酸 性并能反应生成低分子酸和老化产物，会使磷酸酯抗燃油的酸值升高，颜色变深，降 低其使用寿命，从而使调速系统卡涩。34所以在使用中必须对油品采取有效维护措施， 否则抗燃油油品会迅速列化，酸值升高，水分增加，颜色变深，给系统和机组埋下隐 患，甚至可能造成超速或停机事故，严重影响安全生产。 传统的再生装置包括一个硅藻土过滤器和一个纤维素过滤器（精密过滤器）。硅 藻土过滤器用于抗燃油的酸度控制，当抗燃油的酸度升高或受酸度影响的其它指标发 生变化时，硅藻土过滤器需投入运行。但由于硅藻土是一种天然土，当抗燃油流经硅 藻土过滤器后，杂质颗粒会进入到油中，使抗燃油的清洁度发生变化，所以要设置纤 维素过滤器来过滤颗粒。纤维素过滤器是一个精密过滤器，用于滤除抗燃油流经硅藻 土过滤器后产生的杂质。但这些杂质大小尺寸不等，形状千差万别，使用过滤器很难 一次滤除。通常配备的纤维素过滤器的过滤精度为 375，过滤后仍有 1.3%的杂质 存在于抗燃油中，这些杂质足可以引起伺服阀发生卡涩故障。 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 1 页 共 33 页 另外，硅藻土作为一种吸附剂，处理酸的能力也十分有限，对处理低酸度的抗燃 油才有效果。当酸值超过 0.2 后，处理起来就比较困难，往往需要更换几个硅藻土滤芯 才能起到效果；当酸值超过 0.3 以后，硅藻土就无法处理了。同时，硅藻土会释放出钙、 镁和铁等金属离子，金属离子会导致抗燃油电阻率下降。而且硅藻土失效以后，会与 抗燃油中的酸性物质发生反应形成凝胶状的磷酸金属盐衍生物，该凝胶状物质会造成 伺服阀粘结，引起伺服阀故障，并会使抗燃油的泡沫特性劣化。 抗燃油中的水分含量过高会严重影响 eh 系统的正常运行。抗燃油中的水分在高 温高压下会发生水解，造成抗燃油迅速降解，并产生凝胶状沉积。同时抗燃油水解时 产生一种羟酸，羟酸又是水解的催化剂，促进进一步的水解，加速抗燃油的老化。另 外，抗燃油中的水分还会对金属产生锈蚀，腐蚀金属部件影响元件寿命，它产生的固 体沉淀，还会影响抗燃油的颗粒度指标。所以，对抗燃油中水含量的控制对保持 eh 系统正常运行十分重要。 目前的 eh 系统中缺乏对水分控制的有效手段，系统中的少量水分基本上依靠硅 藻土过滤器吸收。硅藻土过滤器的吸水能力有限，且要求硅藻土滤芯装入系统前必须 烘干，硅藻土滤芯一旦吸水之后会影响其处理酸性的能力。所以使用硅藻土过滤器吸 收水分是很不经济的。 综上所述，再生装置在 eh 系统中担负着抗燃油处理的重要职责，在 eh 系统中至 关重要，但原来的再生装置无法满足系统使用要求，且还会带来负作用，对系统产生 不良影响。所以，对原来的再生装置进行改造势在必行。 针对这一问题，本设计将抗燃油系统再生装置进行了改造，提出了用离子交换树 脂过滤器,脱水过滤器分别代替硅藻土过滤器和纤维素过滤器。 1.2 抗燃油系统简介 eh 液压控制系统是汽轮机数字式电液控制系统中的一个重要组成部分，主要包括： （1）供油系统 eh 油站、再生装置、抗燃油；（2）执行机构：高主油动机、高调油 动机、中主油动机、中调油动机；（3）危急遮断系统：危急保安装置、隔膜阀； （4）油管路系统：油管路、高压蓄能器。 执行机构执行挂闸和 deh 的指令信号，以控制汽轮机各蒸汽阀门开度。危急遮断 系统接受汽轮机所有的停机信号，当信号发出，危急遮断系统动作而快速关闭汽轮机 所有气阀，或只关闭调节气阀，保证汽轮机正常安全运行。油管路系统为各油压部件 输送工作介质并将供油系统和执行机构连接起来，构成液压控制系统工作回路。 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 2 页 共 33 页 eh 系统工作原理35图如下所示，deh 给定一个开调门或加负荷的指令，经运算 比较之后输出一正偏值电流，作用在伺服阀上，伺服阀动作，驱动油动机动作开启 调门。35次调门位移经油动机 lvdt 反馈回 deh 系统经行比较运算，直至其偏值电 流为零后，调门停止移动，完成动作过程。关调门或减负荷的作用过程与上述过程 相反。 图 1-1 eh 系统工作原理图 1.2.1 供油系统 供油系统是一个动力源，也是油液贮存和处理中心，系统通过它可以获得所必须 工作介质高压抗燃油，供油系统由 eh 油站、再生装置、及抗燃油组成。 1.2.1.1 eh 油站 eh 油站做为 eh 液压控制系统动力源，主要功能是向 eh 液压控制系统提稳定的 油压。它主要由油箱、出口组件、油泵组、吸油滤器、磁性过滤器、温度及压力开关、 滤油系统和冷却系统等组成。 1.2.1.1.1 eh 油站工作原理 油泵启动后，经过泵入口滤芯，将抗燃油吸入。36经油泵吸入提供的高压抗燃油， 经过出口滤芯，一路进入高压蓄能器，向蓄能器充油；另一路进入和该蓄能器相连的 eh 液压控制系统中。充油过程中，系统流量逐渐减少，油压逐渐升高。当油压达到泵 的调整压力时，泵的变量机构会起作用，从而改变泵的输出流量，直至泵的输出流量 和系统流量相匹配时，泵的变量机构维持在某一位置，从而使系统油压稳定在设定值。 当系统流量改变，泵自动调整输出流量。而在系统瞬间需要大油量时，则主要由蓄能 器供油。 对应系统正常运行是的压力，泵的 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 3 页 共 33 页 额定压力设为 14.5mpa。当系统压力达到 170.5mpa 时，溢流阀动作，起到过压保护 作用。 1.2.1.1.1 eh 油站元件 (1)油箱 油箱本体设计为不锈钢材料，容积为 900 升。在油箱上装有一些液压部件：侧面 有翻板式液位计（带液位变送器） ，压力表，ph 仪表盒；顶上主要有液位开关， 油站 出口集成块组件，空气滤清器等；各泵吸油口，油箱回油管和磁性过滤器则在箱体内 部，底部安装了一个 eh 油加热器。油箱结构图如下： 图 1-2 油箱结构图 (2)油泵 考虑系统工作的稳定性和特殊性，本系统采用进口高压变量柱塞泵，最大流量 85l/min，并采取双泵并联工作系统，从而提高供油系统的可靠性，布置在油箱的下方， 通过吸入滤网将油箱中的抗燃油吸入，以保证吸入压头。油泵出口的油经过压力滤油 器，通过单向阀流入和高压蓄能器联接的高压母管，将高压抗燃油输送到各执行机构 和危急遮断系统。 泵输出压力可在 021mpa 之间任意 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 4 页 共 33 页 设置。本系统允许正常工作压力设置在 11.015.0mpa，系统额定工作压力为 14.5mpa。 (3) 油站出口组件 a、 采用两只 10 微米的滤芯，安装方式为并联，安装在两台主油泵的出口处。 b 、单向阀两只，安装方式并联，安装在两台主油泵的出口侧高压油路中。 c 、一只溢流阀，安装在单向阀后的高压油路中。当系统油压高于泵的设定值时， 溢流阀动作，起过压保护作用。 d 、两只截止阀，安装在两台主油泵出口侧的单向阀后的高压油路上，运行时均 打开。关闭其中的一个截止阀，可对该路的滤油器，单向阀及泵等进行检修或更换。 (4)磁性过滤器 油箱内回油管口侧下面，装有一组永久磁钢组成的磁性滤器，用来吸取液压油中 的金属微粒。 (5)蓄能器 25l 高压蓄能器一组，装在油箱侧面，并与泵和系统相连，用来吸收泵出口压力 的高频脉动分量，维持油压平稳。蓄能器上有一个进油和一个回油截止阀，通过此二 个阀门可将蓄能器与系统隔离并放掉蓄能器中的高压油和氮气，可以进行在线检修。 (6)冷油器 冷油器二只，立在油箱旁，冷却水在管内流过，液压油在冷油器外壳内环绕管束 流动。冷却水的通断由电磁水阀控制，也可以手动控制。 (7) ph 仪表接线盒 a、 二只压差开关：感受油泵出口滤芯的压差。当压差达到设定时，压差开关发 出报警信号，说明滤芯已被堵塞，需要清洗或更换。 b 、一只回油压力开关:感受压力回油管路中的油压，当压力达到设定值时，接点 闭合，压力开关发出报警信号。 c 、一只连锁压力开关（双触点）：感受系统压力过低值，当压力达到设定值时， 接点闭合，连锁并启动备用油泵。 d 、一只高压力开关（双触点）：感受系统压力过高值，当压力高至设定值时， 接点闭合，发出报警信号。 e、一只油压低压力开关（双触点）:感受系统压力过低值，当压力低至设定值时， 接点闭合，发出报警信号。 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 5 页 共 33 页 f、 一只压力变送器：将 021mpa 的压力信号转换成 420ma 的电流信号，此 信号可送到 deh 或 dcs,用以远方监视控制 eh 油压。 g、 一只电磁阀：接在节流孔后，可在线试验备用油泵。当电磁阀通电动作泄油 时，节流孔后的油压降低，连锁压力开关动作并启动备用油泵。此试验也可通过与电 磁阀并联安装的手动阀来进行。 (8)温度控制回路 温度开关感受油温信号，通过控制继电器，操作电磁水阀动作。当油箱温度超过 上限值 57时电磁水阀打开，冷却水流过冷油器；当油温下降到下限值 37时电磁水 阀关闭。 (9)浮子型液位开关 浮子型液位开关安装在油箱顶部。当液位改变时，浮子便推动其上的微动开关， 与对应油位发出高、低油位报警信号。在低油位时发出遮断信号停 eh 主油泵。 (10)回油逆止阀 装在靠近油箱的压力回油管路上，当滤油器或冷油器堵塞以及回油压力过高时， 回油直接通过该阀回到油箱 (11)回油过滤器 回油过滤器组件装在油箱旁边的压力回油管路上，内置一个 3m 的滤芯。 (12)油站冷却系统 在油站中设置了一套独立的冷却系统，以确保在任何情况下，油箱内的油温都能 控制在正常的工作范围内。 冷却泵可以由温度开关自动控制，也可以由 ph 仪表接线盒上的按钮手动控制。 1.2.1.2 再生装置 1.2.1.2.1 再生装置图 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 6 页 共 33 页 图 1-3 再生装置图 1.2.1.2.2 再生装置功能 再生装置安装在 eh 油站旁，是一套独立的循环系统，该装置可用来存储吸附剂 并能使抗燃油得到再生，使油液变的更清洁并保持中性、去除水分等。 再生装置每个滤器上装有一个压力表，当油温在 4345之间，而任一个滤器的压差高 达设定值时，就需检修该装置，关闭管路阀门，打开滤器盖，便可更换其内的吸附剂。 1.2.1.2.3 再生装置的改造 （1）将硅藻土过滤器更换为离子交换树脂过滤器 离子交换树脂是最新的抗燃油处理技术，通过吸附作用吸收抗燃油中的酸性物质， 其处理酸的能力是硅藻土的 7 倍，可以处理高酸度的抗燃油。使用离子交换树脂过滤 器替代硅藻土过滤器，可以大大提高抗燃油酸度的处理能力。改造后装置有如下优点： a.除酸能力为 5.68 克摩尔当量，高于硅藻土 700%，高于活性氧化铝和改性氧化铝 250%。 b.不会释放出金属离子，因此不会与磷酸酯发生反应产生凝胶状的磷酸金属盐， 不会发生伺服阀粘结故障。 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 7 页 共 33 页 c 提高了磷酸酯抗燃油的电阻率，避免了元件发生电化学腐蚀。 d. 用球状离子交换树脂，颗粒均匀不会产生泄漏，不会造成抗燃油颗粒污染。 e. 通过吸附作用处理抗燃油中的酸性物质，处理过程中不会产生水分，因此不需 要真空脱水。 f. 离子交换树脂以滤芯的形式在市场上销售，滤芯的规格尺寸与硅藻土相同采用 完全的不锈钢结构，不会对油质产生不良影响，工作压力可达 1.0mpa。 g. 用过的离子交换树脂滤芯可做再生处理，不会对环境造成污染。 h. 可以减少油的消耗量，节约换油的成本。 （2）脱水过滤器代替纤维素过滤器 传统 eh 系统中配置的纤维素过滤器是一个 375 的精密过滤器，只具有颗粒过 滤的功能。将其更换为脱水过滤器，具有脱水和颗粒过滤两重功能。 脱水过滤器的滤芯采用进口产品，是由玻璃纤维和吸水玻璃纤维结合而成。当抗 燃油通过脱水滤芯时，油中的水分就会被滤芯中的亲水材料吸收，形成凝胶体。具有 很高的稳定性，即使压力升高水分也不会逸出，脱水效果达 500ppm 以下。另外脱水滤 芯还相当于一个 3200 的精密滤器，对颗粒的过滤效果也大大的优于传统的纤维素 过滤器。 经过创新改造后的再生装置具有除酸、脱水、精密过滤三重功能。可根据需要投 入不同的工作模式：除酸过滤、脱水过滤、除酸脱水过滤。可以彻底解决抗 燃油的油质问题，保证机组安全运行。 1.2.1.3 抗燃油 本系统采用的工作介质是一种抗燃性的液压油即磷酸酯型抗燃油，其正常工作温度为 3060。 1.2.1.3.1 正常运行时的几个主要指标，见下表参数： 表 2-1 运行中抗燃油指标 试验 使用极限 含氮量 最大 100ppm 含 h2o 量 最大 0.10%（体现百分比） 中和性指数（酸值） 最大 0.10（毫克 koh/克） 杂质含量（颗粒数） ase 2 级或 nas 5 级 电阻率（ohm/cm） 5109 1.2.1.3.2 新抗燃油的特性指标，见下表参数： 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 8 页 共 33 页 表 2-2 新抗燃油特性指标 粘度(astmd445-72) 1000f 赛波粘度（saybolt）(38)220sus 2100 f 赛波粘度（saybolt）(100)43sus 粘度指数0 比重 600f(60)1.142 流动点 of0 最大含水量 wg%0.03 最大含氮量 ppmn（x 射线荧光分析）20 闪点（astmd92-72）(开式杯)246 燃点（astmd92-72）(开式杯)352 自燃温度（astmd286-58）566 酸度（毫克 koh/g）0.03 最大发泡（起泡沫）毫升10 最大色度1.5 颗粒分布（saea-6d tentative）3 级 水解稳定性小时合格 电阻率12109 热膨胀系数 在 600f（16）时0.00038 在 1000f（37）时0.00054 空气夹带量(astmd3427)分钟1.0 1.2.21.2.2 执行机构执行机构 执行机构是 eh 系统中的重要部件，它直接控制汽轮机各蒸汽阀门的关闭及阀门 的开度。本系统共有 12 只执行机构；2 个高主油动机，6 个高调油动机，2 中主油动 机，2 个中调油动机。 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 9 页 共 33 页 图 1-4 开关型油动机结构图 1.2.2.1 主气阀油动机工作原理 主油动机为单侧进油油缸，它的开启由高压抗燃油驱动，关闭是靠操纵做上的弹簧。因 为油动机为开关型结构，所以油动机（即主汽阀）只能处于全开或全关的两种工作状态。 挂闸后，高压抗燃油经过截止阀、电磁阀和节流孔进入油缸下腔，油缸下腔油压升高， 克服弹簧力，将油动机（即主汽阀）逐渐打开，至主汽阀门全开。 当电磁阀通电时，压力油则被切断，回油接通，油缸下腔的压力油经过节流孔、电磁阀 接通压力回油，油缸下腔油压降低，主汽阀在弹簧力的作用下逐渐关闭，直到阀门全关。 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 10 页 共 33 页 高主油动机上装有卸荷阀。当汽轮机出现故障停机时，危急遮断系统动作卸掉危急保安 油（ast） ，卸荷阀打开，快速卸掉油缸活塞下腔油，在弹簧力的作用下，阀门被快速的关 闭。静态时遮断关闭的时间常数为 0.150.3 秒。 1.2.2.2 主气阀油动机部件 高主油动机主要由液压油缸、集成块、截止阀、滤网、二位四通电磁换向阀、卸 荷阀、逆止阀等元件组成。其中，液压油缸与集成块相连接，其余部件则装在集成块 上。由于以上各阀具有通用性，后面的油动机上各阀就不再叙述。 (1) 液压油缸 按照油动机与阀门连接方式的不同，油缸分为推理油缸的拉力油缸两种。即：当 油缸活塞杆伸出去时打开阀门时，则称其为推理油缸；反之，当油缸活塞杆缩进时打 开阀门时，则称气味拉力油缸，其活塞尾部设计油液压缓冲装置，在机组快关时减少 冲击。 (2) 集成块 将所有部件集成在一起，并通过内部通道经行连接的一个油路块。也是所有电气 接点及液压接口的连接件。 (3) 截止阀 从系统来的高压油经过截止阀到电磁换向阀（或伺服阀）去操作油动机，同过关 闭该阀可切断高压油路，以便能在线更换（或检修）滤网、电磁换向阀（伺服阀） 、卸 荷阀和位移传感器等。该阀安装在集成块上，其控制原理同一般的针阀，可全开和全 关，也可部分开启而起节流作用。 (4) 滤网 集成块中设置了滤网，以确保油质的清洁度，从而保证各元件及节流孔能正常工 作。该滤网过滤精度为 10 微米。 (5) 电磁换向阀 油动机上设置了一只电磁换向阀，这是一种常开型二位四通电磁阀，用做油动机 活动试验用。电磁铁断电时，油路接通，高压油进入油缸下腔，阀门打开。电磁铁通 电时，切断来油的同时，油缸下腔的油接通回油，在弹簧力的作用下，阀门开始关闭。 (6) 卸荷阀 卸荷阀装在油动机集成块上。它的 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 11 页 共 33 页 作用是：当机组发生故障要停机时，危急保安（或脱扣）装置动作，使危急遮断油泄 油失压，卸荷阀动作，油动机活塞下腔的压力油经卸荷阀快速卸掉，在操纵座弹簧力 的作用下，阀门快速关闭。 (7) 逆止阀 集成块中装有两个逆止阀：一是只通向 ast 油总管（或 opc 油总管） ，该逆止阀 的作用是防止危急遮断母管上的 ast 油（或 opc 油）倒流回油动机；另一只逆止阀 是通向回油母管，该阀的作用是防止回油管里的油倒流回油动机。当关闭油动机上的 截止阀时，便可以在线检修（或更换）油动机上的电磁阀（或伺服阀） 、卸荷阀，油缸、 滤网等，而不影响其他气阀正常工作，而此在线检修只有在具有多阀功能的情况下才 能进行。 1.2.2.3 调气阀油动机工作原理 高调油动机装于阀门弹簧操纵座上，其活塞杆与阀杆相连，活塞运动时带动阀杆 相应运动。 动机为单侧进油油缸，其开启由抗燃油压力驱动，而关闭是靠操纵做上的弹簧力， 高压油动机属于控制型，可以将油动机(或调节气阀)控制在任意的位置上。 deh 给定调阀开大或者关小的指令，此指令作用在伺服阀上并使其动作，高压油 便经伺服阀进入油缸活塞下腔，克服弹簧力，活塞向上移动，并带动调节气阀使之开 启，或者使活塞下腔的压力油通过伺服阀排出，在弹簧力作用下，使活塞下移关闭调 节气阀。当油动机活塞移动时，装在油动机上的两个线性位移传感器同时被带动，并 将油动机活塞的机械位移转换成电气信号，作为负反馈送入 deh 并与前面的 deh 指 令相比较，直至其运算结果为零，即作用在伺服阀上的指令后，伺服阀的主阀便回到 中间位置，从而切断油动机下腔与高压油或回油的通道，此时，调阀便停止移动，停 留在一个新的工作位置。 高调油动机上装有一个卸荷阀，当汽轮机出现故障需要停机时，危急遮断系统动 作并卸掉危急保安油和 opc 油，卸荷阀打开，快速卸去油缸活塞下油，在弹簧力作用 下，调节阀门被快速的关闭。静态时遮断关闭时间常数为 0.150.3 秒。 1.2.2.4 调气阀油动机部件 高调油动机主要由液压油缸、集成块、截止阀、滤网、伺服阀、卸荷阀、逆止阀 和位移传感器等部件所组成。其中，液压油缸集成块与成块相接，而其余部件则装在 集成块上。 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 12 页 共 33 页 除伺服阀位和传感器外，其余部件已在前面有了说明，在此不在介绍。 （1）伺服阀 伺服阀由一个力矩马达、两级液压放大和机械反馈部分组成。第一级液压放大是 双喷咀和挡板部件，第二级放大是滑阀部件。 当电气信号通过伺服放大器输入到力矩马达上时，其衔铁上的线圈中便有电流通 过，并产生一磁场，在两旁磁铁的作用下，产生一旋转力矩，使衔铁旋转，带动两个 喷咀中间的挡板转动。38在稳定工况时，喷咀到挡板两侧的距离相等，所以两侧喷咀 的泄油面积一样，导致加在喷咀两侧的 eh 油压相等。当信号输入时，衔铁在磁场中 受力旋转带动挡板转动，转动后的挡板远离一只喷咀并靠近另一只喷咀，使其中一只 喷咀的泄油面积减小，导致流量变小，即这只喷咀前的油压升高，而剩下的一只与其 动作相反。这样就将初始的电气信号通过转变成力矩信号转变成为机械位移信号，机 械位移信号最终再转变为油压信号。而现在的油压即挡板两侧的喷咀前油压，分别与 下部滑阀的两个腔室相连通，所以，当喷咀到挡板两侧的距离不相等时，两个喷咀的 泄油面积不等，即俩测油压不等，则滑阀在压差作用下移动，使滑阀所控制的油口关 闭或开启，从而控制高压抗燃油经由此处流向油动机活塞下腔，使阀门的开度增加， 或者使活塞下腔通向回油，卸去活塞下腔的抗燃油，调阀在弹簧的作用力下调小或关 闭。伺服阀滑阀中增设了反馈弹簧是为了增加调节系统的稳定性。除此之外，通过一 定的机械零偏对伺服阀进行调整，如果伺服阀在运行中发生断电或者发生故障时，可 以通过机械力量使滑阀动作，关闭调阀。 （2）位移传感器 采用差动变压器原理的位移传感器是由芯杆、线圈、外壳等所组成，内部稳压、 振荡、放大线路均采用集成元件，故具有体积小、性能稳定的特点。 当铁芯动作上移时，次级线圈感应出的电动势经过处理后，转变成线圈与铁芯之 间相对位移的电信号输出，负反馈给 deh 控制系统。安装时，外壳固定不动，铁芯通 过连杆与油动机活塞杆相连，模拟油动机的位移输出的电气信号，也就是气阀的开度。 为了提高控制系统的可靠性，每个执行机构中安装两个位移传感器。计算机按“高选” 或其他选择的原则接受负反馈信号。 1.2.3 危急遮断系统 危急遮断系统由危急保安器和隔膜阀组成。当汽轮机出现故障需要停机时，危急 遮断系统动作并卸掉危急保安油（ast） 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 13 页 共 33 页 和超速保护控制油(opc)，关闭全部汽轮机蒸汽阀门，使汽轮机停机，以保证汽轮机安 全。 1.2.3.1 ast 电磁阀 ast 电磁阀共有四只，它们受汽轮机停机信号的控制。正常运行时，电磁阀带点 关闭，即堵住危急遮断母管上的 ast 油泄油通道，从而建立起危急遮断油压(ast)。 当电磁阀失电打开，危急遮断母管泄油，违纪者端由失压，导致所有蒸汽阀门关闭而 使汽轮机停机。四只 ast 电磁阀时按串并联布置，只有当 1、2 和 3、4 两组中至少各 有一只电磁阀动作，ast 油压才会卸掉而停机。 1.2.3.2 opc 电磁阀 opc 电磁阀有两只，它们是受 deh 控制器的 opc 部分所控制，按并联布置。正 常运行时，两只电磁阀都是常闭的，即堵住了 opc 总管 opc 油液的泄油通道，从而 建立起 opc 油压。当转速达到 103%额定转速时，opc 动作信号输出，两个 opc 电磁 阀被励磁（通电）打开，使 opc 母管 opc 油压泄放，从而使调节气阀迅速关闭。 1.2.3.3 单向阀 该装置中有两个单向阀，安装在危急遮断油路（ats）和超速保护控制油路 （opc）之间，成为 ast 油和 opc 油之间的转换接口。当 opc 电磁阀动作，单向阀 维持 ast 的油压不变，只卸掉 opc 油。当 ast 电磁阀动作，ast 油路油压下跌，单 向阀打开，opc 油压也下跌。 1.2.3.4 隔膜阀 高压抗燃油系统通过隔膜阀与润滑油系统相连接，当透平油油压力降到系统设定 值时。隔膜阀通过 eh 油系统遮断汽轮机 当汽轮机正常运行时，润滑油系统的透平油通过隔膜阀上面的腔室中，克服弹簧 阻力，堵住 eh 系统危急遮断油母管通向回油的管道，使隔膜阀保停留在关闭位置， 这时的油压力即危急遮断油压(ast)。39当润滑油保护系统动作并卸掉低压安全油后， 隔膜阀在弹簧力的作用下打开，卸掉 eh 危急遮断油母管 ast 油，从而关闭所有的蒸 汽阀门。 1.2.4 油管路系统 油管路系统主要有一套油管和两套高压蓄能器俩套低压蓄能器组成。油管可将油 系统和执行机构连接起来，构成一个工作回路，并输送工作介质。蓄能器块上有一个 进油和一个回油的截止阀，通过此二阀 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 14 页 共 33 页 可将蓄能器与系统隔离并放掉蓄能器中的高压 eh 油，以便于进行在线检修。 2 物料衡算 2.1 设计参数 2.1.1 设计依据 本设计的基础数据查阅了大量相关资料，主要来源于参考文献和相关的电厂实际 的生产数据。 2.1.2 供油装置参数 不锈钢油箱900l 电机泵组 二套主油泵，380v 30kw，恒压变量柱塞泵，最大流量85 l/min 一套滤油泵，380v 0.55kw，叶片泵，流量20 l/min 一套冷却油泵，380v 0.75kw，叶片泵，流量50l /min 一组加热器220v 5kw 蓄能器：25升1组，40升2组，10升2组。 液位开关(浮子式) 液位高报警560mm 液位低报警430mm 液位低低报警300mm 液位低低遮断200mm 压力变送器420ma 压力开关 压力高报警(63/hp) 16.2mpa 压力低报警(63/lp) 11.2mpa 压力低联泵(63/mp) 11.2mpa 回油压力高报警(63/pr) 0.21mpa 压差开关(63/mpf ) 泵出口滤网压差高报警0.55mpa 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 15 页 共 33 页 温度开关 油温低于20禁止启动主油泵 启动冷却油泵57 停止冷却油泵 37 2.2 蓄能器容量校核计算 燃煤机组 300mw 汽轮机油动机的数量 12 台，其中，高压主汽阀 2 台，高压调阀 6 台，中压主汽阀 2 台，中压调阀 2 台。 高压主汽阀油动机的油缸容积为: 214dl=2143.1412.5=3.9l 高压调阀油动机的油缸容积为: 614dl=6143.140.852.0=6.8l 中压主汽阀油动机的油缸容积为: 214dl=2143.1412.0 =3.1l 中压调阀油动机的油缸容积为: 214dl=2143.141.53.5=12.4l 一般最大油量取的有高、中压主汽阀同时动作（打开）时所需的进油量作为最大 进油量。即最大进油量为:3.9l6.8l3.1l12.4l=26.2l 玻义耳定律: 1 1223 3 ppp nnn vvvc 据有关资料等熵气体系数 n 见下表。 表 2-1 等熵气体系数 指数 n 蓄能器加压减压完全排 完时间双原子气体 单原子气体 1min1.41.7 12min1.31.5 23min1.151.25 3min11 设 11.77mpa（相当于系统压力最低时） 、p=9.02mpa冲氮压力 1 p 机组蓄压器总容积为：440410=200l(2 组 40 升高压蓄能器，2 组 10 升低压蓄 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 16 页 共 33 页 能器） eh 油箱蓄压器容积:225=50l（1 组 25 升蓄能器） 蓄压器总的容积为：v250l 取蓄能器减压时,取指数 n=1.4(考虑快速关闭时) vpv p206.72l 蓄能器减压后的容积差：v一 v=250 一 206.7243.28l 此容积差即为蓄能器的储油量，当有一组蓄能器故障与系统隔离时，其余蓄能器 的储油量为：25040225043.2829.43l，能满足有动机的最大用油量 26.2l。 2.3 系统泄漏量计算 主机伺服阀的泄漏量为:102l=20l/min(取每只伺服阀泄漏量为 2l/min，伺服阀为 高压调阀 6 只,高压主汽阀 2 只，中压调阀 2 只)。 主机卸荷阀的泄漏量为:120.04l=0.48l/min(取每只卸荷阀泄漏量为 0.04l/min) 考虑给水泵小汽机伺服阀的泄漏量为 22l=4l/min 系统总的泄漏量为:q=200.484=24.8l/min 总容量为：v200l50l=250l 气囊式蓄能器气体状态变化满足玻义耳定律: 1 1223 3 ppp nnn vvvc 式中: 充气压力,mpa (此时体积为) ; 1 p 1 v 系统的最低工作压力,mpa (最低工作压力下的气体体积)； 2 p 2 v 系统的最高工作压力,mpa (最高工作压力下的气体体积)； 3 p 3 v n等熵气体系数 当从压力p降到p3后，蓄能器释放的油液体积及气体体积的变化量v为： v vv 取 p=9.02mpa、p=14.51mpa、 p=12.45mpa 据有关资料等熵气体系数 n 见表 2-1 现取 n=1 则v=p1v1/p2=9.0225014.51=155.4l 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 17 页 共 33 页 v=p2v2/p3=14.51155.412.45 =181.1l v=vv=181.155.4=25.7l，此容积差为蓄卸载工作时的油量。 蓄能器卸载减压的时间：t=vq=25.724.8=1.03min 引进型 300mw 机组所选用的抗燃油供油泵其流量为 85l/min,取泵的泄漏量为 6.8l/min,因此泵的实际输送量 q=856.8=78.2l/min 蓄压器再充液时间：q2t2q1t2=v 所以 t2=v（qq）=25.7（78.224.8）=0.481min 排放时间：t(vv)q(250155.4)24.83.81 min 由表 2-1 知 n=1 合格 充油时间：t(vv)（qq） (250155.4)（78.224.8） 1.77 min 根据 t1.77min 从表一中得知 n1.3，而前面取 n1 故必须重新核算排油容积。 因此蓄能器加压时指数 n 取 1.3，减压时指数 n 取 1.0，修正计算为： vp p(v)173.42l vp p(v)202.11l vvv202.11173.4228.69l 蓄能器卸载减压的时间：tvq28.6924.81.15min 再充油时间：tv2qq128.6978.224.80.54min 排放时间：tvvq250173.4224.83.08min 由表 2-1 得知减压时指数 n1 合格 充油时间：tvvqq 250173.4278.224.8 1.43min 由表一得知 n1.3 合格 循环比 ktt1.150.452.55 循环时间 ttt1.150.451.6min 2.4 无缝钢管壁厚选择计算 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 18 页 共 33 页 2.4.1 计算依据 gb 502531994 的 5.1.2 规定：任何一处管道及管道附件的设计内压力不应小于 该出的最高稳态操作压力，且不应小于管内原油处静止条件下该处的净水压力。还规 定：当输出管道设置反输流程时，设计内压力不应小于正、反输送条件下的最高稳态 操作压力的较高者。 管道材料：不锈钢（1cr18ni9ti） 管径选择：见附图 2.4.2 壁厚选择的计算 设材料的抗拉强度为 ，压力为 p，管径 d；管子壁厚 =（pd）/（2/s），其 中 s 为安全系数。取安全系数 s6 时，1cr18ni9ti 抗拉强度为 560mpa。 25 无缝钢管：d25mm，取压力 p17mpa 根据公式 =（pd）/（2/s）1725256062.27mm 取 2.5mm 32 无缝钢管：d32mm，取压力 p17mpa 根据公式 =（pd）/（2/s）1732256062.91mm 取 3.0mm 14 无缝钢管：d14mm，压力 p17mpa 根据公式 =（pd）/（2/s）1714256061.75mm 取 2.0mm 3 设备 3.1 主油泵的选型 取在回油管路中抗燃油适宜流速：1.1ms(回油管流速不应小于1m s） 已知管径 d=32mm，管子壁厚 =2mm 每分钟的体积流量为：vd460 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 19 页 共 33 页 3.140.0320.00241.160 0.0466mmin 46.6 lmin 因为系统的总泄漏量为：q24.8 lmin，所以系统正常运行时所需流量为： q46.624.871.4lmin 根据要求，主油泵的输出流量应满足系统正常工作时所需的最大流量。所以主油 泵选取恒压变量柱塞泵，最大流量85 l/min 3.2 油箱的设计考虑 为保证油压，将抗燃油箱安装在 6 米高的平台上。油箱容积 900l，正常工作时的 储油量 430560l。 根据油箱的循环倍率 k一般设计的循环倍率取 k816 kqv 式中：q主油泵 1h 的供油量 v油箱实际工作储油量 已知本设计中主油泵实际量 q78.2 l/min 4962lh，取 v560l，通过计算 基本上符合要求，计算过程如下： kqv49625608.4 3.3 冷油器选型及热量计算 两个冷油器装载油箱旁，冷却水在管内流过，而系统中的油在冷油器外壳内环绕 管束流动，冷却水由冷油器循环冷却水的出口处的电磁水阀控制。根据本系统的结构， 对冷却器的选型如下： 首先，按热流量公式 katm 式中： 热流量（w） k传热系数（wm） a冷却器换热面积（m） tm冷热流体的平均对数温差（） 可见，热流量的大小除了与冷却的面积与温差有关外，与传热系数成正比关系， 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 20 页 共 33 页 而紫铜的传热系数 384（wm） ，不锈钢的传热系数为 40（wm） ，俩者成十倍 的关系，故本系统的冷却材料选用紫铜。 在 eh 系统中，产生的热量计算 pvct1000t 式中： p发热功率kw v油箱容积l t计算温升的加热时间h t油箱温升 c油的比热容whkg 油的密度kgl 取 v560l、t1h、t10、c0.47whl代入上式得 p2.632kw 平均对数温差 a、tgts2时，tmtgtslntgts） b、tgts2时，tmtgts2 该方案中，tg10最大温升、ts2 最小温升 因为，tgts52 所以，tmtgtslntgts） 由此可计算出冷却器面积 aqtm1000pqtm10002.63238451.4m 根据冷却规格选取 a2.6m 根据热量公式 qcmt 因为 qpt 2.6321036009.475107j 取冷却水进、出冷凝器的温度分别为 25和 27，查查化工物性算图手册20 知水在常温下的比热为 4.174，则冷却水的消耗量为 mqct9.475107j4.17421.135106kgh 考虑到冷却器的效率，使用水质较好，温度较低35以下的冷却水。 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 21 页 共 33 页 4 初步技术经济分析 4.1 系统成本估算 重量计算公式：（管径-壁厚）壁厚0.02491=每米重量（千克） 表4-1 无缝钢管成本估算 标准尺寸单价/元 kg长度/m数量/根重量/kg金额/元 gb2270-80 不锈钢管 102 4.7612.412 gb2270-80 不锈钢管 142 4.762590422 gb2270-80 不锈钢管 252.5 4.7625210988 gb2270-80 不锈钢管 323 4.7612156734 小计12+422+988+734=2156元 表 4-2 零部件成本估算 标准名称及尺寸单价/元数量金额/元备注 q11f-160p球阀 dn2528041120 ccc6.162.000膨胀支架3025750 ccc7.018.001弯头（32对焊）2015300 ccc7.018.005管套25/14189162其中1只备用 ccc7.017.004三通14357175其中1只备用 ccc7.017.003三通253811412其中1只备用 ccc7.017.002三通2-25/1442251050其中2只备用 ccc7.017.001三通2-32/1445290 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 22 页 共 33 页 ccc7.017.000三通324014560其中1只备用 小计1120+750+300+162+175+412+1050+90+560=4619元 表4-3 主要设备成本估算 设备单价/元数量金额/元 油箱组蓄能器组件5000525000 冷油泵200012000 再生泵150011500 冷油器240012400 小计15000+25000+2000+1500+2400=45900元 合计：2156+4619+45900=52679 元 本设计基于目前的市场价格对设备及管道进行了成本估算。只供参考，更详细的 技术经济分析超出本设计的范围。需要专业人员进行分析核算。 6 公用工程 6.1 给排水 给排水设计是电厂设计中一个必不可少的组成部分。本设计中主要涉及生产用水 （冷却用水） ，辅助生产用水（清洗设备及清洗工作环境用水） 、生活用水和消防用水 等。 6.1.1 本设计遵循以下标准、规范 给水排水工程结构设计规范 gb50069-2002 室外排水设计规范 gbj1487 6.1.2 设计原则 以公用工程的国家标准及设计规范为准，设计中采用了先进可靠的技术，在满足 给排水、消防、环保要求的同时，做到经济合理，节约能源，减少运行费用。 6.2 供电 本设计所用到的电气部分主要由动力、照明、避雷、弱电、变电、配电等组成。 6.2.1 设计采用的标准规范： 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 23 页 共 33 页 电力装置的电测量仪表装置设计规范 gbj63-90 低压配电设计规范 gb50054-95 通常用电设备配电设计规范 gb50055-93 低压配电装置及线路设计规范 gb54-83 工业企业照明设计标准 gb50034-92 建筑物防雷设计规范 gb50057-94 7 三废处理 7.1 大气污染的控制 本设计主要通过高压抗燃油来控制调节汽轮机的阀门，几乎没有废气。 7.2 生产过程中废水排放的污染控制 在冷却器所使用到得循环冷却水的废水排放中，无污染，可直接用排入排水管网。 生活污水经处理后，与电厂生产废水一起排放至废水处理厂统一处理，然后排至市政 排水系统。 7.3 噪音控制 本设计对产生噪音源的设备，设置减震装置，并置于单独的隔音间内；对个别噪 音大的场所的操作人员采取个人防护措施等。并且，保持设备处于良好的运作状态， 因设备运作不正常时噪声往往增大，要经常进行保养维修，加润滑剂，减少摩擦，以 此控制噪音源，来降低噪音。 8 总结总结 燃煤电厂 300wm 机组抗燃油系统的初步设计 第 24 页 共 33 页 （1）深入了解了抗燃油系统工艺流程，对其进行了简单的物料衡算和热量衡算， 并做了初步的技术成本估算。 （2）从原料利用和环保角度出发，提出了用离子交换树脂过滤器,脱水过滤器分别 代替硅藻土过滤器和纤维素过滤器用于旁路再生装置的优势。 （3）提出了整个流程的物料平衡和主要设备参数。 （4）讨论并计算了该工艺过程的关键步骤。 参考文献 1dl/t571-2007 电力用磷酸酯抗燃油运行与维护导则. 2汪红梅,罗运柏.抗燃油劣化因素的研究j,长沙电力学院学报（自然科学版） ， 2001，16（3）：83-85. 3汪红梅.磷酸酯抗燃油劣化的机理的研究j.长沙电力学院学报（自然科学版）, 2003，18（3）：80-82. 4汪红梅.汽轮机调节系统用抗燃油的研究动态与进展j.汽轮机技术,2004，46（1）： 5-6. 5吴三毛汽轮机润滑油系统化学清洗j江西电力，1999，23（4）：17-20 6李开建.大机组油路的清洗j.化工设计通讯，