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摘要：近年来，在核电厂中曾出现大型设备曲轴断裂、凸轮烧毁、轴瓦烧黑、齿轮损坏等故障引起的大型设备停运故障，而上述故障工况在发生前并未出现明显的征兆。经分析，可通过润滑油系统的预警功能进行辅助监测，提前预警，可有效避免设备因磨损引起的故障，防微杜渐。本文以某核电厂大型设备润滑油回路的改造方案为例，分析了目前润滑油回路监测的功能、特点及其优缺点，提出了改进方案，并对改进方案在工程实施中的优势进行了分析研究。
关键词：润滑油回路；金属颗粒探测仪表；在线监测
1 背景介绍
润滑油系统作为重要的辅助系统，其主要功能为润滑、导热、清洗、密封、缓冲等，润滑油系统大量的运行于现代工业系统中。在核电厂中，存在大量的大型设备，如柴油机、汽轮机等，而润滑油系统是该类大型设备正常运行的重要辅助系统。近年来，在核电厂中曾出现大型设备曲轴断裂、凸轮烧毁、轴瓦烧黑、齿轮损坏等故障引起的大型设备停运故障。经分析，上述故障工况可通过润滑油系统的预警功能进行辅助监测，提前预警，可有效避免设备因磨损引起的故障及损失。
2 目前核电厂中大型设备润滑油回路监测方案介绍
2.1 现有检测手段：
目前在运核电厂中，针对大型设备的润滑油系统回路的常规监控手段，主要如下：
1）在线监测：包括润滑油回路的压力和温度测量，用于监测润滑油主油路的压力和温度；
2）离线检测：一般为取样分析。大型设备停运后，对润滑油进行现场取样，在实验室对取样成份进行分析；
3）其它检测手段：探伤等。
2.2 现有监控技术的缺陷：
目前在运核电厂中，针对大型设备的润滑油系统回路的常规检测手段的缺陷，主要如下：
1）在线监测。由于大型设备体型较大，润滑面积大，无法对所有的润滑面压力和温度都进行测量，而部分润滑测点的故障不足以引起主油路压力和温度的异常变化，因此通过在线监测润滑油主油路压力和温度不能及时发现设备部件的磨损故障；
2）离线检测。离线监测一般采用取样分析，通常对润滑油进行现场取样是在大型设备停运后一段时间进行，时效性较差，不能及时起到对运行人员的预警作用。
3）其它检测手段：探伤。对操作人员有辐射危害。
3 改进后核电厂中大型设备润滑油回路监测方案
针对目前核电厂中存在的大型设备润滑油回路监测能力不足、特别是监测时效性差的问题，本改造在不影响目前滑油系统功能的前提下，在润滑油系统管路上新增一套金属颗粒在线监测回路，提升对应急柴油机安全运行的状态监测。当润滑油回路中有金属颗粒流经金属探测器时，金属探测旁路监控系统输出报警信号，提醒运行操作人员介入处理。
3.1 金属颗粒探测器原理：
本次改造采用金属颗粒探测仪表某知名公司生产的电阻滤网式探测器，其原理是滤网电阻式，滤网栅格是0.8毫米，在没有金属颗粒时，相当于断路，当过滤到严重磨损产生的金属颗粒后，探测器的滤网栅格两极电阻导通，相当于节点闭合，进而在控制箱内产生报警，金属颗粒探测仪表原理如图3-1所示：
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图3-1 金属颗粒探测仪表原理示意图
金属颗粒探测仪表电阻两极是24VDC隔离电源，属于安全电源，对设备和人员没有直接影响。此探测器本身不产生电磁干扰，也不会受外部电磁干扰影响可靠性。
此探测仪表长期过滤润滑油可能会有油泥堆积，需要定期对油泥进行清洗，现场可以根据运行情况修改清洗周期，每次清洗后需要做通道报警试验。由于此探测仪表是电阻原理，不涉及定值，需要用导线或金属颗粒将滤网两极导通，确认报警正常触发。
3.2 改进后方案介绍：
在大型设备润滑油出口管线增设旁路管线，配置一套金属颗粒探测回路，将金属颗粒探测仪表安装于润滑油系统旁路管线上，并在金属颗粒探测仪表管线上安装手动隔离阀和取样阀。改造示意图如图3-2所示：
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图3-2润滑油回路改进方案示意图
在大型设备的润滑油管道新增金属探测旁路：包含金属软管，一次隔离阀，金属颗粒探测仪表，仪表隔离阀，取样阀，以及相应的连接管线，同时配置控制报警箱。
金属颗粒探测仪表回路设置两段金属软管，可充分吸收大型设备试验期间振动；设置手动隔离阀，可在故障时将主润滑油管路与金属颗粒探测仪表回路隔离，不影响润滑油主回路的功能及设备的安全运行；设置金属颗粒探测仪表，用于润滑油旁路管线中金属颗粒的监测；设置手动取样阀，用于取样；设置独立控制报警箱，可保证金属颗粒探测系统的独立性，减少对原有控制系统回路的影响。
通过设置报警箱，实现对仪表信息的采集、远传及报警逻辑，报警箱原理图如图3-3所示：
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图3-3 润滑油回路报警箱原理接线示意图
当金属颗粒探测仪表在探测到严重磨损所产生的金属颗粒时，通过控制系统的采集、处理，会在就地报警箱发出声光报警，同时将报警信号送入主控，提醒运维人员进行干预。
润滑油金属颗粒探测回路导通条件是需要存在约0.8mm的金属颗粒，当出现这样大小的金属颗粒说明大型设备内部存在严重的磨损，故当触发报警时，不论是前期累积的金属颗粒，还是刚刚磨损的金属颗粒，都需要根据实际工况停运设备进行检查。检查方法可以通过拆下探测仪表部分，查看滤网内是否存在磨损的金属颗粒，并通过取样检测金属颗粒含量的种类，以及磨损颗粒的性状，分析判断设备内部对应的部件磨损状态，并据此开展下一步的运行维护工作。
4 结论
采用改进方案后可取得如下效果：
1）通过配置润滑油旁路监测系统，实现对大型设备的润滑油回路金属颗粒的在线监测；
2）通过配置润滑油旁路监测系统，对润滑油杂质含量进行测量分析；
3）通过对金属颗粒含量进行监测，为大型设备的预防性维修提供决策依据；
4）该方案可推广应用于其他大型设备润滑油回路的金属颗粒监控。
综上所述，本文所述的大型设备润滑油旁路监测改进方案可有效提升目前润滑油监测系统的自动化水平，提前预警，有效避免设备因磨损引起的故障，可以考虑在后续电厂中推广实施。
参考文献：
[1] 苏林森，等.900MW压水堆核电厂系统与设备 [M] 北京：原子能出版社，2007：488-497.
[2] 肖建昆，郁飞.柴油机状态在线监测与故障诊断系统开发.江苏科技大学学报（自然科学版）.2006，1\20.
[3] 金属颗粒探测仪技术规格书.