CN107807228A - 核电厂抗燃油模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电厂汽轮机的抗燃油测试技术，其公开了一种核电厂抗燃油模拟试验系统，包括油箱、温控单元、动力单元、过滤器、液压油控制阀接口单元和扩容单元；温控单元安装在油箱内，用于控制油温；动力单元的一端与油箱的出油口连接，另一端通过可拆卸的管道与过滤器的入油口连接；过滤器的出油口通过管道与扩容单元的入油口连接，液压油控制阀接口单元安装在过滤器与扩容单元之间的管道上；扩容单元具有用于模拟缓流的并与进油口和出油口导通的腔体，扩容单元的出油口与油箱的进油口连接，形成循环回路。本核电厂抗燃油模拟试验系统可有效模拟试验抗燃油的性能，为选择何种抗燃油提供参考。

Description

核电厂抗燃油模拟试验系统

技术领域

本发明涉及核电厂汽轮机的抗燃油测试技术，具体涉及一种核电厂抗燃油模拟试验系统。

背景技术

核电站(nuclear power plant)又称核电厂，是利用核裂变(Nuclear Fission)或核聚变(Nuclear Fusion)反应所释放的能量产生电能的发电厂。目前商业运转中的核能发电厂都是利用核裂变反应而发电。核电站一般分为两部分：利用原子核裂变生产蒸汽的核岛(包括反应堆装置和一回路系统)和利用蒸汽发电的常规岛(包括汽轮发电机系统)，使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。

核燃料裂变过程释放出来的能量，经过反应堆内循环的冷却剂，把能量带出并传输到锅炉产生蒸汽用以驱动涡轮机并带动发电机发电。核电站是一种高能量、少耗料的电站。以一座发电量为100万千瓦的电站为例，如果烧煤，每天需耗煤7000～8000吨左右，一年要消耗200多万吨。若改用核电站，每年只消耗1.5吨裂变铀或钚，一次换料可以满功率连续运行一年。可以大大减少电站燃料的运输和储存问题。此外，核燃料在反应堆内燃烧过程中，同时还能产生出新的核燃料。核电站基建投资高，但燃料费用较低，发电成本也较低，并可减少污染。截至1986年底，世界上已有28个国家和地区建成了397座核电站。据国际原子能机构的统计预计到21世纪初将有58个国家和地区建造核电站，电站总数将达到1000座，装机容量将达到8亿千瓦，核发电量将占总发电量的35％。由此可见，在今后相当长一段时期内，核电将成为电力工业的主要能源。

核电厂的汽轮机调速系统内需要加入抗燃油驱动，不同的抗燃油具有不同的性能，不同的抗燃油在汽轮机调速系统内的效果也不同，例如抗燃油具有酸值、空气释放值、体积电阻率、漆膜倾向指数和油泥生成量等性能指标，选择性能指标较好的抗燃油能够提高生产效率、提高调节保护系统的稳定性和安全性，也能够提高汽轮机调速系统的使用寿命。而现有技术中并没有对抗燃油进行分析试验的系统、装置或机构。

发明内容

本申请提供一种可用于测试抗燃油性能的核电厂抗燃油模拟试验系统。

一种实施例中提供一种核电厂抗燃油模拟试验系统，包括油箱、温控单元、动力单元、过滤器、液压油控制阀接口单元和扩容单元；温控单元安装在油箱内，用于控制油温；动力单元的一端与油箱的出油口连接，另一端通过可拆卸的管道与过滤器的入油口连接；过滤器的出油口通过管道与扩容单元的入油口连接，液压油控制阀接口单元安装在过滤器与扩容单元之间的管道上；扩容单元具有用于模拟缓流的并与进油口和出油口导通的腔体，扩容单元的出油口与油箱的进油口连接，形成循环回路。

进一步地，过滤器与扩容单元之间的管道上并排安装有两个液压油控制阀接口单元。

进一步地，液压油控制阀接口单元上安装有液压油控制阀。

进一步地，液压油控制阀为电磁阀、比例阀或伺服阀。

进一步地，油箱上设有用于取样测试的取样口。

进一步地，动力单元为可调节工作压力和流量的油泵。

进一步地，动力单元与过滤器之间连接的可拆卸的管道为金属管、橡胶软管或金属软管。

进一步地，过滤器上安装有用于监测滤网前后压差的压差传感器。

进一步地，过滤器上还安装有与压差传感器连接的压力表。

进一步地，过滤器的过滤精度为3μm。

进一步地，扩容单元的腔体内还安装测试件，测试件包括O型圈和密封垫。

如进一步地，扩容单元的出油口与油箱的进油口通过预设长度的弯曲管道连接。

进一步地，核电厂抗燃油模拟试验系统还包括控制单元，控制单元分别与温控单元、动力单元、液压油控制阀和压差传感器信号连接，控制单元用于控制油温、调节工作压力和流量、阀门开闭及间隔的读取压差值。

依据上述实施例的核电厂抗燃油模拟试验系统，由于包括油箱、温控单元、动力单元、过滤器、液压油控制阀接口单元和扩容单元形成的循环回路，可将抗燃油置于该循环回路中循环试验，测试结束后拆卸过滤器、扩容单元和可拆卸的管道可判断出抗燃油的基本特性，并可通过对循环测试的抗燃油进行直接测试得出试验后抗燃油的性能，故本核电厂抗燃油模拟试验系统可有效模拟试验抗燃油的性能，为选择何种抗燃油提供参考。

附图说明

图1为一种实施例中核电厂抗燃油模拟试验系统的结构示意图；

图2为一种实施例中核电厂抗燃油模拟试验系统的控制部分的结构框图；

图3a为TURBOFLUID 46SJ抗燃油的滤网压差变化趋势图；

图3b为FYRQUEL EHC抗燃油的滤网压差变化趋势图；

图3c为FYRQUEL EHC PLUS抗燃油的滤网压差变化趋势图；

图4a为酸值变化趋势图；

图4b为空气释放值变化趋势图；

图4c为体积电阻率变化趋势图；

图4d为漆膜倾向指数变化趋势图；

图4e为油泥析出量变化趋势图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例中提供了一种核电厂抗燃油模拟试验系统，本抗燃油模拟试验系统主要用于核电厂中抗燃油在汽轮机调速系统上的模拟试验，也可用于其他生产基地的其他设备抗燃油的模拟。

如图1所示，本实施例的核电厂抗燃油模拟试验系统主要包括油箱1、温控单元2、动力单元3、过滤器4、液压油控制阀接口单元5和扩容单元6。温控单元2单元安装在油箱1内，动力单元3的一端与油箱1的出油口连接，另一端通过可拆卸的管道7与过滤器4的进油口连接，过滤器4的出油口与扩容单元6的进油口通过管道连接，液压油控制阀接口单元5安装在过滤器4与扩容单元6之间的管道上，扩容单元6的出油口通过管道与油箱1的进油口连接，形成循环回路。

具体的，在油箱1除了设有出油口和进油口，还设有用于取样检测的取样口。油箱1顶部设有导油口，底部还设有放油口，分别用于导入和放出抗燃油。

温控单元2安装在油箱1内，用于调节油箱1内抗燃油的循环温度，模拟各种现场工况，同时可进行油品加速老化试验。

动力单元3为油泵，作为本系统的驱动部件，可在额定工作压力和流量范围内任意调节。

过滤器4可安装不同的过滤器检验油品过滤性能，并检测过滤器自身的过滤性能。过滤器4的过滤精度为3μm，在过滤器4上安装有用于监测滤网前后压差的压差传感器8，并在过滤器4上安装有与压差传感器8连接的压力表，压力表用于显示压差传感器监测的压差。

液压油控制阀接口单元5具有两个，并排安装在过滤器4与扩容单元6之间的管道上。液压油控制阀接口单元5上安装有电磁阀、比例阀或伺服阀等液压油控制阀9，检验油品与典型液压油控制阀的适应性。

扩容单元6具有进油口和出油口，及中间用于模拟缓流的腔体，腔体与进油口和出油口导通。扩容单元6可模拟各种系统的缓流区域，例如蜗壳，同时可挂接O型圈、密封垫等各种测试件。

用于连接动力单元3和过滤器4的可拆卸的管道7，通过适应性接口可安装金属管、橡胶软管、金属软管等，可便捷的拆卸，用于检验液压油老化产物在管道的沉积，同时检验管道对油品的适应性。

为了更好的试验看燃油(更好的模拟抗燃油工作状态)，连接扩容单元6的出油口和油箱1的进油口的管道呈预设长度的弯曲状，例如管道呈U型或S型结构。

如图2所示，为了自动化控制整个系统及检测系统的变化，本核电厂抗燃油模拟试验系统还包括控制单元10，控制单元10分别与温控单元2、动力单元3、液压油控制阀9和压差传感器8信号连接，控制单元10用于控制油温、调节工作压力和流量、阀门开闭及间隔的读取压差值，控制单元10可通过人工设置自动控制抗燃油循环试验，并记录下压差值。

本实施例的核电厂抗燃油模拟试验系统的具体模拟试验过程如下：

1、选定试验技术参数；

(1)油泵额定工作压力35MPa，供阀工作压力13.8MPa，实际运行可在额定工作压力范围内调节；

(2)额定流量：40L/H，实际运行时可在额定流量范围内调节；

(3)循环控制油温：90℃，误差±2℃；

(4)试验抗燃油：FYRQUEL EHC；FYRQUEL EHC PLUS；TURBOFLUID 46SJ三种；

(5)油泵：轴向柱塞泵；

(6)油箱容积：200L。

2、试验；

三种抗燃油先后分为三个阶段进行试验；

第一阶段：TURBOFLUID 46SJ抗燃油在核电厂抗燃油模拟试验系统内运行4个月，每天巡检记录压差值。前60天每隔30天取样一次，之后每14天取样一次，试验样品一共取样7次，第一阶段试验完成后，抗燃油将油箱底部的放油口将油放出。

第二阶段：FYRQUEL EHC抗燃油运行130天，每天巡检记录压差值。前60天每隔30天取样一次，之后每14天取样一次，试验样品一共取样7次，第二阶段试验完成后，抗燃油将油箱底部的放油口将油放出；

第三阶段：FYRQUEL EHC PLUS抗燃油运行130天，每天巡检记录压差值。前60天每隔30天取样一次，之后每14天取样一次，试验样品一共取样7次，第三阶段试验完成后，抗燃油将油箱底部的放油口将油放出。

3、拆分检测；

拆卸下过滤器4、扩容单元6、可拆卸的管道7和液压油控制阀9，观察过滤器4、扩容单元6、可拆卸的管道7和液压油控制阀9内残留的抗燃油分析出抗燃油的特性及各部件自身特性。

经过三个阶段的试验后过滤器4、扩容单元6、可拆卸的管道7和液压油控制阀9内均无明显的油泥或胶状物存在。

4、过滤器压差变化；

如图3a、图3b和图3c分别为TURBOFLUID 46SJ、FYRQUEL EHC及FYRQUEL EHC PLUS三种抗燃油的滤网压差变化趋势图。

从滤网压差的变化可以看出随着试验的进行，三组试验的滤网压差逐步增大，这是因为在抗燃油不停的循环过程中，会或多或少将系统中的污染物带进油路循环，进而集聚在滤芯上。而且随着试验的进行，油品生成的氧化产物也会随着抗燃油的循环附着到滤芯上。

但总的来看，在试验结束时滤网压差都不是很大，最大的是TURBOFLUID46SJ到达35bar(可能与一阶段试验过程中台架改造带入了一定污染物有关)，说明试验过程中滤芯上集聚的杂质并不多，这也可以从过滤器拆解的状况看出。

5、油品理化试验对比分析；

从油箱取样口分别对三个阶段的抗燃油进行取样分析，分析项目包括酸值、空气释放值、体积电阻率、漆膜倾向指数、开口杯老化油泥析出和油泥生成量。

酸值；

酸值是量度在用油中因氧化而产生的酸性物质的指标，是在用润滑油在使用过程中氧化变质的重要判别指标。当运行油中酸值升高较快时，说明发生了老化或水解变质，酸值过高会对设备金属部件造成腐蚀。

图4a是三组试验过程中7次取样的检测数据绘制的酸值变化趋势图，其中样本0位为新油的值，其他图与此相同。

从趋势图可以看出，三组试验的酸值变化的整体趋势是在逐渐变大，这是由于随着试验的进行，油中不断有氧化的有机酸产物生成，使得油品的酸值上升。

从图4a可看出，TURBOFLUID 46SJ抗燃油酸值变化的趋势较为缓慢，试验结束时酸值最大值为0.042mgKOH/g；而FYRQUEL EHC抗燃油酸值增长较快，试验结束后酸值达到0.12mgKOH/g；FYRQUEL EHC PLUS增加最快，试验结束时酸值达到0.18，已超出控制值(≤0.15)。从酸值的变化趋势可以看出抗燃油的抗氧化性能TURBOFLUID 46SJ最优、FYRQUELEHC次之、FYRQUEL EHC PLUS最差。

根据DL/T 571-2007标准规定，运行中的抗燃油质量标准要求酸值≤0.15mgKOH/g。

(2)空气释放值；

空气释放值检测溶于油中空气释放出来的时间。如果溶于油品中的空气不能及时释放出来，导致油中夹带较多的空气，则会改变油的压缩性能，导致控制系统的控制信号失准，从而危及机组的安全运行。在高压的情况下，油中气泡破裂，会造成油系统压力波动，引起噪声和振动，对油系统设备产生损坏，同时气泡破裂时在破裂区域产生的高能及气体中的氧会使油发生氧化劣化。油中的泡沫还会造成油箱中的假油位，严重时导致跑油事故。

图4b是三组试验过程中7次取样检测数据绘制的空气释放值变化趋势图。

从趋势图上可以看出，空气释放值变化幅度最大的是TURBOFLUID 46SJ，其在用油空气释放值较新油变化幅度较大，并且试验过程中的7次监测值保持在10min上下波动；其次是FYRQUEL EHC，其7次监测值也保持在10min上下波动；最稳定的是FYRQUEL EHC PLUS，其在用油空气释放值较新油变化幅度小，并且7次监测值维持在5min上下波动。

从空气释放性能看，FYRQUEL EHC PLUS空气释放性能最优，FYRQUEL EHC与TURBOFLUID 46SJ相当。

根据DL/T 571-2007标准规定，运行中的抗燃油质量标准要求空气释放值≤10min。

(3)体积电阻率；

体积电阻率是评价抗燃油介电性能一项重要的控制指标，抗燃油在运行过程中，随着使用时间的延长，油品的老化、水解以及可导电物质的污染等，都会导致电阻率降低，抗燃油电阻率低会导致伺服阀等部件因电化学腐蚀作用而损坏。

图4c是三组试验过程中7次取样检测数据绘制的体积电阻率变化趋势图。从图中可以看出，TURBOFLUID 46SJ拥有较大的新油体积电阻率值(5.1×1010Ω·cm)，在7次在用油监测中，体积电阻率呈逐渐下降的趋势，但仍具备较大的值(＞1×1010Ω·cm)。相比较FYRQUEL EHC与FYRQUEL EHC PLUS新油的体积电阻率就较小，在试验过程中，体积电阻率也呈逐渐减少的趋势，最后都在5.0×109Ω·cm左右，小于在用抗燃油体积电阻率的控制值(≥6×109Ω·cm，DL/T 571-2007)。

体积电阻率可以反映新油的精制程度和在用油老化变质的程度。从三种抗燃油体积电阻率的变化中可以看出，TURBOFLUID 46SJ既具备良好的精制程度，也具备良好的抵御老化变质的能力，而FYRQUEL EHC、FYRQUEL EHC PLUS与之相比较则该项性能较差。

(4)漆膜倾向指数(MPC)；

漆膜倾向是评价润滑油生成漆膜的风险及潜力的指标。漆膜在使用一段时间的机械设备中普遍存在，特别是在汽轮机油中更为常见。漆膜有极性，容易吸附在金属零部件表面，会堵塞过滤器，造成设备润滑不良；会减少摩擦副表面间隙，增加摩擦，严重时导致阀芯粘结操作失灵；漆膜沉积在冷却器上，会导致散热不良，油温上升，加速油品氧化；漆膜上会附着固体颗粒，造成设备异常磨损。

图4d是三组试验过程中7次取样检测数据绘制的MPC变化趋势图。从图中可以看出三种抗燃油MPC总体的变化趋势是增大，FYRQUEL EHC与FYRQUEL EHC PLUS呈现更一致的逐渐增大的趋势，而TURBOFLUID 46SJ表现为波动。这是因为随着试验的进行，抗燃油在不断地降解，生成漆膜类物质的原因，使得漆膜倾向指数变大。像FYRQUEL EHC与FYRQUEL EHCPLUS试验中电磁阀阀杆上生成的物质就很可能是漆膜。

(5)油泥析出；

油泥析出评价抗燃油在一定条件下的抗老化的能力，通过油泥析出量的多少，判断油品抗老化能力的强弱。

从图4e油泥析出量的趋势变化可看出，TURBOFLUID 46SJ抗燃油油泥析出量明显少于FYRQUEL EHC与FYRQUEL EHC PLUS，表明TURBOFLUID 46SJ较FYRQUEL EHC与FYRQUELEHC PLUS具备更好的抗老化能力。

6、结论。

综合比较抗燃油TURBOFLUID 46SJ、FYRQUEL EHC与FYRQUEL EHC PLUS在台架试验中的表现，可以得出以下结论：

(1)抗燃油TURBOFLUID 46SJ、FYRQUEL EHC与FYRQUEL EHC PLUS三组核电厂抗燃油模拟试验系统试验中，电磁阀都没有出现卡涩的现象，台架系统中的管道和蜗壳内表面上均没有明显的油泥、胶体生成，过滤器滤网上也没有出现与油品劣化相关的物质。

但FYRQUEL EHC与FYRQUEL EHC PLUS试验结束后电磁阀阀杆上都有一片明显的“深色区域”，类似油品氧化产物附着形成；而TURBOFLUID 46SJ试验结束后两电磁阀阀杆上无明显生成物。

(2)理化参数对比分析表明，抗燃油TURBOFLUID 46SJ在酸值、体积电阻率、开口杯老化油泥析出量参数明显优于FYRQUEL EHC与FYRQUEL EHC PLUS。

空气释放性能上，FYRQUEL EHC PLUS表现较FYRQUEL EHC与TURBOFLUID 46SJ优；漆膜倾向指数三组试验油没有明显差异。

(3)综合抗燃油TURBOFLUID 46SJ、FYRQUEL EHC与FYRQUEL EHC PLUS在台架试验中的表现，抗燃油TURBOFLUID 46SJ的综合性能优于FYRQUEL EHC与FYRQUEL EHC PLUS。

本实施例的核电厂抗燃油模拟试验系统，由于包括油箱1、温控单元2、动力单元3、过滤器4、液压油控制阀接口单元5和扩容单元6形成的循环回路，可将抗燃油置于该循环回路中循环试验，测试结束后拆卸(并检查、检测)过滤器4、扩容单元6和可拆卸的管道7可判断出抗燃油的基本特性，并可通过对循环测试的抗燃油进行直接测试得出试验后抗燃油的性能，故本核电厂抗燃油模拟试验系统可有效模拟试验抗燃油的性能，为选择何种抗燃油提供参考。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (13)

1.一种核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，包括油箱、温控单元、动力单元、过滤器、液压油控制阀接口单元和扩容单元；所述温控单元安装在所述油箱内，用于控制油温；所述动力单元的一端与所述油箱的出油口连接，另一端通过可拆卸的管道与所述过滤器的入油口连接；所述过滤器的出油口通过管道与所述扩容单元的入油口连接，所述液压油控制阀接口单元安装在所述过滤器与扩容单元之间的管道上；所述扩容单元具有用于模拟缓流的并与进油口和出油口导通的腔体，所述扩容单元的出油口与油箱的进油口连接，形成循环回路。

2.如权利要求1所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，所述过滤器与扩容单元之间的管道上并排安装有两个所述液压油控制阀接口单元。

3.如权利要求2所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，所述液压油控制阀接口单元上安装有液压油控制阀。

4.如权利要求3所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，所述液压油控制阀为电磁阀、比例阀或伺服阀。

5.如权利要求3所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，所述油箱上设有用于取样测试的取样口。

6.如权利要求3所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，所述动力单元为可调节工作压力和流量的油泵。

7.如权利要求3所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，所述动力单元与过滤器之间连接的可拆卸的管道为金属管、橡胶软管或金属软管。

8.如权利要求3所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，所述过滤器上安装有用于监测滤网前后压差的压差传感器。

9.如权利要求8所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，所述过滤器上还安装有与所述压差传感器连接的压力表。

10.如权利要求9所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，所述过滤器的过滤精度为3μm。

11.如权利要求3所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，所述扩容单元的腔体内还安装测试件，所述测试件包括O型圈和密封垫。

12.如权利要求3所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，所述扩容单元的出油口与油箱的进油口通过预设长度的弯曲管道连接。

13.如权利要求8所述的核电厂抗燃油模拟试验系统，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元分别与所述温控单元、动力单元、液压油控制阀和压差传感器信号连接，所述控制单元用于控制油温、调节工作压力和流量、阀门开闭及间隔的读取压差值。