CN108663213A - 一种核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统，包括旁路机构、金属颗粒探测器和在线监测设备；旁路机构并接在润滑油主管道上，在核电厂应急柴油机进行定期试验时将润滑油主管道内润滑油引出，包括第一及第二旁路管道、入口阀、出口阀和取样阀；金属颗粒探测器设于第一旁路管道上并位于入口阀和出口阀之间，在入口和出口阀均开启时实时探测第一旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据；在线监测设备连接金属颗粒探测器，接收金属颗粒探测器探测的相关数据并处理分析来确定EDG内部机械元件的磨损状态和性能。实施本发明，对润滑油的磨粒实时监测，满足离线取样检测需求，提高EDG故障预警能力和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及核安全技术领域，尤其涉及一种核电厂应急柴油机（EmergencyDiesel Generator，EDG）润滑油的在线颗粒监测系统及方法。
背景技术
核电厂的EDG在正常运行过程中，时有发生发电机组轴瓦烧损及抱轴、柴油机拉缸、活塞破损、齿轮系统损坏等重大机械故障，一旦未能提前对上述故障进行预警，则最终会导致EDG的重要部件损坏，造成重大经济损失，给核电厂安全运行带来重大安全隐患。因此，有必要对核电厂EDG的在线状态监测系统进行升级或改进，用以提高状态监测水平，提前发现相关故障的征兆，从而避免重大设备损坏。
研究表明，EDG内部金属元件在运行过程中相互接触摩擦，会造成一定程度的磨损而使磨粒进入润滑油中，因此，可以通过分析EDG润滑油中金属颗粒的情况来监测EDG内部机械元件的磨损状态和性能，并以此来判断EDG的运行工况和预报故障的发生部位及类型，从而能够尽早发现EDG各部件在运行中产生的早期缺陷，提前介入EDG进行预防性维修，防止EDG不可用或损坏。
在现有技术中，很多学者和研究人员对核电厂EDG润滑油回路的监测进行了深入的研究。例如，一种核电厂EDG润滑油回路的监测手段包括仅能在线监测润滑油主油路的压力和温度以及对润滑油成分仅能采用离线监测方式进行化验分析，但是这种监测方式不仅在线监测手段不完善，而且离线检测手段仅能采用取样分析，存在时效性较差的问题，并且还存在润滑油离线取样检测结果未能完全体现EDG异常的问题，主要是因为润滑油离线取样时EDG已停运较长时间，较重的金属颗粒都会沉积至润滑油底部，导致取样的数量有限，且润滑油回路50目滤网已将部分磨粒过滤，使得取样数据不完善。又如，申请号为201210179984.5，名称为柴油机润滑油在线监测系统的发明专利，公开了油液自动循环采集模块包括顺序连接的定压阀、功能油池、微量泵以及与功能油池连接的控制阀，该油液自动循环采集模块用于实时采集柴油机回油管路润滑油，但是整个系统涉及部件多，结构复杂，增加了故障的概率，不适合核电厂EDG使用；采集的润滑油经过功能油池的积累，监测到的颗粒信息与实际相比存在一定的迟滞性，且采集的润滑油经过功能油池的积累，可能使颗粒沉积至底部，影响测量结果的准确性；系统仅具有在线监测功能，未设置离线取样点，未考虑到对油样进行详细的离线化验分析的需求，且该系统未考虑核电厂系统与设备的安全设计要求，在地震工况下的可靠性值得商榷，不适用于核电厂。又如，任国军，谭德荣，曲金玉等人提出的一种柴油机润滑油污染度的在线监测技术，为了准确获得油液中颗粒分布，需对整个测量系统精心设计，以满足实验系统对光路的严格要求，该测量系统包括光源、测量区、光探测器、数据采集和信号处理等部分，但是该测量系统结构复杂，其涉及的光系统精密程度较高，若安装在EDG上，温度高、振动大的工作环境将影响其测量结果的准确性，而且还包含光导纤维、玻璃透镜等部件，不能保证地震工况下的完整性及功能性。又如，刘岩，谢友柏，黄广龙，赵方，韩勇等人提出的一种摩擦学状态在线监测系统的研究，将取样进油管和出油管与柴油机曲轴箱回油管相连，在油泵作用下，以吸油方式将油流吸入系统，而油道切换装置适用于两机监测，当选定一组进、出油管之后，油流先经三通电磁阀进入铁磁性磨粒探测器，然后进入润滑油质量探测器，最后经油泵排回至柴油机，但是该在线监测系统中，润滑油需先后经过油路转换器、铁磁性粒子探测器、油质量探测器等部件，存在一定的迟滞性，且磨粒可能在油路转换器中积累，影响测量的准确性，且该在线监测系统中采用了电磁阀和油泵，需接电源并新增控制器，增加了故障的概率；同时，该在线监测系统针对舰船用柴油机设计，其设备选型、布置等未考虑抗震性能，不符合核电厂的安全设计要求，不适用于核电厂。
因此，亟需一种适用于核电厂中应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统及方法，不仅能够对润滑油中的磨粒进行实时监测，同时还能满足离线取样检测的需求，具有实现简单、稳定可靠、高抗震性能等特点，达到提高EDG故障预警的能力和可靠性的目的。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统及方法，不仅能对润滑油中的磨粒进行实时监测，还能满足离线取样检测的需求，具有实现简单、稳定可靠、高抗震性能等特点，提高了EDG故障预警的能力和可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统，包括旁路机构、金属颗粒探测器和在线监测设备；其中，
所述旁路机构并接在将润滑油泵和过滤器连接在一起的润滑油主管道上，用于核电厂应急柴油机进行定期试验时，待实现与所述润滑油主管道相导通后，将所述润滑油主管道内的润滑油引出；
其中，所述旁路机构包括第一旁路管道、第二旁路管道、入口阀、出口阀和取样阀；所述第一旁路管道的两端并接在所述润滑油主管道上并与所述润滑油主管道形成连通的回路；所述第二旁路管道的一端贯穿所述第一旁路管道的一侧内壁并与所述第一旁路管道相连通，另一端设有所述取样阀；所述入口阀和所述出口阀均设置于所述第一旁路管道上并分别位于所述第二旁路管道的两侧，且所述入口阀靠近所述润滑油泵一侧设置，所述出口阀靠近所述过滤器一侧设置；
所述金属颗粒探测器设置于所述第一旁路管道上并位于所述入口阀和所述出口阀之间，用于所述第一旁路管道上的入口阀和出口阀均开启时，实时探测流经所述第一旁路管道内的润滑油所携带金属颗粒的相关数据；
所述在线监测设备与所述金属颗粒探测器相连，用于实时接收所述金属颗粒探测器探测到的第一旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据并处理分析，且根据处理分析结果，在线确定所述核电厂应急柴油机内部机械元件的磨损状态和性能。
其中，所述旁路机构还包括：设置于所述第一旁路管道上的止回阀，且所述止回阀位于所述入口阀和所述出口阀之间。
其中，所述入口阀、出口阀和取样阀均为手动隔离阀。
其中，所述入口阀、出口阀和取样阀均符合核电厂抗震性能指标中的1A级选型要求。
其中，所述第一旁路管道和所述第二旁路管道均符合核电厂抗震性能指标中的1F级选型要求。
其中，所述旁路机构、金属颗粒探测器和在线监测设备所形成的整体结构符合核电厂抗震性能指标中的1I级要求。
本发明实施例还提供了一种核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测方法，其在前述的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统上实现，所述方法包括以下步骤：
检测核电厂应急柴油机的运行情况；
当检测到所述核电厂应急柴油机处于定期试验状态时，可开启旁路机构中的入口阀和出口阀，并通过金属颗粒探测器实时探测第一旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据；
利用在线监测设备实时接收所述金属颗粒探测器探测到的第一旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据并处理分析，且根据处理分析结果，在线确定所述核电厂应急柴油机内部机械元件的磨损状态和性能。
其中，所述方法进一步包括：
开启第二旁路管道上的取样阀，获取所述第二旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据，并对所述获取到的第二旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据进行离线分析，进一步确定所述核电厂应急柴油机内部机械元件的磨损状态和性能。
其中，所述入口阀、出口阀和取样阀均为手动隔离阀。
其中，所述入口阀、出口阀和取样阀均符合核电厂抗震性能指标中的1A级选型要求，且所述第一旁路管道和所述第二旁路管道均符合核电厂抗震性能指标中的1F级选型要求。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明实施例中，在核电厂EDG进行定期试验且旁路机构开启时，通过金属颗粒探测器探测到的第一旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据，并由在线监测设备处理分析后，能够在线确定EDG内部机械元件的磨损状态和性能，从而通过对EDG润滑油金属颗粒的实时监测，实现了对EDG运行状态及内部机械元件性能的在线监测，因此在保证功能性的前提下不仅结构较简单，易于实现，还解决了在线监测的时效性问题；
2、本发明实施例中，入口阀、出口阀及取样阀均采用手动隔离阀，相比电动阀、气动阀等来说，入口阀、出口阀及取样阀手动操作具有可靠性高，故障风险低等优点，并且入口阀和出口阀仅在EDG做试验时打开（离线取样阀除外），试验完毕后关闭，而在EDG应急启动期间，手动隔离阀保持关闭状态，因此不影响系统的安全功能；
3、本发明实施例中，通过入口阀、出口阀同时开启来实现对润滑油金属颗粒在线监测，并在在线监测的基础上，通过设置第二旁路管道及其上的取样阀来增设离线取样点，用以满足对润滑油进行离线检测的需求；
4、本发明实施例中，入口阀、出口阀及取样阀按照1A级选型，第一旁路管道和所述第二旁路管道按照1F级选型，整体结构（包括旁路机构、金属颗粒探测器和在线监测设备，以及设置在管道或阀门上的支架等）满足1I级的抗震要求，进而保证了地震工况下，使得整个在线监测系统不会导致EDG的润滑油发生泄漏而影响EDG的安全功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例一提供的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统的连接结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例一中，提供的一种核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统，包括旁路机构1、金属颗粒探测器T和在线监测设备X；其中，
旁路机构1并接在将润滑油泵P和过滤器S连接在一起的润滑油主管道L0上，用于核电厂应急柴油机（未图示）进行定期试验时，待实现与润滑油主管道L0相导通后，将润滑油主管道L1内的润滑油引出；
其中，旁路机构1包括第一旁路管道L11、第二旁路管道L12、入口阀11、出口阀12和取样阀13；第一旁路管道L12的两端并接在润滑油主管道L0上并与润滑油主管道L0形成连通的回路；第二旁路管道L12的一端贯穿第一旁路管道L11的一侧内壁并与第一旁路管道L11相连通，另一端设有取样阀13；入口阀11和出口阀12均设置于第一旁路管道L11上并分别位于第二旁路管道L12的两侧，且入口阀11靠近润滑油泵P一侧设置，出口阀12靠近过滤器S一侧设置；
金属颗粒探测器T设置于第一旁路管道L11上并位于入口阀11和出口阀12之间，用于第一旁路管道L11上的入口阀11和出口阀12均开启时，实时探测流经第一旁路管道L11内的润滑油所携带金属颗粒的相关数据；
在线监测设备X与金属颗粒探测器T相连，用于实时接收金属颗粒探测器T探测到的第一旁路管道L11内润滑油所携带金属颗粒的相关数据并处理分析，且根据处理分析结果，在线确定核电厂应急柴油机内部机械元件的磨损状态和性能。
应当说明的是，入口阀11和出口阀12仅在核电厂EDG做试验时打开（即核电厂应急柴油机进行定期试验时），使得第一旁路管道L11实现与润滑油主管道L0相导通后能够将润滑油主管道L1内的润滑油引出，此时金属颗粒探测器T才能实时探测到第一旁路管道L11内润滑油所携带金属颗粒的相关数据，并由在线监测设备X处理分析后，在线确定核电厂EDG内部机械元件的磨损状态和性能，在保证功能性的前提下不仅结构较简单，易于实现，还解决了在线监测的时效性问题。
而在试验完毕后，关闭入口阀11和出口阀12，并且在EDG应急启动期间，入口阀11和出口阀12也始终保持关闭状态，因此不影响系统的安全功能。
同时，由于在第一旁路管道L11上增设相连通的第二旁路管道L12及取样阀13，用以在在线监测的基础上增设了离线取样点，从而可以满足对润滑油进行离线检测的需求。
可以理解的是，第二旁路管道L12不管设置于入口阀11和金属颗粒探测器T之间，还是设置于金属颗粒探测器T和出口阀12之间，都不会影响对润滑油进行离线检测的需求。
在本发明实施例一中，为了防止第一旁路管道L11内的润滑油回流而影响实时监测的准确性，因此有必要在旁路机构1的第一旁路管道上设置止回阀14，且该止回阀14位于入口阀11和出口阀12之间。当然，止回阀14设置于金属颗粒探测器T靠近入口阀11的一侧，还是设置于金属颗粒探测器T靠近出口阀12的一侧，都可以防止第一旁路管道L11内的润滑油回流。
在本发明实施例一中，入口阀11、出口阀12和取样阀13均为手动隔离阀，相比电动阀、气动阀等来说，手动操作的入口阀11、出口阀12和取样阀13具有可靠性高，故障风险低等优点。
在本发明实施例一中，为了保证地震工况下，整个在线监测系统不会导致EDG的润滑油发生泄漏而影响EDG的安全功能，因此有必要对本发明实施例一中的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统及其部件进行抗震要求设计。此时，入口阀11、出口阀12和取样阀13均符合核电厂抗震性能指标中的1A级选型要求；第一旁路管道L11和第二旁路管道L12均符合核电厂抗震性能指标中的1F级选型要求；旁路机构1、金属颗粒探测器T和在线监测设备X所形成的整体结构符合核电厂抗震性能指标中的1I级要求。
应当说明的是，1A（Action）是指在安全停堆地震载荷下，针对能动设备而言，有可运行能力要求，用以保证其运动部件或机构的良好运行功能；1F（Function）是指在安全停堆地震载荷下，不仅要求保证其壳体完整性，还应保持功能性的设备，限制其变形，从而确保要求的流体流量；1I（Integrity）是指在安全停堆地震载荷下，要求保证其壳体完整性的设备，没有提出对变形的限制条件。
如图2所示，为本发明实施例二中，提供的一种核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测方法，其在本发明实施例一中的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统上实现，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、检测核电厂应急柴油机的运行情况；
步骤S2、当检测到所述核电厂应急柴油机处于定期试验状态时，可开启旁路机构中的入口阀和出口阀，并通过金属颗粒探测器实时探测第一旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据；
步骤S3、利用在线监测设备实时接收所述金属颗粒探测器探测到的第一旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据并处理分析，且根据处理分析结果，在线确定所述核电厂应急柴油机内部机械元件的磨损状态和性能。
其中，所述方法进一步包括：
开启第二旁路管道上的取样阀，获取所述第二旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据，并对所述获取到的第二旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据进行离线分析，进一步确定所述核电厂应急柴油机内部机械元件的磨损状态和性能。
其中，所述入口阀、出口阀和取样阀均为手动隔离阀。
其中，所述入口阀、出口阀和取样阀均符合核电厂抗震性能指标中的1A级选型要求，且所述第一旁路管道和所述第二旁路管道均符合核电厂抗震性能指标中的1F级选型要求。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明实施例中，在核电厂EDG进行定期试验且旁路机构开启时，通过金属颗粒探测器探测到的第一旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据，并由在线监测设备处理分析后，能够在线确定EDG内部机械元件的磨损状态和性能，从而通过对EDG润滑油金属颗粒的实时监测，实现了对EDG运行状态及内部机械元件性能的在线监测，因此在保证功能性的前提下不仅结构较简单，易于实现，还解决了在线监测的时效性问题；
2、本发明实施例中，入口阀、出口阀及取样阀均采用手动隔离阀，相比电动阀、气动阀等来说，入口阀、出口阀及取样阀手动操作具有可靠性高，故障风险低等优点，并且入口阀和出口阀仅在EDG做试验时打开（离线取样阀除外），试验完毕后关闭，而在EDG应急启动期间，手动隔离阀保持关闭状态，因此不影响系统的安全功能；
3、本发明实施例中，通过入口阀、出口阀同时开启来实现对润滑油金属颗粒在线监测，并在在线监测的基础上，通过设置第二旁路管道及其上的取样阀来增设离线取样点，用以满足对润滑油进行离线检测的需求；
4、本发明实施例中，入口阀、出口阀及取样阀按照1A级选型，第一旁路管道和所述第二旁路管道按照1F级选型，整体结构（包括旁路机构、金属颗粒探测器和在线监测设备，以及设置在管道或阀门上的支架等）满足1I级的抗震要求，进而保证了地震工况下，使得整个在线监测系统不会导致EDG的润滑油发生泄漏而影响EDG的安全功能。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统，其特征在于，包括旁路机构、金属颗粒探测器和在线监测设备；其中，
所述旁路机构并接在将润滑油泵和过滤器连接在一起的润滑油主管道上，用于核电厂应急柴油机进行定期试验时，待实现与所述润滑油主管道相导通后，将所述润滑油主管道内的润滑油引出；
其中，所述旁路机构包括第一旁路管道、第二旁路管道、入口阀、出口阀和取样阀；所述第一旁路管道的两端并接在所述润滑油主管道上并与所述润滑油主管道形成连通的回路；所述第二旁路管道的一端贯穿所述第一旁路管道的一侧内壁并与所述第一旁路管道相连通，另一端设有所述取样阀；所述入口阀和所述出口阀均设置于所述第一旁路管道上并分别位于所述第二旁路管道的两侧，且所述入口阀靠近所述润滑油泵一侧设置，所述出口阀靠近所述过滤器一侧设置；
所述金属颗粒探测器设置于所述第一旁路管道上并位于所述入口阀和所述出口阀之间，用于所述第一旁路管道上的入口阀和出口阀均开启时，实时探测流经所述第一旁路管道内的润滑油所携带金属颗粒的相关数据；
所述在线监测设备与所述金属颗粒探测器相连，用于实时接收所述金属颗粒探测器探测到的第一旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据并处理分析，且根据处理分析结果，在线确定所述核电厂应急柴油机内部机械元件的磨损状态和性能。
2.如权利要求1所述的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统，其特征在于，所述旁路机构还包括：设置于所述第一旁路管道上的止回阀，且所述止回阀位于所述入口阀和所述出口阀之间。
3.如权利要求2所述的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统，其特征在于，所述入口阀、出口阀和取样阀均为手动隔离阀。
4.如权利要求3所述的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统，其特征在于，所述入口阀、出口阀和取样阀均符合核电厂抗震性能指标中的1A级选型要求。
5.如权利要求4所述的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统，其特征在于，所述第一旁路管道和所述第二旁路管道均符合核电厂抗震性能指标中的1F级选型要求。
6.如权利要求5所述的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统，其特征在于，所述旁路机构、金属颗粒探测器和在线监测设备所形成的整体结构符合核电厂抗震性能指标中的1I级要求。
7.一种核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测方法，其特征在于，其在如权利要求1-6中任一项所述的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测系统上实现，所述方法包括以下步骤：
检测核电厂应急柴油机的运行情况；
当检测到所述核电厂应急柴油机处于定期试验状态时，可开启旁路机构中的入口阀和出口阀，并通过金属颗粒探测器实时探测第一旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据；
利用在线监测设备实时接收所述金属颗粒探测器探测到的第一旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据并处理分析，且根据处理分析结果，在线确定所述核电厂应急柴油机内部机械元件的磨损状态和性能。
8.如权利要求7所述的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
开启第二旁路管道上的取样阀，获取所述第二旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据，并对所述获取到的第二旁路管道内润滑油所携带金属颗粒的相关数据进行离线分析，进一步确定所述核电厂应急柴油机内部机械元件的磨损状态和性能。
9.如权利要求8所述的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测方法，其特征在于，所述入口阀、出口阀和取样阀均为手动隔离阀。
10.如权利要求9所述的核电厂应急柴油机润滑油的在线颗粒监测方法，其特征在于，所述入口阀、出口阀和取样阀均符合核电厂抗震性能指标中的1A级选型要求，且所述第一旁路管道和所述第二旁路管道均符合核电厂抗震性能指标中的1F级选型要求。
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