謝小強(qiáng)，蔣 波

(廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

1 000 MW機(jī)組主機(jī)潤(rùn)滑油水分超標(biāo)及軸承漏油治理

謝小強(qiáng)，蔣 波

(廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

介紹了某廠21 000 MW超超臨界機(jī)組主機(jī)潤(rùn)滑油含水量頻繁超標(biāo)以及1號(hào)軸承漏油的問題，分析了故障發(fā)生的主要原因，并提出了嚴(yán)格控制軸封壓力、優(yōu)化1號(hào)軸承處高壓缸體保溫層和對(duì)軸承座油擋進(jìn)行改造的綜合治理方案。方案實(shí)施后，徹底解決了機(jī)組潤(rùn)滑油含水量超標(biāo)及1號(hào)軸承漏油問題。

超超臨界機(jī)組；潤(rùn)滑油；軸承；漏油；氣密封油擋

0 引言

某廠2×1 000 MW超超臨界機(jī)組主機(jī)為N1000-26.25/600/600(TC4F)型汽輪機(jī)，主機(jī)潤(rùn)滑油采用集成式油站供油，每個(gè)油站均配備在線油凈化裝置。油凈化裝置集過濾顆粒物和脫水功能于一體，過濾流量為12 000 L/h。

自1號(hào)機(jī)組投產(chǎn)以來，頻繁出現(xiàn)主機(jī)潤(rùn)滑油含水量超標(biāo)的問題，其中主機(jī)的1號(hào)軸承還出現(xiàn)過滲油現(xiàn)象，嚴(yán)重危害機(jī)組的安全運(yùn)行。因此，有必要找出問題原因，以制定針對(duì)性的治理措施。

1 機(jī)組結(jié)構(gòu)

該機(jī)組為單軸四缸四排汽型，采用HMN型積木塊組合：1個(gè)單流圓筒型H30高壓缸，1個(gè)雙流M30中壓缸，2個(gè)雙流N30低壓缸。機(jī)組的5個(gè)軸承座均為落地布置，采用梳齒型油擋。除高壓轉(zhuǎn)子外，其余3根轉(zhuǎn)子為單軸承支撐，具有軸系短、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷高于70 %時(shí)，采用自密封式軸封系統(tǒng)，即將高、中壓缸軸端過量的軸封蒸汽引入軸封蒸汽母管以供低壓缸軸封；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于70 %時(shí)，則采用自密封與輔汽供軸封相結(jié)合的運(yùn)行方式。通過供汽調(diào)節(jié)閥和溢流調(diào)節(jié)閥來控制軸封蒸汽母管壓力。

2 故障現(xiàn)象

該廠1，2號(hào)機(jī)組分別于2010年10月和2011年4月投入商業(yè)運(yùn)行，機(jī)組投產(chǎn)后頻繁出現(xiàn)潤(rùn)滑油水分超標(biāo)的現(xiàn)象，并曾出現(xiàn)1號(hào)軸承漏油事件。故障特征如下。

(1) 在油凈化裝置脫水、排水正常的情況下，主機(jī)潤(rùn)滑油頻繁出現(xiàn)水分超標(biāo)現(xiàn)象，最大水分含量達(dá)到200 ppm，每天的排水總量達(dá)到60 L。2011年1月，1號(hào)機(jī)主機(jī)潤(rùn)滑油共進(jìn)行油質(zhì)化驗(yàn)31次，水分不合格的有28次，不合格率達(dá)90 %。

(2) 2011-05-06，1號(hào)機(jī)組停機(jī)過程中，在大軸轉(zhuǎn)速惰走至1 100 r/min時(shí)，1號(hào)軸承處出現(xiàn)滲油、冒煙現(xiàn)象。漏油發(fā)生后，檢修人員將1號(hào)軸承潤(rùn)滑油量適當(dāng)調(diào)小(進(jìn)油壓力由0.23 MPa調(diào)為0.15 MPa)，避免漏油繼續(xù)擴(kuò)大而引發(fā)火災(zāi)。

對(duì)1號(hào)軸承座外油擋進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn)，油擋密封齒間有大量油漬碳化結(jié)焦現(xiàn)象，堵塞了油擋的回油孔。

3 故障危害及原因分析

3.1 主機(jī)潤(rùn)滑油水分超標(biāo)

潤(rùn)滑油中含水量超標(biāo)會(huì)降低潤(rùn)滑效果、加劇設(shè)備老化，嚴(yán)重時(shí)影響油膜的形成，造成軸承損壞，嚴(yán)重危及機(jī)組的安全運(yùn)行。

經(jīng)分析并逐一排查可能導(dǎo)致汽輪機(jī)潤(rùn)滑油中進(jìn)水的原因，最終確認(rèn)汽輪機(jī)高壓缸軸封漏汽通過1號(hào)軸承座油擋進(jìn)入軸承箱是導(dǎo)致潤(rùn)滑油水分超標(biāo)的直接原因。而導(dǎo)致汽輪機(jī)軸封漏汽進(jìn)入軸承箱的原因主要有以下幾點(diǎn)。

(1) 由于安裝誤差或者機(jī)組運(yùn)行過程中動(dòng)靜碰磨，導(dǎo)致軸封密封齒與轉(zhuǎn)子徑向間隙超過了設(shè)計(jì)值，使軸封漏汽量增大。

(2) 軸封間隙增大后，為維持機(jī)組真空，必須提升軸封供汽量；同時(shí)軸封供汽壓力調(diào)節(jié)性能差，不能快速適應(yīng)工況的變化，從而造成軸封蒸汽外漏量增大。

(3) 高壓缸調(diào)端軸封體與1號(hào)軸承箱油擋距離較近，軸封漏汽擴(kuò)散性差，很容易進(jìn)入微負(fù)壓的軸承箱。西門子公司1 000 MW超超臨界組汽輪機(jī)高壓缸調(diào)端軸封體與1號(hào)軸承油擋距離僅有65 mm，軸封體包上保溫層后，與軸承油擋幾乎緊貼，加重了軸封漏汽不易擴(kuò)散的問題。

(4) 軸承箱油擋在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于動(dòng)靜碰磨，其密封間隙會(huì)增大，也增加了軸封漏汽的吸入量。

3.2 軸承箱油擋漏油

潤(rùn)滑油通過軸承箱油擋外漏很容易引發(fā)火災(zāi)，從而危及機(jī)組的運(yùn)行安全。通過對(duì)設(shè)備解體檢查，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行工況等分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致1號(hào)軸承座油擋漏油的主要原因有：

(1) 安裝誤差或在運(yùn)行中動(dòng)靜碰磨導(dǎo)致油擋密封間隙增大；

(2) 大型機(jī)組為縮短軸系長(zhǎng)度，軸瓦與外油擋設(shè)計(jì)距離較近，瓦體油擋為單級(jí)密封齒且間隙較大，軸瓦回油很容易被甩至外油擋處；

(3) 軸承室負(fù)壓過小，導(dǎo)致外油擋回油不暢；

(4) 啟、停機(jī)過程中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低，潤(rùn)滑油沿軸頸從外油擋滲出；

(5) 油擋因油漬碳化結(jié)焦，堵塞回油孔，導(dǎo)致油擋回油不暢。

4 治理措施

根據(jù)上述分析可知，該廠存在的主機(jī)潤(rùn)滑油水分超標(biāo)及1號(hào)軸承漏油的問題由多種原因造成，有設(shè)備結(jié)構(gòu)問題，也有運(yùn)行操作問題，部分故障原因還存在相互間的因果關(guān)系。另外，由于汽輪機(jī)缸體軸封蒸汽外漏問題很難完全消除，降低軸承箱負(fù)壓也將影響外油擋的回油，而且油擋間隙在機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后必將增大且無法在線調(diào)整。因此，傳統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整措施很難徹底根除上述問題。為此，提出嚴(yán)格控制軸封壓力、優(yōu)化1號(hào)軸承處高壓缸體保溫層及采用氣密封油擋替代原梳齒型油擋進(jìn)行綜合治理的方案。

4.1 控制軸封母管蒸汽壓力

根據(jù)機(jī)組軸封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，高壓缸軸封蒸汽被引入軸封蒸汽母管，當(dāng)軸封母管蒸汽壓力過高時(shí)，會(huì)增加高壓缸軸封蒸汽外漏量。但為了維持低壓缸軸封密封，軸封蒸汽壓力又不宜過低。因此，需要對(duì)機(jī)組軸封系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。

(1) 提升軸封供汽調(diào)節(jié)閥和溢流調(diào)節(jié)閥定位器的控制精度(由原來的2 %調(diào)整為0.5 %)，以提高軸封系統(tǒng)適應(yīng)機(jī)組工況變化的能力。

(2) 將軸封蒸汽母管壓力維持在15-18 kPa范圍內(nèi)。

4.2 調(diào)整高壓缸調(diào)端軸封保溫層

由于高壓缸調(diào)端軸封體距離1號(hào)軸承座外油擋僅65 mm，按照傳統(tǒng)的缸體保溫型式，保溫層勢(shì)必會(huì)將軸封體與軸封箱之間的空間填滿，從而影響軸封外漏蒸汽的擴(kuò)散。因此，該廠對(duì)原保溫層進(jìn)行調(diào)整，在不影響缸體保溫性能的前提下，將軸封體附近的保溫層沿徑向向外擴(kuò)大15 cm，并將保溫層盡量貼住缸體，以使保溫層與軸承座油擋間有一定間隙，方便外漏的軸封蒸汽擴(kuò)散。

4.3 用氣密性油擋替代原梳齒型油擋

4.3.1 氣密封油檔結(jié)構(gòu)及工作原理

氣密封油擋保留了原梳齒型油擋的基本結(jié)構(gòu)，并在油擋本體內(nèi)部設(shè)一道環(huán)形均壓室，然后通過管路向油擋本體內(nèi)引入干燥的壓縮空氣。壓縮空氣通過氣密封油擋的均壓室均勻分配到油檔內(nèi)部的密封齒中間，使油擋軸向位置中部形成正壓區(qū)，氣密封油擋結(jié)構(gòu)如圖1所示。進(jìn)入油擋密封齒的壓縮空氣沿轉(zhuǎn)軸分2個(gè)方向向低壓區(qū)擴(kuò)散，其中一股氣流向軸承箱外流動(dòng)，這股氣流阻止軸封漏汽及雜質(zhì)進(jìn)入軸承箱內(nèi)，氣流壓力通過壓縮空氣管路上的閥門來控制，因?yàn)檩S封漏汽是漏向大氣，相對(duì)壓力低，只要這股氣流壓力略高于大氣壓即可；另一股氣流則沿軸向流向軸承箱內(nèi)，被排煙系統(tǒng)排走，這股氣流在向內(nèi)流動(dòng)過程中阻止了軸頸上的油向外流，防止油擋漏油。

由以上描述可知，氣密封油擋設(shè)計(jì)上具有雙重密封：氣壓密封和梳齒式密封，確保在使用過程中如果壓縮空氣突然中斷，其梳齒式密封結(jié)構(gòu)也能起到密封效果，提高了運(yùn)行可靠性。

圖1 氣密封油擋結(jié)構(gòu)

4.3.2 氣密封油擋供氣系統(tǒng)

為確保進(jìn)入油擋的壓縮空氣清潔干凈，系統(tǒng)所用的壓縮空氣氣源選用廠房?jī)?nèi)儀用壓縮空氣。系統(tǒng)壓縮空氣通過1根DN25的不銹鋼管從汽機(jī)房0 m儀用壓縮空氣環(huán)形母管引至15.5 m平臺(tái)汽輪機(jī)區(qū)域，經(jīng)過空氣過濾器的過濾后，由DN6支管分別引入各軸承室油擋。進(jìn)氣口安裝有單向閥，保證水不會(huì)倒流進(jìn)汽道。壓縮空氣管路在汽輪機(jī)平臺(tái)區(qū)域隨潤(rùn)滑油管路引至各軸承處，具體布置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整，氣密封油擋供氣系統(tǒng)如圖2所示。每套油擋設(shè)2個(gè)外部進(jìn)氣口，并互成90°均勻布置于油擋上半部。

5 方案實(shí)施及效果

根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)軸封漏汽、油擋漏油情況，于2011年2月完成1，2號(hào)機(jī)組軸封系統(tǒng)供汽調(diào)節(jié)閥、溢流調(diào)節(jié)閥控制精度以及軸封蒸汽母管壓力控制邏輯優(yōu)化，并于2011年5月完成1，2號(hào)機(jī)組1號(hào)軸承座的氣密封油擋改造。由于氣密封油擋主體結(jié)構(gòu)與原梳齒型油擋基本相同，因此，新油擋安裝可按原標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。油擋供氣管道使用不銹鋼管道并采用氬弧焊焊接，安裝后管路需進(jìn)行吹掃，保證管道內(nèi)壁潔凈、無雜質(zhì)，以免雜質(zhì)隨壓縮空氣進(jìn)入軸承箱污染潤(rùn)滑油。各軸承油擋供氣量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整，以不進(jìn)汽、不漏油為準(zhǔn)。

綜合治理前，該廠主機(jī)潤(rùn)滑油水分超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重，需保持油凈化裝置每天24 h持續(xù)運(yùn)行，并額外再加裝2臺(tái)流量為12 000 L/h的臨時(shí)油凈化裝置連續(xù)濾，即便如此也難保油質(zhì)合格，油凈化裝置每天的排水總量達(dá)到60 L。在1號(hào)機(jī)完成綜合治理之前的2011年1月，油質(zhì)水分不合格率達(dá)到90 %，因加裝臨時(shí)油凈化裝置，消耗的人力、物力費(fèi)用達(dá)到近10萬元。

圖2 氣密封油擋供氣系統(tǒng)

2011年5月，1，2號(hào)機(jī)組主機(jī)潤(rùn)滑油水分超標(biāo)及1號(hào)軸承漏油綜合治理項(xiàng)目完成之后，至今機(jī)組已運(yùn)行近5年，在油凈化裝置正常運(yùn)行情況下，主機(jī)潤(rùn)滑油水分檢驗(yàn)指標(biāo)全部合格，油凈化裝置排水量每天約為200 mL，且油凈化裝置濾芯也僅在機(jī)組進(jìn)行大小修時(shí)例行更換。另外，1號(hào)軸承座油擋漏油現(xiàn)象也得到徹底根治。

經(jīng)治理后，主機(jī)潤(rùn)滑油水分超標(biāo)及1號(hào)軸承漏油問題得到顯著控制，消除了機(jī)組的安全隱患，節(jié)省了因不斷濾油而產(chǎn)生的大量財(cái)力和人力消耗。

6 結(jié)束語

主機(jī)潤(rùn)滑油水分超標(biāo)及1號(hào)軸承漏油綜合治理項(xiàng)目實(shí)施至今已穩(wěn)定運(yùn)行近5年，完全達(dá)到了阻止軸封漏汽、外部雜質(zhì)進(jìn)入軸承箱以及防止?jié)櫥屯饴┑哪康?，確保了機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)的安全，值得在其他同類型機(jī)組和設(shè)備上推廣應(yīng)用。

1 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)．GB/T 7596—2000電廠運(yùn)行中汽輪機(jī)油質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

2 陳 聲，韓興全．汽輪機(jī)油擋正壓密封設(shè)計(jì)[J]．華電技術(shù)，2008，30(11)：38-42.

2016-07-06。

謝小強(qiáng)(1972-)，男，工程師，主要從事火電廠設(shè)備檢修管理，email：172567276@qq.com。

蔣 波(1983-)，男，工程師，主要從事電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能與設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)等方面的研究。