因主油箱油位測量引發(fā)的誤停機事故分析

王林暉

(山東核電有限公司，山東 煙臺 265116)

0 引言

汽輪機潤滑油系統(tǒng)是汽輪機設(shè)備的一個重要組成部分。由于不同制造廠生產(chǎn)的汽輪發(fā)電機組整體布置各不相同，所以，潤滑油系統(tǒng)的具體設(shè)置也存在差異。對于目前國內(nèi)單機容量為600 MW的大型汽輪機來說，潤滑油系統(tǒng)的主要任務(wù)幾乎是完全一致的，即可靠地向汽輪發(fā)電機組的各個軸承(包括支承軸承和推力軸承)、盤車裝置、頂軸裝置提供合格的潤滑油、冷卻油和頂軸油。

若潤滑油系統(tǒng)出現(xiàn)異常會威脅汽輪機設(shè)備的安全運行，嚴重時會導(dǎo)致汽輪機燒瓦、大軸彎曲、轉(zhuǎn)子動/靜摩擦，甚至?xí)?dǎo)致整機損壞等惡性事故的發(fā)生。在實際運行中，因潤滑油系統(tǒng)故障而被迫停機的事故時有發(fā)生，因停運潤滑油系統(tǒng)受到汽輪機缸溫、盤車等諸多因素的制約，處理過程一般較長，給發(fā)電企業(yè)帶來極大的損失。因此，加強對以往類似事故的分析與總結(jié)，強化對汽輪機潤滑油系統(tǒng)的管理與監(jiān)視，才能做到防患于未然。

1 200 MW機組潤滑油系統(tǒng)概況

鄭州市鄭東新區(qū)熱電有限公司一期工程為2臺200 MW機組，機組采用東方汽輪機廠生產(chǎn)的C200/140－12.75/0.245/535/535－1型超高壓、單軸﹑一次中間再熱﹑三缸兩排汽﹑抽汽﹑凝汽式供熱汽輪機。

潤滑油系統(tǒng)采用的是組裝油箱(以下簡稱主油箱)，如圖1所示。高壓啟動油泵、交流潤滑油泵和直流潤滑油泵安裝在主油箱蓋板上，2臺射油器安裝在主油箱內(nèi)。#1射油器向主油泵入口供油，#2射油器向潤滑系統(tǒng)供油。主油泵裝在汽輪機前軸承箱內(nèi)，通過齒型聯(lián)軸器由汽輪機轉(zhuǎn)子帶動。主油泵的作用是在正常運行時，除供危急遮斷器(低壓保安油)、隔膜閥用油(低壓保安油)外，還向2臺射油器供高壓油。

2 事故過程

2009－07－27，#1機組正常運行，負荷為160 MW。2009－07－27 T 16:25，運行人員在監(jiān)盤過程中檢查發(fā)現(xiàn)#1機組交、直流潤滑油泵和高壓啟動油泵同時聯(lián)鎖啟動，主油泵出口壓力(就地壓力表)在0.15～1.70 MPa擺動。在就地檢查時，能聽到主油泵有明顯的間斷性打空和抽吸聲音。查主油箱就地油位計在1 650 mm，并無異常。查看潤滑油壓歷史曲線時發(fā)現(xiàn)異常，2009－07－27 T 16:24:58，潤滑油壓突然由0.12 MPa下降到0.04 MPa，低壓保安油壓由2.00 MPa下降到 0.60 ～1.70 MPa，分別達到了交、直流潤滑油泵和高壓啟動油泵聯(lián)動的定值，證明交、直流潤滑油泵和高壓啟動油泵聯(lián)動是正常的。另外，主油泵出口壓力的波動，勢必會造成潤滑油壓和低壓保安油壓的下降，與前述3臺油泵聯(lián)鎖啟動相吻合。

潤滑油系統(tǒng)各設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)程度很高，相互影響因素很多，一時不易判斷故障所在。主油泵有明顯異常的聲音，交、直流潤滑油泵同時運行方可保持潤滑油壓在合格運行范圍，為保證機組安全，鄭州市鄭東新區(qū)熱電有限公司決定當即將#1機組停機進行檢查和處理。

3 故障分析

(1)從故障現(xiàn)象來看，首先是低壓保安油壓和潤滑油壓幾乎同時降低，分別導(dǎo)致交、直流潤滑油泵和高壓啟動油泵聯(lián)鎖啟動。

(2)從就地情況來看，主油泵出口壓力出現(xiàn)間歇性大幅擺動，主油泵本體發(fā)出嘯叫聲，但機組本體振動無明顯變化。

綜合以上分析，筆者認為故障發(fā)生點在主油泵處或#1射油器處，理由如下:

圖1 潤滑油系統(tǒng)

(1)若主油泵發(fā)生故障，則葉片斷裂和聯(lián)軸器松動會造成其出力下降，還會造成主油泵出口的低壓保安油壓下降和#2射油器出口壓力下降，同時也說明了為何主油泵會發(fā)出不正常的嘯叫聲。

(2)從射油器的工作原理可知，射油器實際上就是1臺噴射泵或縮放噴嘴。當高壓高速油流自射油器底部射入時，會在射油器喉部形成較高真空，主油箱內(nèi)的存油在壓差作用下，會頂起底閥(止回閥)，被抽吸到射油器中且在漸擴噴嘴中壓力提高，從而以高壓小油流帶動低壓大油流。如#1射油器底閥因某種原因關(guān)閉(如潤滑油質(zhì)差導(dǎo)致閥門卡住)或底閥處因密封不嚴而漏入空氣，則主油泵出口的高壓油無法有效帶動潤滑油的供給，會造成主油泵出口油壓降低，導(dǎo)致#1射油器出口油壓下降，進一步造成主油泵出口油壓(低壓保安油泵)的下降。主油泵入口油壓過低會導(dǎo)致主油泵的氣蝕，發(fā)出類似于打空泵的嘯叫聲。主油泵出口油壓降低會造成#2射油器供油不足，降低了潤滑油壓。

從圖1可知，無論是哪種原因，都需要盡快將潤滑油系統(tǒng)停運，才能檢查主油泵和射油器。

4 檢查和處理

4.1 完成主油泵和射油器的系統(tǒng)隔離

由于采用的是定參數(shù)停機，#1汽輪機缸體溫度很高，高壓內(nèi)上缸溫度達470℃，當時環(huán)境溫度較高，也未配備汽輪機快冷裝置，無法滿足“高壓內(nèi)上缸金屬溫度降至100℃以下方可停運潤滑油系統(tǒng)”的條件，當時正處于電網(wǎng)迎峰度夏的關(guān)頭，河南省電力調(diào)度中心不斷催促盡快消缺開機。因此，必須另辟蹊徑解決這一問題。

從圖1可以看出，在停機后，當交流潤滑油泵運行時，#1，#2射油器出入口與潤滑油母管相連，即整個射油器和主油泵系統(tǒng)都帶有0.25 MPa的壓力。雖然射油器在主油箱頂蓋上，由于帶壓無法直接抽出檢查，必須想辦法消除這一壓力。從圖1可以看出，直流潤滑油泵出口直接連入冷油器出口，與交流潤滑油泵出口隔了1臺冷油器。分析了冷油器內(nèi)部構(gòu)造后，鄭州市鄭東新區(qū)熱電有限公司決定采取如下6個步驟實現(xiàn)潤滑油系統(tǒng)不停運，同時隔離射油器和主油泵系統(tǒng)。

第1步，啟動直流潤滑油泵。

第2步，冷油器A側(cè)運行，關(guān)閉冷油器注油門。

第3步，分別拆開冷油器B側(cè)油管進、出口法蘭并打堵板。

第4步，將冷油器切至B側(cè)運行。

第5步，分別拆開冷油器A側(cè)油管進、出口法蘭并打堵板。

第6步，停運交流潤滑油泵。

至此，在保證潤滑油正常運行的前提下，隔離了冷油器，消除了射油器和主油泵的壓力，為下一步檢修工作創(chuàng)造了條件。

4.2 故障點的發(fā)現(xiàn)過程

停運主油箱排煙風(fēng)機，拆除#1射油器與主油箱聯(lián)接螺栓，直接使用桁架式起重機將#1射油器從主油箱上拔起。檢查#1射油器底閥，密閉正常，彈性良好。更換#1射油器底閥與本體之間的密封墊，舊密封墊經(jīng)目測無破損痕跡。

在回裝#1射油器的過程中，檢修和運行人員發(fā)現(xiàn)安裝孔處主油箱油面離油箱頂部的距離要高于正常值，經(jīng)測量此距離為68 cm，正常值應(yīng)為35～49 cm，已經(jīng)低于射油器的有效吸入余量。再次檢查另一側(cè)主油箱的玻璃管油位計，顯示值為1.69 m。由于主油箱底部呈斜坡狀，回油一側(cè)為主油箱最底部，折算后發(fā)現(xiàn)回油油位要高于射油器處(同時也是交直流潤滑油泵、高壓啟動油泵安裝處)近20 cm。

為什么會出現(xiàn)這種異常情況?在打開回油濾網(wǎng)后，發(fā)現(xiàn)2個圓桶形的回油濾網(wǎng)已經(jīng)被不明雜質(zhì)和膠體覆蓋堵死。這樣一來，大流量回油無法順暢地經(jīng)濾網(wǎng)返回主油箱，從而大大抬升了回油側(cè)的主油箱油位。在抽出回油濾網(wǎng)后，回油箱處玻璃管油位計由1.65 m下降至1.41 m。事后檢查廠房外回收油箱油位升高，說明部分回油被迫溢流，驗證了這一推論。主油箱頂部的超聲波油位計長期損壞沒有維修，主油箱油位的測量與監(jiān)視完全依靠回油濾網(wǎng)處的玻璃管油位計，從而失去了油泵處主油箱油位的監(jiān)視。在正常運行時，#1，#2射油器在工作過程中，射油器的吸入口距油箱底部的高度要高于交、直流潤滑油泵和高壓啟動油泵，當油箱油位下降時，最先受到影響的是射油器。在射油器有效吸入高度無法滿足時，會出現(xiàn)出口壓力波動的現(xiàn)象，而油泵卻可以繼續(xù)正常工作。2009－07－27 T 17:16，停機后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)射油器本身無異常，但回油濾網(wǎng)基本堵死，回油箱與凈油箱位差近800 mm，油位僅比射油器入口高出寸許，筆者認為是油位波動時射油器吸入空氣所致。2009－07－30 T 01:30點火，2009－07－30 T 05:24并網(wǎng)。

此次故障的原因終于查明，這是一次典型的、由于回油不暢和主油箱油位測量不合理共同造成的誤停機事故。當射油器處油位過低時，一旦油位稍有波動，#1，#2射油器間斷性地吸入空氣，造成主油泵和潤滑油供油不足，才會出現(xiàn)主油泵間斷性“打空”現(xiàn)象和潤滑油壓、低壓保安油壓下降，繼而出現(xiàn)高壓啟動油泵和交直流潤滑油泵聯(lián)動。

5 處理方案

(1)清理回油濾網(wǎng)上的雜質(zhì)后，更換濾布。

(2)增設(shè)濾油機，同時加大對主油箱底部的排污，在最短的時間內(nèi)凈化主油箱油質(zhì)。

(3)制訂修復(fù)主油箱其他油位計的檢修方案，制訂回油濾網(wǎng)的定期檢查和清理的工作方案。

6 事故的反思

(1)早在2004年，某電廠曾經(jīng)出現(xiàn)一起因回油濾網(wǎng)堵死導(dǎo)致供油中斷而造成汽輪機軸承大部分損壞的惡性事故，說明因油質(zhì)監(jiān)督不力和回油濾網(wǎng)定期清理不到位造成設(shè)備異常甚至出現(xiàn)重大事故的案例并非首次出現(xiàn)。

(2)對于主油箱油位監(jiān)控手段不健全的問題長期漠視。在原設(shè)計中，主油箱頂蓋處有一個遠傳油位計和就地浮筒式油位計，但由于遠傳油位計存在缺陷，一直無法正常使用，設(shè)備管理部門對這些缺陷未能足夠重視，就地主油箱油位計在#2機組安裝，卻在#1機組不安裝，導(dǎo)致冗余的油位監(jiān)控手段就此失去。主油箱油位長期依靠回油濾網(wǎng)處的玻璃管油位計來監(jiān)視。

(3)對于潤滑油油質(zhì)的監(jiān)督，雖然每周都在進行取樣和化驗，但對于油中雜質(zhì)在相關(guān)標準中尚無定量的要求，僅靠目測，存在很大的主觀性。

(4)沒有制訂潤滑油回油濾網(wǎng)的定期檢查和清理技術(shù)措施，造成該濾網(wǎng)長期堵塞運行，以至于回油不暢和大量跑油。

7 結(jié)束語

潤滑油系統(tǒng)作為汽輪機的最重要的輔助系統(tǒng)，一直受到業(yè)界有關(guān)人員的重視。在該案例中所造成的事故損失算是油系統(tǒng)故障中較小的一類，所幸在發(fā)現(xiàn)故障后，在原因未明的情況下，沒有心存僥幸堅持運行，而是果斷停機之后再探查究竟，從而體現(xiàn)“保人身、保設(shè)備、保電網(wǎng)”的事故處理原則。

近年來，由于潤滑油系統(tǒng)而引發(fā)的事故層出不窮，該案例充分說明，無論是從運行監(jiān)視和檢修管理，還是事故預(yù)案和油質(zhì)監(jiān)督等方面，必須加大對潤滑油系統(tǒng)的足夠重視，真正做到防患于未然。

［1］韓中合，田松峰，馬曉芳.火電廠汽機設(shè)備及運行［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［2］QB/2DRD －03－002—2007，汽輪機運行規(guī)程［S］.

［3］QB/2DRD －04－002—2007，汽輪機運行系統(tǒng)圖冊［S］.