汽輪機控制油供應系統(tǒng)探討

謝尉揚

（浙江浙能能源技術有限公司，杭州310052）

為了提高汽輪機控制系統(tǒng)的調節(jié)精度和運行可靠性，大型汽輪機的控制系統(tǒng)已普遍采用電液調節(jié)系統(tǒng)。汽輪機控制油供應系統(tǒng)一般獨立于潤滑油系統(tǒng)，整個系統(tǒng)采用不銹鋼材料，以避免因系統(tǒng)污染和碳鋼材料銹蝕引起的問題，有利于防止控制系統(tǒng)中伺服閥、電磁閥等關鍵設備的腐蝕和卡澀，提高機組運行的安全性和可靠性。由于油動機緊鄰高溫閥門，為防止漏油可能引起的火災事故，控制油采用具有高自燃點的抗燃油。隨著汽輪機蒸汽參數(shù)的提高，閥門控制需要更大的動力，控制油一般采用高壓油系統(tǒng)，以減小油動機的尺寸。

1 控制油站作用

汽輪機控制油站為汽輪機的主汽門和調門提供高壓控制油，同時還可以為汽輪機旁路、給水泵汽輪機（簡稱“小汽輪機”）提供高壓控制油。控制油站包括油箱，油泵，加熱器，過濾器，溢流閥，冷卻器，蓄能器，再生油泵，再生過濾器，以及監(jiān)測油位、油溫、油壓的就地表計，變送器和繼電器等，為汽輪機閥門控制提供壓力、溫度和油質指標合格的控制油。為保證汽輪機調節(jié)過程中控制油壓穩(wěn)定，在油箱和油動機附近還配置有一定容量的蓄能器［1］。

2 控制油再生處理

汽輪機控制油系統(tǒng)常用三芳基磷酸酯作為抗燃油。三芳基磷酸酯是一種很好的潤滑材料，具有優(yōu)良的抗磨性能，其粘度、閃點、自燃點、熱分解溫度均較高，并有較好的抗水解性和熱氧化安定性，能滿足大型汽輪機調節(jié)系統(tǒng)對油質的要求。需要注意的是，磷酸酯抗燃油對氯質量分數(shù)要求很嚴格，氯質量分數(shù)超標會加速磷酸酯的分解，并導致伺服閥的腐蝕。磷酸酯抗燃油中的氯來自合成中的副產物，也可能來自安裝、檢修過程中的清洗劑、密封材料、油漆和標記等。

抗燃油在運行過程中，由于環(huán)境溫度較高、油箱吸入濕氣等原因會導致抗燃油的劣化［2］。油質劣化使酸值升高，而酸值升高又導致油質進一步劣化，將引起調速系統(tǒng)部件產生腐蝕、卡澀等故障，嚴重影響安全運行［3］。為保證控制油品質穩(wěn)定，使控制油中顆粒污染度、水分、酸值、氯質量分數(shù)、電阻率、泡沫特性等各項指標符合標準要求，控制油站必須配置在線再生處理裝置。利用硅藻土、極性硅鋁、分子篩、離子交換樹脂、玻璃纖維濾器、真空過濾等材料或方法，對抗燃油進行吸附、過濾、離子交換、真空等處理。硅藻土可除去油中酸性產物，極性硅鋁和分子篩可除去油中極性產物［4］，真空和波紋纖維濾器可除去油中水分，樹脂可以處理酸性物質以及金屬離子［5］。通過合理選取再生材料和凈化方法，保證控制油品質符合標準要求。

3 控制油油泵容量

控制油油泵容量一般根據(jù)主汽輪機的需要來確定。由于汽輪機閥門數(shù)量、油動機尺寸、調節(jié)方式（如噴嘴調節(jié)、節(jié)流調節(jié)）以及控制油壓力的不同，控制油泵的容量將有較大的差別。提高控制油壓可使油動機尺寸縮小，從而減小閥門每次動作的用油量，相應地降低油泵容量。小容量油泵配置的電機功率較小，比較節(jié)能。為維持油壓穩(wěn)定，小容量油泵系統(tǒng)應配置較大容量的蓄能器。如果控制油壓力較低，則需要尺寸較大的油動機，相應地要配置較大容量的油泵。大容量油泵更能保證油動機的開啟速度，并且容易使油壓穩(wěn)定，在某些情況下還可提高機組運行的可靠性。表1為國內一些汽輪機配置的控制油泵參數(shù)，其中機組D的控制油泵容量較小，原因是獨立供油系統(tǒng)控制油壓力高，主汽輪機的閥門數(shù)量少，并且是節(jié)流調節(jié)方式。由表1可知：控制油壓力在11～12MPa的油泵，其容量普遍要大于控制油壓力在14～16MPa的油泵。

表1 汽輪機控制油泵參數(shù)

根據(jù)汽輪機運行規(guī)程，主汽門和調門需要定期進行活動性試驗，以降低動靜部件間氧化皮的沉積，防止汽門長期不活動可能引起的卡澀。汽輪機控制系統(tǒng)對汽門活動性試驗設計有專門的試驗電磁閥和試驗程序。汽輪機長期運行會使控制油品質劣化，系統(tǒng)中一些控制油不經(jīng)常流動的地方，也容易引起污染物的沉積，如果維護不當可能會使控制油品質超標，影響機組的可靠運行。例如表1中機組C和機組D，在進行汽門活動性試驗時，均發(fā)生因跳閘電磁閥卡澀，致使控制油壓下降，造成汽輪機跳閘的事故。在事故分析中，控制油顆粒污染、跳閘電磁閥故障判斷、試驗供油回路閉鎖、試驗程序合理性等是重要因素，但系統(tǒng)配置的控制油泵容量較小，不能維持控制油壓穩(wěn)定也是不可忽視的原因。

4 公用控制油系統(tǒng)對運行的影響

在電廠設計時如不考慮公用的控制油系統(tǒng)，主汽輪機、小汽輪機、高壓旁路和低壓旁路均配置獨立的控制油站，每個系統(tǒng)的控制油泵容量、控制油壓力和蓄能器容量都可根據(jù)各自的需要來選定。這樣，每一套控制油系統(tǒng)均比較簡單，系統(tǒng)運行時不會相互影響，安全性和可靠性比較高；但設備數(shù)量多，檢修工作量大，備品備件復雜。

當電廠設計考慮采用公用控制油系統(tǒng)時，主汽輪機的控制油站還需向汽輪機旁路甚至小汽輪機提供控制油。對于控制油泵的容量，由于汽輪機制造廠在油泵選型時往往留有一定的裕量，同時考慮到旁路和小汽輪機閥門都配有一定容量的蓄能器，一般不需要再增大控制油泵容量。如某制造廠600MW和1 000MW機組，無論是獨立供油系統(tǒng)還是公用供油系統(tǒng)，其油泵的容量和壓力完全相同。

從用油角度來分析，在主汽輪機沖轉前，僅旁路調節(jié)需要控制油。當汽輪機不帶旁路啟動時，僅汽輪機閥門需要控制油。當汽輪機帶旁路啟動時，主汽輪機和旁路閥門同時需要控制油，因控制轉速和負荷的需要，閥門開度調節(jié)量較小，供油量能滿足調節(jié)需要，即使短時供油緊張，系統(tǒng)中還有蓄能器可以補充。小汽輪機的啟動時間可與主汽輪機錯開安排，兩者不會同時大量用油。當機組升負荷或參與調頻時，由于負荷變化速率有限制，主汽輪機和小汽輪機的調門無需大量用油。當汽輪機減負荷、快速切負荷、甩負荷或跳閘時，由于汽門是關閉方向，動力靠彈簧，無需動力用油。而機組發(fā)生甩負荷或跳閘時，汽輪機旁路閥需要快速打開，控制油正好供給旁路閥，由于旁路閥快開需要大量用油，不足部分則依靠蓄能器供給。因而在控制油用戶增加時，即使不增大油泵容量，各種工況下也能滿足控制需要。

由于汽輪機旁路和小汽輪機閥門所需要的控制油壓力不一定與主汽輪機的完全相等，雖然機組正常運行時能滿足這些閥門的開關需要，但在緊急工況時有可能會影響這些閥門的調節(jié)性能；同時，由于擴大了壓力油系統(tǒng)的供應范圍，管路接口大量增加，萬一某一部位發(fā)生泄漏，將降低整個供油系統(tǒng)的可靠性。某300MW機組公用供油系統(tǒng)在一次滿負荷運行時，小汽輪機進油軟管破裂泄漏，造成整個控制油系統(tǒng)壓力下降至9.3MPa，主汽輪機跳閘。跳閘后高壓旁路閥僅能打開一半，低壓旁路閥不能打開，再熱汽壓力急升引起再熱器安全門動作，從而對電廠的安全運行造成威脅。

5 公用控制油系統(tǒng)優(yōu)化建議

對于設計采用公用控制油系統(tǒng)的電廠，在系統(tǒng)設計和保護邏輯上可以進一步優(yōu)化。

5.1 系統(tǒng)設備選擇方面

由于工程上先采購主汽輪機，這樣就確定了控制油壓力，在采購汽輪機旁路和小汽輪機時，應明確閥門油動機必須按照主汽輪機的控制油壓力來設計和選擇。某電廠曾發(fā)生汽輪機甩滿負荷后低壓旁路閥無法打開的情況，后查明是油動機動力不足，可能是油動機活塞面積不夠，或者是控制油壓力不夠，由于無法改變控制油壓力，最后通過更換尺寸更大的油動機來解決。

為減輕小汽輪機或旁路控制油泄漏對電廠安全運行造成的威脅，建議在供應小汽輪機及旁路的控制油管道上裝設逆止閥和隔離閥。由于旁路閥本身配有蓄能器，根據(jù)嚴格的配置要求，蓄能器的容量應能保證旁路閥開關兩次，這樣即使發(fā)生小汽輪機油管泄漏，在汽輪機跳閘后也能保證汽輪機旁路的開啟和關閉，防止鍋爐過熱器或再熱器超壓。

5.2 保護邏輯方面

在保護邏輯設計上，應提高汽輪機跳閘時控制油壓的整定值。該整定值可以通過試驗方法來確定，在汽輪機沖轉前進行試驗，分別調整過熱蒸汽和再熱蒸汽的壓力到汽輪機最大負荷工況時的壓力，緩慢降低控制油壓力，分別進行打開高壓旁路閥和低壓旁路閥的試驗，當控制油壓力降到剛好還能打開旁路閥時，得到一個控制油的最低壓力。該最低壓力也可以通過計算取得，利用蒸汽壓力、油動機活塞直徑、旁路閥閥座直徑，根據(jù)力平衡原理計算出所需的控制油壓力。在該最低壓力的基礎上考慮一定的余量，并結合汽輪機原來的設定壓力，選取一個合適的汽輪機跳閘壓力。這樣即使在控制油壓力低汽輪機跳閘時，高壓旁路閥和低壓旁路閥還能自動打開，避免鍋爐安全閥動作。

6 結語

采用獨立的汽輪機控制油供應系統(tǒng)，能提高汽輪機運行的安全性和可靠性，通過在線再生凈化處理，可以保證控制油品質符合標準要求。當主汽輪機、汽輪機旁路和小汽輪機采用公用控制油系統(tǒng)時，一般不需要增大控制油泵容量，但大容量油泵有利于維持控制油壓的穩(wěn)定，提高機組運行的可靠性。汽輪機旁路和小汽輪機閥門的油動機必須按照主汽輪機控制油的壓力來設計和選擇。建議在去汽輪機旁路和小汽輪機的控制油管道上增設逆止閥和隔離閥，同時對控制油壓力低跳閘汽輪機的保護定值進行優(yōu)化，以防止因控制油壓低跳閘汽輪機時無法打開汽輪機旁路而引起的安全隱患。

［1］包錦華，陳明剛 .超超臨界1 000MW汽輪機控制油系統(tǒng)特點［J］.發(fā)電設備，2008，22（5）：386-389.

［2］嚴杏初 .抗燃油油質劣化的原因分析及改善［J］.熱力發(fā)電，2007，36（8）：100-102.

［3］萬俊 .汽輪機電液調節(jié)系統(tǒng)伺服機構故障的分析［J］.發(fā)電設備，2008，22（3）：255-257.

［4］張永斌，李江超 .汽輪機EH系統(tǒng)抗燃油超級凈化裝置的應用［J］.華東電力，2006，34（10）：104-105.

［5］陳進生 .采用離子交換技術改善抗燃油品質的探討［J］.中國電力，2004，37（1）：89-91.