給水泵油中進水問題的分析與改造措施

摘 要：針對600MW機組給水泵油中進水問題進行故障跟蹤、運行操作調查以及設備結構原理分析。一系列試驗措施表明，將給水泵軸承箱和軸封部件進行阻隔能有效降低油中進水，因此對給水泵兩側軸承水室呼吸器進行改造，將高壓儀用空氣通入水室內形成油水屏障。油質跟蹤報告表明此項改造效果顯著。

關鍵詞：600MW；給水泵；油中進水；儀用空氣；呼吸器

1 設備概況

華電可門電廠一期工程600MW機組配備上海電力修造總廠有限公司進口英國韋爾公司的50%容量的主給水泵2臺，30%容量的備用電動給水泵1臺。主給水泵由汽輪機驅動，汽輪機和給水泵之間通過鋼性聯軸器傳遞功率。主給水泵安裝在汽機房13.7m標高層，電動給水泵安裝在0m層。

給水泵型號為FK4E39SC，是4級葉輪、水平、筒體式，內部零件可以作為一個整體裝拆。汽輪機的型號為NK63/71，型式為單缸、單流、單軸、反動式、純凝汽、再熱器冷段蒸汽外切換；運行方式為變參數、變功率、變轉速。最大連續功率約13200MW，高壓進汽為再熱冷段汽源，調試用汽源為輔助蒸汽。

給水泵的密封系統為迷宮密封，主要原理是通過間隙控制泄漏的方式進行密封工作。密封水來自凝結水泵出口母管，在壓力受控狀態下注入密封腔室。在靠近泵組部位的注水管路中設置精細的濾網進行過濾來保證密封水的純度。泵裝有固定襯套注射密封水卸荷型迷宮密封：迷宮密封是平行單直徑布置，軸套和襯套分別加工有反向的雙頭螺旋槽。冷凝水注射到密封腔內，在卸荷環處與泵外漏的水匯合，并由聯通管送到前置泵進口。只要保持密封水排水溫度高于注入溫度15℃，就可以用最小的密封水量封堵泵內的熱水。排出的密封水經回水腔室回收到凝汽器。密封水工作原理如圖1所示。

給水泵汽輪機油系統的安裝設計為集裝式油站，給水泵潤滑油與給水泵汽輪機潤滑油共用一個油系統。給水泵傳動端軸承是徑向滑動軸承，自由端軸承是徑向滑動軸承與自位瓦塊式推力軸承。每個軸承的潤滑油都是由汽輪機的潤滑油系統提供。

圖1 密封水工作原理圖

2 故障過程

華電可門電廠一期工程2號機自2014年5月計劃性大修后，給水泵汽輪機的潤滑油系統經常出現油中帶水現象。此現象一般在高負荷狀態下尤為明顯，表現在回油管道觀察窗玻璃上附著水珠，油箱油位有明顯上升。潤滑油水份合格的標準是低于80ppm，分析2014年全年的油質報告，油質不合格主要為A給水泵和B給水泵水份超標（頻發）。油質監督報表如表1所示。

表1 給水泵油質監督報表

油中進水是影響給水泵安全運行的重大隱患。首先，潤滑油帶水使軸瓦油膜不易行成，當油膜被破壞時轉子將與軸瓦產生摩擦，使軸瓦脫胎或化瓦；其次潤滑油帶水使油膜質量惡化，不能及時迅速帶走主軸傳來的熱量，造成化瓦或脫胎，危及機組安全；同時潤滑油帶水降低了潤滑效果，使油膜質量惡化，機組軸系振動加劇。

3 原因分析

在機組運行過程中，油中進水既存在設備檢修工藝水平不高、系統布置方面的不足、設備磨損老化泄漏，也存在運行操作不當等因素。根據檢修和運行兩方面的總結，油中進水的渠道包含以下三種可能。

3.1 冷油器及外部管路泄漏

華電可門電廠每組給水泵與汽輪機配備一個潤滑油站，油站內配備一臺冷油器。冷油器所用的冷卻水為閉式水。在日常運行過程狀態下，閉式水的母管壓力大概為0.55MPa，給水泵汽輪機的潤滑油泵出口壓力為0.30-0.40MPa，經過潤滑油濾網后有約0.04-0.06MPa的損失，所以油壓比冷卻水壓力低。如果冷油器發生泄漏，則很容易造成油中進水。但今年大修過程中，將冷油器進行拆卸并進行壓力試驗，沒有泄漏現象。根據之前的檢修記錄，冷油器一直是零故障運行。故本項可能原因被排除。

3.2 汽輪機軸端泄漏

當機組啟停過于頻繁，大范圍調整負荷時，軸封處蒸汽壓力有波動，造成軸端汽封受損。當汽輪機軸封處有蒸汽外漏時，高壓側的蒸汽很容易被吸入軸承腔室內，從而造成油中進水。

首先，因為汽輪機剛經歷大修，軸封間隙通過壓膠布方法嚴格控制，并通過廠級驗，數值均在合格范圍內。之后檢查軸封供汽壓力的變化，發現并無異常情況。最后通過測溫儀現場測量汽輪機軸封部位的溫度，經過數據比對，發現該處溫度并無異常增大現象。通過以上分析，我們可排除汽輪機軸端泄漏的可能性。

3.3 給水泵密封水泄漏

給水泵密封水采用凝結水泵出口母管，來水壓力為4MPa。經調壓閥調壓后進入給水泵軸端進行密封。當密封水壓力偏低時，卸荷型迷宮密封結構將無法完全阻隔泵內高溫高壓水，造成回水溫度高；當密封水壓力偏高時，密封水將順著泵外側襯套進入回水腔室。如果回水量過大，將直接進入軸承腔室。根據對軸承腔室溫度的持續跟蹤，發現給水泵密封水存在泄漏至潤滑油的問題，是造成油中進水的主因。

經過圖紙研究以及調整改造，先后發現了運行調整不到位、給水泵兩端迷宮密封間隙過大等問題。關于運行調整不到位，發電運行部經過內部總結，編寫大小潤滑油質控制運行措施，嚴格規范密封水壓力調整、汽輪機負荷調整方法。運行中密封水調閥應投入“自動”，調節動作應正常，差壓控制在≥0.04MPa（報警低一值為0.035MPa、低二值為0.015MPa），盡量接近低值運行，但要保證密封水進回水溫差不超過20度。

然而給水泵兩端迷宮間隙增大、回水量過大的問題，雖然通過芯包返廠可以調整間隙，但運行一段時間后間隙又會逐漸變大。而外接濾油機不間斷濾油只能治標不治本，不能根本解決問題。

4 改造措施

經過以上原因分析，發現如果能在密封水軸封和軸承室之間的回水腔室里增加一道隔離就能夠解決問題，如圖2所示。最簡單、見效最快的隔離方式就是用壓縮空氣隔離。根據對給水泵兩端軸承結構以及儀用空氣系統的深入分析，發現泵兩端的呼吸器是最好的空氣接入點，軸承結構剖視圖如圖3所示。最終改造方案定為經呼吸器通入儀用空氣，利用高壓空氣形成屏障，阻隔了密封水回水進入軸承室，實現了“油水隔離”。

改造措施如圖4所示。將回水腔室的呼吸器接入機組儀用空氣系統，通過空壓機形成的0.5MPa高壓空氣，經過出口電動閥、逆止閥等，長距離氣管傳輸會有約0.03MPa的損失。高壓空氣的進汽量可通過進口調門進行調整，以適應機組負荷變化造成的波動。儀用空氣系統中的儲氣罐能起到穩壓的作用。

為防止通入高壓空氣對高速運行軸系的擾動，誘發跳泵，防范措施如下：（1）第一次通入高壓空氣前先解除1A給水泵組所有振動保護，明確通入壓縮空氣對軸系振動無影響后再恢復保護；（2）為減小對軸系擾動，高壓空氣應從回水腔室上部接入；（3）開啟壓縮空氣后應緩慢加壓，密切關注對軸振的影響；（4）加強日常針對自由端振動數據的跟蹤；（5）試運行期間，每日跟蹤油質報告，如有異常，應采取對應措施。

圖2 給水泵自由端結構實物圖

5 效果反饋

呼吸器接入儀用空氣的改造實施后，運行部與維修部加強監護和巡檢，對給水泵油質情況進行不間斷跟蹤。經過2個月的試運行考驗，總結如下：第一，給水泵汽輪機潤滑油水份超標現象得到很好的解決，油質連續2個月保持在合格狀態，并無異常；第二，維修部可以拆除移動式濾油機，取消檢修人員24小時現場不間斷看護，減少人力物力的浪費；第三，儀用空氣對軸系振動問題的影響不大，可以忽略；第四，本次措施沒有大范圍改動，成本低且目的性強。第五，根據對結構的進一步分析，發現如果密封水回水過大，高壓空氣可能將水“吹”入軸承室，加快油中進水。為此減少密封間隙、降低回水量才是控制油中進水的根本。

6 結束語

給水泵呼吸器的改造不僅解決了潤滑油油中進水的問題，減少了電廠人力物力的浪費，而且成本低廉，是一次成功的技術創新。為進一步規避風險，改造措施依然有完善空間。目前檢修人員正在考慮通過軸承室呼吸器導入儀用空氣，能更徹底的解決油中進水問題。

作者簡介：陳仲武（1976，5-），男，漢族，福建省莆田市人，本科學歷，工程師，單位：福建華電可門發電有限公司，研究方向：火電廠熱能動力。