汽輪機、燃氣輪機潤滑油系統異常分析與處理

劉建生

（大唐國際紹興江濱熱電有限責任公司，浙江 紹興 312366）

汽輪機、燃氣輪機潤滑油系統異常分析與處理

劉建生

（大唐國際紹興江濱熱電有限責任公司，浙江 紹興 312366）

汽輪機、燃氣輪機潤滑油系統承擔機組軸系的潤滑任務，系統異常會造成潤滑油壓下降，備用油泵聯起不成功會造成潤滑油中斷，軸承失去潤滑，機組軸系振動會增大，嚴重時會引發軸瓦磨損的惡性事故。結合多起潤滑油系統故障案例進行分析，給出了潤滑油系統異常的解決方案和防范措施，

汽輪機；燃氣輪機；潤滑油；油泵；故障；分析處理

0 引言

汽輪機、燃氣輪機作為發電機組的動力部分，用于拖動發電機發電，汽輪機的動力為高溫高壓蒸汽，燃氣輪機的動力為高溫燃氣。汽輪機、燃氣輪機具有技術先進、參數高、功率大等特點，目前燃煤汽輪機發電功率已達1 000 MW以上，9F級燃氣輪機聯合循環功率也超過了450 MW。汽輪機、燃氣輪機都和發電機連接，形成大功率發電設備，運行機組轉子的重量和慣性巨大，需要良好的軸承潤滑保證發電機組安全運行。然而大型汽輪機、燃氣輪機的潤滑油系統故障較多，原因復雜，存在的缺陷具有隱蔽性。發生事故后輕者軸瓦燒毀、軸頸磨損，重者轉子動靜部分摩擦、葉片脫落，造成的經濟損失巨大，因此潤滑油系統的安全性至關重要。

1 潤滑油系統的常見故障

1.1 潤滑油系統的組成

大型汽輪機發電組一般設置高壓油泵、主油泵及射油器、交流潤滑油泵、直流潤滑油泵。高壓油泵在機組啟停時使用，通過射油器向主油泵入口和潤滑油系統供油，也是主油泵的備用泵。主油泵安裝于主機前的軸承箱內，由汽輪機主軸拖動，具有壓力高、流量大的特點。高壓油泵或主油泵的高壓油通過射油器降壓、增加流量后向各軸承供油。輔助油泵在機組啟動或停運階段供油。直流潤滑油泵作為最后一道防線，在上述設備不能正常工作時啟用。

大型汽輪發電機組的高壓油泵、主油泵、交流潤滑油泵、直流潤滑油泵均為離心泵。主油泵與主軸相連，為臥式布置，因離心泵不具有自吸功能，來油由主油箱內的射油器供給。如果運行中射油器故障，會造成主油泵斷油，無法形成供油循環，同時也會中斷潤滑油的供給。交流潤滑油泵由電機拖動，可以在主油泵故障情況下供給潤滑油，也可以在機組停運時作為盤車用潤滑油。直流油泵在交流潤滑油泵故障時啟用。

由于設備結構原因，燃氣發電機組不設主油泵，一般只設置交流潤滑油泵和直流潤滑油泵。交流潤滑油泵采取1用1備布置，用于供給軸承潤滑油。直流潤滑油泵在交流潤滑油泵故障時啟用。

1.2 潤滑油系統故障案例

潤滑油系統故障引發的事故在發電行業占有一定比例，以下對幾個典型案例進行介紹。

（1）新疆某發電公司135 MW高溫高壓凝汽式汽輪機組帶125 MW負荷運行，2008年9月22日13:31水位低保護動作，鍋爐MFT（主燃料跳閘），同時大聯鎖保護動作，汽輪機跳閘，發電機解列。汽輪機跳閘后，交流潤滑油泵聯起運行。13:33:50，潤滑油壓低至0.07 MPa，聯起直流潤滑油泵，當轉速下降到2 068 r/min后，潤滑油壓降至0.05 MPa。13:37:06油壓降至0，發生斷油燒瓦事故。事故發生后對系統進行排查，發現潤滑油泵未設置放空氣管，為廠家設備缺陷。

（2）廣東某發電公司600 MW超超臨界汽輪發電機組，2011年6月17日在機組停運轉速下降過程中，交流潤滑油泵電機正常聯起，但潤滑油沒有維持正常壓力，當汽輪機轉速降至2 264 r/min時，潤滑油壓降至0.164 MPa，直流潤滑油泵電機正常聯起，油壓仍繼續下降，在汽輪機轉速降至2 255 r/min時，油壓已降至0.09 MPa，隨后瓦溫開始升高，軸承振動增加，發生了斷油燒瓦事故。經查發現潤滑油泵排空管路存在缺陷。

（3）浙江某450 MW級燃氣-蒸汽聯合循環機組，2015年12月17日在進行機組直流潤滑油泵啟停試驗時，發現其出口潤滑油壓建立存在滯后現象，在第2次啟動時油壓建立正常。歷史數據顯示，直流潤滑油泵第1次啟動60 s后，泵出口壓力才達到正常值。如果在機組運行中交流潤滑油泵故障，會導致在交、直流潤滑油泵切換中有60 s的低油壓工況，從而引發斷油燒瓦事故。經分析油壓不能正常建立的原因是直流潤滑油泵排空管直徑過細造成空氣排出不暢，經排查其他2臺交流潤滑油泵設計上均存在同樣缺陷，對油泵排空管改進后問題得到解決。

1.3 潤滑油系統異常的原因分析

以上幾起故障都是由于潤滑油泵啟動后不能正常建立油壓，造成系統潤滑油壓急劇下降。經分析，潤滑油泵異常主要有以下幾個原因：

（1）潤滑油本身是一種液體溶劑，在正常情況下會溶解一定的空氣，這部分空氣會在流動或靜置中不斷析出，特別是在潤滑油油溫高低交變、緩慢流動的過程中空氣析出會顯著增加。大部分空氣會析出至油箱頂部并排出，但位于潤滑油泵下部的部分空氣則會進入潤滑油泵的腔室中。

（2）在潤滑油系統運行過程中，大量的潤滑油向運行油泵的入口流動聚集，隨著潤滑油在油箱中的流動，潤滑油泵內部腔室的空氣會逐漸增多，在油泵未設計排氣孔或其他原因導致空氣無法正常排出時，積存的空氣會逐漸達到油泵葉輪吸入端的翼緣以下，在葉輪腔室造成空腔。油泵啟動后，無法排出的空氣在葉輪中鼓風，使潤滑油無法正常吸入，造成油泵不能建立油壓。

（3）如果潤滑油泵裝設有排空管路，或在油泵殼體上開有排空孔，油泵中積存的空氣會正常排出，潤滑油會充滿油泵腔室，油泵啟動時可以正常建立油壓。但當油泵的排空孔或排空管路通徑過小，潤滑油的自身張力會將空氣封存在油泵中，通過油泵啟動鼓風才能將空氣排出，造成油泵建立油壓滯后。

價值的含義從哲學的角度講，一般認為是指客體滿足主體的需要和主體需要被客體滿足的效益關系。“青年價值觀就是青年對其生活中的各種事物和現象能否滿足自身需要進行認識、評價、決定取舍時所持的基本觀點。”［2］青年價值觀的內容由價值目標、價值評價和價值取向構成。

前述新疆和廣東2個發電公司，都是由于交、直流潤滑油泵均未在泵體開孔裝設放空氣管路，造成潤滑油泵內部腔室出現空氣積存，并且積存空氣達到了油泵入口翼緣以下位置。油泵啟動后葉輪轉動只會產生鼓風作用，潤滑油無法進入葉輪形成離心力，因此無法建立油壓。

浙江公司則是因為潤滑油泵殼體排空管路管徑過小（內徑僅5 mm），受潤滑油張力作用在管路中部滯留，將空氣封存在潤滑油泵的殼體中，并達到了油泵入口處，油泵啟動中的鼓風作用破壞了排空管中的密封，潤滑油壓雖然得以建立，但滯后過多（如圖1所示）。

2 潤滑油系統故障的解決方案

圖1 潤滑油泵結構

上述潤滑油泵故障原因均為油泵蝸殼內部積存空氣，造成油泵啟動后不能建立油壓，一般采取加裝排空氣孔或增加排空管的方法來解決。對立式油泵而言，潤滑油液面高于葉輪內部葉片形成密閉流道時，才會在泵輪轉動時因離心力作用形成連續的油流，并在泵輪出口形成油壓，頂開油泵出口逆止門向系統供油。為保證潤滑油能夠順利排出，一般采取以下措施：

（1）潤滑油泵排空孔應位于蝸殼上部，對應蝸殼內部腔室的最高點，保證蝸殼內部空氣排出。如果排空氣孔位置較低，如低于油泵葉輪上翼緣位置，蝸殼頂部的空氣無法排除，泵輪的離心力不能形成連續流道，造成泵輪甩出的油在內部擾動，斷續排出，使油壓出現波動。

（2）為保證油泵空氣排出通暢，必須保證油泵泵殼排空孔徑滿足在靜置狀態下空氣正常排出的要求，油泵泵殼開孔應大于10 mm，防止空氣孔在運行中堵塞，如果開孔過小，會導致潤滑油由于張力而堵塞排空氣孔，導致空氣不能通暢排出。對于圖1中油泵泵殼排空氣孔后部設置有較長管路的，應加大排空氣管的直徑，一般應大于15 mm，并定期檢查。

（3）定期進行油泵的切換試驗，驗證交、直流潤滑油泵是否工作正常。新版《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》在防止汽輪機、燃氣輪機軸瓦損壞事故部分明確指出：汽輪機的輔助油泵及其自動裝置，應按運行規程要求定期進行試驗，保證處于良好的備用狀態。機組啟動前輔助油泵必須處于聯動狀態。機組正常停機前，應進行輔助油泵的全容量啟動試驗。

（4）在防止立式潤滑油泵進空氣的防范措施中，補充外置式臥式潤滑油泵作為備用也是可行的。外置油泵具有檢修方便的特點，但也要考慮臥式離心泵的工作特性，潤滑油泵蝸殼上部也要裝設排空氣管道，并保證其暢通。

3 潤滑油系統的新要求

新版《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》對汽輪機、燃氣輪機油系統提出了更多的要求，尤其是針對潤滑油系故障頻發的情況，采取了加入潤滑油儲能器設備等第三油源作為防護的措施。

加裝儲能器作為機組潤滑油泵故障的備用油源，旨在針對目前潤滑油系統的缺陷，避免潤滑油系統異常時多臺潤滑油泵均不能有效防止斷油燒瓦事故的發生。如果能保證潤滑泵工作正常，備用泵能夠正常啟動并建立油壓，也是能夠滿足安全運行要求的。這就需要在日常工作中加強設備管理，及時發現和處理設備使用中出現的問題，做好以下幾點。

（1）建立潤滑油系統油泵的運行和試驗臺帳。首先要保證在試驗規程要求的條件下進行試驗，熟悉操作步驟；其次要對試驗過程進行詳細的記錄和分析，對交、直流潤滑油泵事故聯起試驗、啟停試驗中油壓建立的時間、壓力情況進行詳細記錄，并進行對比。

（2）提高潤滑油系統設備可靠性。部分主機廠配套的潤滑油系統設備外委其他單位代工制造，制造加工過程中容易造成重要部件的遺漏，如果主機廠質量監督不到位，會將事故隱患轉移給用戶。

（3）提高發電廠檢修和運行人員的技術水平。加強潤滑油系統知識的培訓，提高分析處理問題的能力，能夠正確分析判斷機組潤滑油系統存在的異常并及時解決。

（4）充分吸取其他發電企業事故教訓。開展汽輪機、燃氣輪機潤滑油系統的事故案例學習，對本企業的類似問題及時進行整改。

4 結語

潤滑油系統是大型汽輪機、燃氣發電機組的重要輔助設備，其可靠性直接關系到機組的安全運行。據不完全統計，國內近20年因潤滑油系統故障引發的斷油燒瓦重大設備損壞事故達30多起，損失巨大。針對大型汽輪機、燃氣輪機潤滑油系統離心式潤滑油泵的常見故障進行分析，提出了解決方案和防范措施，對發電企業潤滑油系統缺陷的排查和處理具有參考和借鑒意義。

[1]于在鳳.汽輪發電機組潤滑油供油方式風險分析[J].電力安全技術，2011，13（9）:25-27.

[2]周福宏.200 MW機組潤滑油系統存在問題與建議[J].廣東電力，1995（1）:27-29.

[3]楊建平，楊成強.汽輪機潤滑油壓低故障分析及處理措施[J].華電技術，2010，32（12）:69-74.

[4]陳浩.汽輪機潤滑油泵故障的分析和處理[J].浙江電力，2010，29（6）:37-38

[5]王磊.汽輪機組潤滑油泵的故障分析[J].黑龍江電力，2013，35（1）:76-78.

（本文編輯：張 彩）

Analysis and Treatment on Abnormality of Lubricating Oil System of Steam Turbine and Gas Turbine

LIU Jiansheng
（Zhejiang Datang International Shaoxing Jiangbin Thermal Power Generation Co.，Ltd.，Shaoxing Zhejiang 312366，China）

Lubricating oil systems of steam turbine and gas turbine are used for shaft lubrication.System abnormality may result in the decline of the lubricating oil pressure，and failure of combined standby pump startup may cause lubricating oil interruption，which lead to the loss of bearing lubrication,large shaft vibration，increase of shaft vibration or even bearing bush abrasion.In this paper，examples of lubricating oil system faults are described to analyze the reasons，and solutions to lubricating oil system abnormality and preventive measures are proposed，which can be a reference for detection and treatment of lubricating oil system faults in power generation enterprises.

steam turbine；gas turbine；lubricating oil；oil pump；fault；analysis and treatment

TM621

：B

：1007-1881（2016）07-0049-05

2016-04-20

劉建生（1976），男，高級工程師、技師，主要從事燃氣-蒸汽聯合循環機組的設備管理工作。

對發電企業潤滑油系統缺陷排查和處理具有參考和借鑒意義。