1 000 MW機組主機潤滑油水分超標及軸承漏油治理

謝小強，蔣 波

(廣東惠州平海發電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

1 000 MW機組主機潤滑油水分超標及軸承漏油治理

謝小強，蔣 波

(廣東惠州平海發電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

介紹了某廠21 000 MW超超臨界機組主機潤滑油含水量頻繁超標以及1號軸承漏油的問題，分析了故障發生的主要原因，并提出了嚴格控制軸封壓力、優化1號軸承處高壓缸體保溫層和對軸承座油擋進行改造的綜合治理方案。方案實施后，徹底解決了機組潤滑油含水量超標及1號軸承漏油問題。

超超臨界機組；潤滑油；軸承；漏油；氣密封油擋

0 引言

某廠2×1 000 MW超超臨界機組主機為N1000-26.25/600/600(TC4F)型汽輪機，主機潤滑油采用集成式油站供油，每個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號機組投產以來，頻繁出現主機潤滑油含水量超標的問題，其中主機的1號軸承還出現過滲油現象，嚴重危害機組的安全運行。因此，有必要找出問題原因，以制定針對性的治理措施。

1 機組結構

該機組為單軸四缸四排汽型，采用HMN型積木塊組合：1個單流圓筒型H30高壓缸，1個雙流M30中壓缸，2個雙流N30低壓缸。機組的5個軸承座均為落地布置，采用梳齒型油擋。除高壓轉子外，其余3根轉子為單軸承支撐，具有軸系短、結構緊湊等優點。

當機組負荷高于70 %時，采用自密封式軸封系統，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；當機組負荷低于70 %時，則采用自密封與輔汽供軸封相結合的運行方式。通過供汽調節閥和溢流調節閥來控制軸封蒸汽母管壓力。

2 故障現象

該廠1，2號機組分別于2010年10月和2011年4月投入商業運行，機組投產后頻繁出現潤滑油水分超標的現象，并曾出現1號軸承漏油事件。故障特征如下。

(1) 在油凈化裝置脫水、排水正常的情況下，主機潤滑油頻繁出現水分超標現象，最大水分含量達到200 ppm，每天的排水總量達到60 L。2011年1月，1號機主機潤滑油共進行油質化驗31次，水分不合格的有28次，不合格率達90 %。

(2) 2011-05-06，1號機組停機過程中，在大軸轉速惰走至1 100 r/min時，1號軸承處出現滲油、冒煙現象。漏油發生后，檢修人員將1號軸承潤滑油量適當調小(進油壓力由0.23 MPa調為0.15 MPa)，避免漏油繼續擴大而引發火災。

對1號軸承座外油擋進行解體檢查發現，油擋密封齒間有大量油漬碳化結焦現象，堵塞了油擋的回油孔。

3 故障危害及原因分析

3.1 主機潤滑油水分超標

潤滑油中含水量超標會降低潤滑效果、加劇設備老化，嚴重時影響油膜的形成，造成軸承損壞，嚴重危及機組的安全運行。

經分析并逐一排查可能導致汽輪機潤滑油中進水的原因，最終確認汽輪機高壓缸軸封漏汽通過1號軸承座油擋進入軸承箱是導致潤滑油水分超標的直接原因。而導致汽輪機軸封漏汽進入軸承箱的原因主要有以下幾點。

(1) 由于安裝誤差或者機組運行過程中動靜碰磨，導致軸封密封齒與轉子徑向間隙超過了設計值，使軸封漏汽量增大。

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

(3) 高壓缸調端軸封體與1號軸承箱油擋距離較近，軸封漏汽擴散性差，很容易進入微負壓的軸承箱。西門子公司1 000 MW超超臨界組汽輪機高壓缸調端軸封體與1號軸承油擋距離僅有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散的問題。

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

3.2 軸承箱油擋漏油

潤滑油通過軸承箱油擋外漏很容易引發火災，從而危及機組的運行安全。通過對設備解體檢查，結合結構特點、運行工況等分析，發現導致1號軸承座油擋漏油的主要原因有：

(1) 安裝誤差或在運行中動靜碰磨導致油擋密封間隙增大；

(2) 大型機組為縮短軸系長度，軸瓦與外油擋設計距離較近，瓦體油擋為單級密封齒且間隙較大，軸瓦回油很容易被甩至外油擋處；

(3) 軸承室負壓過小，導致外油擋回油不暢；

(4) 啟、停機過程中，轉子轉速低，潤滑油沿軸頸從外油擋滲出；

(5) 油擋因油漬碳化結焦，堵塞回油孔，導致油擋回油不暢。

4 治理措施

根據上述分析可知，該廠存在的主機潤滑油水分超標及1號軸承漏油的問題由多種原因造成，有設備結構問題，也有運行操作問題，部分故障原因還存在相互間的因果關系。另外，由于汽輪機缸體軸封蒸汽外漏問題很難完全消除，降低軸承箱負壓也將影響外油擋的回油，而且油擋間隙在機組運行一段時間后必將增大且無法在線調整。因此，傳統運行調整措施很難徹底根除上述問題。為此，提出嚴格控制軸封壓力、優化1號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行綜合治理的方案。

4.1 控制軸封母管蒸汽壓力

根據機組軸封系統結構特點可知，高壓缸軸封蒸汽被引入軸封蒸汽母管，當軸封母管蒸汽壓力過高時，會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，需要對機組軸封系統進行相應優化。

(1) 提升軸封供汽調節閥和溢流調節閥定位器的控制精度(由原來的2 %調整為0.5 %)，以提高軸封系統適應機組工況變化的能力。

(2) 將軸封蒸汽母管壓力維持在15-18 kPa范圍內。

4.2 調整高壓缸調端軸封保溫層

由于高壓缸調端軸封體距離1號軸承座外油擋僅65 mm，按照傳統的缸體保溫型式，保溫層勢必會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散。因此，該廠對原保溫層進行調整，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 氣密封油檔結構及工作原理

氣密封油擋保留了原梳齒型油擋的基本結構，并在油擋本體內部設一道環形均壓室，然后通過管路向油擋本體內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部的密封齒中間，使油擋軸向位置中部形成正壓區，氣密封油擋結構如圖1所示。進入油擋密封齒的壓縮空氣沿轉軸分2個方向向低壓區擴散，其中一股氣流向軸承箱外流動，這股氣流阻止軸封漏汽及雜質進入軸承箱內，氣流壓力通過壓縮空氣管路上的閥門來控制，因為軸封漏汽是漏向大氣，相對壓力低，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，被排煙系統排走，這股氣流在向內流動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，氣密封油擋設計上具有雙重密封：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，其梳齒式密封結構也能起到密封效果，提高了運行可靠性。

圖1 氣密封油擋結構

4.3.2 氣密封油擋供氣系統

為確保進入油擋的壓縮空氣清潔干凈，系統所用的壓縮空氣氣源選用廠房內儀用壓縮空氣。系統壓縮空氣通過1根DN25的不銹鋼管從汽機房0 m儀用壓縮空氣環形母管引至15.5 m平臺汽輪機區域，經過空氣過濾器的過濾后，由DN6支管分別引入各軸承室油擋。進氣口安裝有單向閥，保證水不會倒流進汽道。壓縮空氣管路在汽輪機平臺區域隨潤滑油管路引至各軸承處，具體布置根據現場情況進行調整，氣密封油擋供氣系統如圖2所示。每套油擋設2個外部進氣口，并互成90°均勻布置于油擋上半部。

5 方案實施及效果

根據設備結構特點以及現場軸封漏汽、油擋漏油情況，于2011年2月完成1，2號機組軸封系統供汽調節閥、溢流調節閥控制精度以及軸封蒸汽母管壓力控制邏輯優化，并于2011年5月完成1，2號機組1號軸承座的氣密封油擋改造。由于氣密封油擋主體結構與原梳齒型油擋基本相同，因此，新油擋安裝可按原標準執行。油擋供氣管道使用不銹鋼管道并采用氬弧焊焊接，安裝后管路需進行吹掃，保證管道內壁潔凈、無雜質，以免雜質隨壓縮空氣進入軸承箱污染潤滑油。各軸承油擋供氣量根據現場實際情況調整，以不進汽、不漏油為準。

綜合治理前，該廠主機潤滑油水分超標現象嚴重，需保持油凈化裝置每天24 h持續運行，并額外再加裝2臺流量為12 000 L/h的臨時油凈化裝置連續濾，即便如此也難保油質合格，油凈化裝置每天的排水總量達到60 L。在1號機完成綜合治理之前的2011年1月，油質水分不合格率達到90 %，因加裝臨時油凈化裝置，消耗的人力、物力費用達到近10萬元。

圖2 氣密封油擋供氣系統

2011年5月，1，2號機組主機潤滑油水分超標及1號軸承漏油綜合治理項目完成之后，至今機組已運行近5年，在油凈化裝置正常運行情況下，主機潤滑油水分檢驗指標全部合格，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組進行大小修時例行更換。另外，1號軸承座油擋漏油現象也得到徹底根治。

經治理后，主機潤滑油水分超標及1號軸承漏油問題得到顯著控制，消除了機組的安全隱患，節省了因不斷濾油而產生的大量財力和人力消耗。

6 結束語

主機潤滑油水分超標及1號軸承漏油綜合治理項目實施至今已穩定運行近5年，完全達到了阻止軸封漏汽、外部雜質進入軸承箱以及防止潤滑油外漏的目的，確保了機組潤滑油系統的安全，值得在其他同類型機組和設備上推廣應用。

1 中國電力企業聯合會．GB/T 7596—2000電廠運行中汽輪機油質標準[S]．北京：中國標準出版社，2000.

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

2016-07-06。

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

蔣 波(1983-)，男，工程師，主要從事電廠熱力系統節能與設備狀態監測等方面的研究。