國產300MW汽輪機潤滑油系統進水事故分析處理

【摘要】在300MW汽輪發電機組調試和試生產期間，常會發生機組潤滑油系統進水的現象，造成這一現象的原因很多，采用因素分析法，逐步對機組的制造、安裝、調試、運行、設計等各環節進行分析，最終找出造成這一現場的最主要原因，確保大型汽輪發電機組安全生產。

【關鍵詞】汽輪機；潤滑油；進水；軸封系統

一、引言

目前，在新建國產300MW亞臨界汽輪發電機組調試和試生產期間，常發現機組帶負荷運行一段時間后汽輪機潤滑油系統進水、潤滑油乳化現象。作為向汽輪機發電機軸承提供潤滑、冷卻和機組調節保安系統動力的介質，其進水乳化的程度直接影響著汽輪機的安全，因此控制汽輪機潤滑油系統進水、防止潤滑油乳化是保證現代大型汽輪發電機組安全生產的重要環節。

二、事故現象

某電廠300MW 汽輪機組在運行過程中，經過一次負荷急劇下降恢復正常運行后發現大機潤滑油箱油位異常升高，在不到一天的時間，油箱油位升高10cm，通過檢查發現大機油箱中潤滑油上部浮有一層油花；汽輪機軸承油位觀察窗上部有一層油花，油色呈乳白色；油中有水后潤滑油壓有所下降；軸瓦溫度有所上升；油凈化器疏水量增大，外掛大功率真空濾油機后才控制油位上升趨勢。同時發現隨著機組負荷的變動，潤滑油箱油位也產生較大波動。

三、系統介紹

（一）潤滑油系統

國產300MW汽輪發電機組潤滑油系統主要由汽輪機主軸驅動的主油泵、冷油器、頂軸裝置、盤車裝置、排煙系統、油箱、潤滑油泵、事故油泵、濾網、加熱器、油位指示器、閥門、逆止門、各種規格不銹鋼管道及監測儀表等構成。向汽輪機發電機軸承提供潤滑油和調節保安系統的壓力油。

（二）軸封系統

軸封系統的主要作用是為了防止蒸汽沿高、中壓缸軸端向外泄汽，同時防止蒸汽竄入軸承座導致潤滑油系統進水；防止空氣漏入汽缸破壞機組真空。因此在運行、調試期間，軸封系統調整不當是主機潤滑油進水主要原因之一。

汽輪機組軸封系統（包括汽動給水泵的小汽輪機軸封系統）采用具有自動調節裝置（調整軸封供汽壓力）的閉式軸封系統，它是由軸端汽封、供汽母管壓力調整機構、軸封加熱器、減溫器以及有關管道組成的閉式軸封系統。300MW機組采用自密封汽封系統，即機組在正常運行時，由高、中壓缸軸端汽封的漏汽經噴水減溫后作為低壓軸端汽封供汽的汽輪機汽封系統，多余漏汽經溢流站溢流至低壓加熱器或凝汽器。

300MW機組軸封系統的供汽汽源站由高壓閥門站、低壓（冷再熱蒸汽）閥門站、輔助蒸汽閥門站、溢流蒸汽閥門站等四個閥門站參與調節（圖1）。同時，軸封系統中設計了旁路自動調壓裝置，運行中如軸封供汽壓力過高，溢流閥將自動開大把部分軸封用汽引入凝汽器以降低供汽壓力到合適，反之則自動關小溢流閥。

四、原因分析

根據機組各系統及運行原理分析，汽輪機潤滑油已進水乳化主要有以下幾種原因：（1）外部原因造成油箱中進水：補油中含水量大；油箱頂部蓋板未蓋好，潮濕的空氣進入油箱，空氣中的水分被油吸收；（2）潤滑油冷油器內部管束內漏；（3）氣缸接合面變形，密封不嚴密，造成蒸汽泄漏進入軸承室；（4）油箱排煙風機運行不正常，造成主油箱負壓過大；（5）由于運行、安裝等原因造成軸封漏汽大，同時軸承油檔的間隙大，蒸汽泄漏進入軸承室；（6）為了維持機組真空度，需要加大軸封供氣，這樣會使軸封漏氣增加，不能完全回到冷凝器中，通過軸承箱的油檔進入潤滑油中。

為掌握汽輪機潤滑油系統的工作狀況，分析所存在問題的根本原因，我們由簡入繁，從最容易排除的因素分析入手：（1）通過現場檢查和對新油進行化驗，排除由外部原因造成油箱中進水的可能；也排除了氣缸接合面變形，密封不嚴密，造成蒸汽泄漏進入軸承室可能。（2）冷油器管束泄漏。一般情況冷油器管泄漏不會造成油中進水而是油進入冷卻水中，因為一般油壓是高于水壓的，但由于操作不當可能會使冷油器先進水后通油，但這種油中水份大只是暫時的，如果存在泄漏，更多是表現為油位下降。（3）對油箱排煙風機的進口風門進行調整，保證汽輪機回油系統處于微正壓狀態，發現油位的上升速度得到一定控制，但仍需要外掛真空濾油機才能保證油箱的正常油位，因此判斷油箱排煙風機出力過大，造成潤滑油系統進水不是最主要原因。（4）檢查安裝過程的施工驗收記錄，軸封間隙是按照廠家要求取下限進行調整的，先暫定排除高壓端軸封間隙調整過大的可能；根據軸封系統蒸汽進入潤滑油系統與汽輪發電機組運行負荷有關原理：在汽機開始啟動或低負荷時，所有汽缸內的壓力低于大氣壓力，汽封蒸汽通過軸封母管送入軸封供汽腔室（X腔室），一部分通過汽封片進入汽缸，另一部分進入另一側的軸封漏汽腔室（Y腔室）。

漏汽腔室由于汽封蒸汽冷凝器（軸封加熱器及軸加風機）的作用，始終保持低度負壓，其腔室內的蒸汽與空氣的混和物通過連接管道進入汽封蒸汽冷凝器。當高中壓合缸的排汽壓力超過供汽腔室的壓力時，大約在機組10%負荷時，高壓缸的汽封蒸汽就能自給，在大約25%負荷時，中壓缸的汽封就能自給。這時，蒸汽由供汽腔室排出進入軸封母管，蒸汽再從母管進入低壓汽封裝置，過量的蒸汽通過溢流閥流向凝汽器。當負荷增至60%時，高中壓缸軸端漏入供汽母管的蒸汽超過低壓缸軸端汽封所需的供汽量，供汽母管壓力升至0.13MPa時，所有供汽站的調節閥自動關閉，溢流站調節閥自動打開，汽封系統進入自密封狀態。根據現場機組隨著機組負荷的變動，潤滑油箱油位也產生較大波動的再次，初步確定大機油箱油位異常與軸封系統的調整有很大關系。

五、事故處理

在現場汽輪機潤滑油已進水乳化問題產生的原因進行逐一排除后，為掌握汽輪機軸封系統的工作狀況，分析所存在問題的根本原因，進行了軸封系統的現場試驗，主要是進行改變軸加風機出力、改變軸封供汽壓力和不同工況下的真空嚴密性試驗，以取得軸加風機出力、軸加真空、軸封供汽壓力、軸封加熱器凝結水進出口溫度及主機真空之間的相互關系，并對試驗結果分析：

1．軸加風機出力直接影響軸加真空度。因為汽輪機軸封汽進入軸封加熱器殼側，被由管側進入的主凝結水冷卻凝結后疏至凝汽器，而不凝結的氣體被冷卻后由軸加風機排入大氣，維持了軸加殼側的真空。通過分析：軸封加熱器殼側的真空隨著軸加風機容量的增大而提高，當風機出力增大到一定程度后就不再對軸加真空有明顯的影響。

2．低壓缸軸封冒汽與軸加供汽壓力、軸加真空度直接相關。當機組的軸封供汽壓力過高時，低壓缸軸封將冒汽運行，軸封汽就較多地竄入軸承潤滑油中，導致機組油中帶水，嚴重威脅機組安全運行。由此，機組的軸封供汽壓力要受到限制，不能超出廠家要求的上限。盡管如此，一旦運行操作稍有不當，仍時常出現潤滑油油中帶水，尤其是變工況運行時問題更為突出。

3．汽輪機真空嚴密性與軸封供汽壓力大小直接相關，汽

輪機真空度隨軸封供汽壓力的增大而提高，汽輪機真空度且與軸封加熱器真空有關。軸封加熱器真空很低時，軸封供汽壓力的變化對主機真空的影響也很大。分析認為，當軸封供汽不能將低壓缸兩端軸封封住，大量空氣由此漏入真空系統導致系統真空降低，隨著軸加風機出力的增大，軸封加熱器真空的提高，其軸封壓力大小對主機真空的影響已很小，且都能維持高度真空。原則是在能維持系統真空的要求盡量降低軸封供汽壓力，減少油系統進水的可能性，因此可以通過增加軸加風機出力達到目的。根據廠家設計要求，在維持軸封加熱器壓力在-5KPa（g）左右時，降低軸封供汽壓力，很好地解決了潤滑油進水的問題。

六、結論

綜上所述，汽輪機軸封系統狀況不僅對機組的安全、經濟運行至關重要，也是機組潤滑油系統進水的重要原因，為確保該系統正常運行必須選擇足夠的軸加風機出力、維持軸封加熱器的真空度、調整合理的軸封供汽壓力，最終在調試、運行中找到一個合理的參數區間是消除了汽輪機軸封冒汽、解決潤滑油系統進水現象的重要手段。