給水泵油中進(jìn)水問(wèn)題的分析與改造措施

摘 要：針對(duì)600MW機(jī)組給水泵油中進(jìn)水問(wèn)題進(jìn)行故障跟蹤、運(yùn)行操作調(diào)查以及設(shè)備結(jié)構(gòu)原理分析。一系列試驗(yàn)措施表明，將給水泵軸承箱和軸封部件進(jìn)行阻隔能有效降低油中進(jìn)水，因此對(duì)給水泵兩側(cè)軸承水室呼吸器進(jìn)行改造，將高壓儀用空氣通入水室內(nèi)形成油水屏障。油質(zhì)跟蹤報(bào)告表明此項(xiàng)改造效果顯著。

關(guān)鍵詞：600MW；給水泵；油中進(jìn)水；儀用空氣；呼吸器

1 設(shè)備概況

華電可門電廠一期工程600MW機(jī)組配備上海電力修造總廠有限公司進(jìn)口英國(guó)韋爾公司的50%容量的主給水泵2臺(tái)，30%容量的備用電動(dòng)給水泵1臺(tái)。主給水泵由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，汽輪機(jī)和給水泵之間通過(guò)鋼性聯(lián)軸器傳遞功率。主給水泵安裝在汽機(jī)房13.7m標(biāo)高層，電動(dòng)給水泵安裝在0m層。

給水泵型號(hào)為FK4E39SC，是4級(jí)葉輪、水平、筒體式，內(nèi)部零件可以作為一個(gè)整體裝拆。汽輪機(jī)的型號(hào)為NK63/71，型式為單缸、單流、單軸、反動(dòng)式、純凝汽、再熱器冷段蒸汽外切換；運(yùn)行方式為變參數(shù)、變功率、變轉(zhuǎn)速。最大連續(xù)功率約13200MW，高壓進(jìn)汽為再熱冷段汽源，調(diào)試用汽源為輔助蒸汽。

給水泵的密封系統(tǒng)為迷宮密封，主要原理是通過(guò)間隙控制泄漏的方式進(jìn)行密封工作。密封水來(lái)自凝結(jié)水泵出口母管，在壓力受控狀態(tài)下注入密封腔室。在靠近泵組部位的注水管路中設(shè)置精細(xì)的濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾來(lái)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(nèi)，在卸荷環(huán)處與泵外漏的水匯合，并由聯(lián)通管送到前置泵進(jìn)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(nèi)的熱水。排出的密封水經(jīng)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(jī)油系統(tǒng)的安裝設(shè)計(jì)為集裝式油站，給水泵潤(rùn)滑油與給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油共用一個(gè)油系統(tǒng)。給水泵傳動(dòng)端軸承是徑向滑動(dòng)軸承，自由端軸承是徑向滑動(dòng)軸承與自位瓦塊式推力軸承。每個(gè)軸承的潤(rùn)滑油都是由汽輪機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)提供。

圖1 密封水工作原理圖

2 故障過(guò)程

華電可門電廠一期工程2號(hào)機(jī)自2014年5月計(jì)劃性大修后，給水泵汽輪機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)油中帶水現(xiàn)象。此現(xiàn)象一般在高負(fù)荷狀態(tài)下尤為明顯，表現(xiàn)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(rùn)滑油水份合格的標(biāo)準(zhǔn)是低于80ppm，分析2014年全年的油質(zhì)報(bào)告，油質(zhì)不合格主要為A給水泵和B給水泵水份超標(biāo)（頻發(fā)）。油質(zhì)監(jiān)督報(bào)表如表1所示。

表1 給水泵油質(zhì)監(jiān)督報(bào)表

油中進(jìn)水是影響給水泵安全運(yùn)行的重大隱患。首先，潤(rùn)滑油帶水使軸瓦油膜不易行成，當(dāng)油膜被破壞時(shí)轉(zhuǎn)子將與軸瓦產(chǎn)生摩擦，使軸瓦脫胎或化瓦；其次潤(rùn)滑油帶水使油膜質(zhì)量惡化，不能及時(shí)迅速帶走主軸傳來(lái)的熱量，造成化瓦或脫胎，危及機(jī)組安全；同時(shí)潤(rùn)滑油帶水降低了潤(rùn)滑效果，使油膜質(zhì)量惡化，機(jī)組軸系振動(dòng)加劇。

3 原因分析

在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，油中進(jìn)水既存在設(shè)備檢修工藝水平不高、系統(tǒng)布置方面的不足、設(shè)備磨損老化泄漏，也存在運(yùn)行操作不當(dāng)?shù)纫蛩亍８鶕?jù)檢修和運(yùn)行兩方面的總結(jié)，油中進(jìn)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(jī)配備一個(gè)潤(rùn)滑油站，油站內(nèi)配備一臺(tái)冷油器。冷油器所用的冷卻水為閉式水。在日常運(yùn)行過(guò)程狀態(tài)下，閉式水的母管壓力大概為0.55MPa，給水泵汽輪機(jī)的潤(rùn)滑油泵出口壓力為0.30-0.40MPa，經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑油濾網(wǎng)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(fā)生泄漏，則很容易造成油中進(jìn)水。但今年大修過(guò)程中，將冷油器進(jìn)行拆卸并進(jìn)行壓力試驗(yàn)，沒(méi)有泄漏現(xiàn)象。根據(jù)之前的檢修記錄，冷油器一直是零故障運(yùn)行。故本項(xiàng)可能原因被排除。

3.2 汽輪機(jī)軸端泄漏

當(dāng)機(jī)組啟停過(guò)于頻繁，大范圍調(diào)整負(fù)荷時(shí)，軸封處蒸汽壓力有波動(dòng)，造成軸端汽封受損。當(dāng)汽輪機(jī)軸封處有蒸汽外漏時(shí)，高壓側(cè)的蒸汽很容易被吸入軸承腔室內(nèi)，從而造成油中進(jìn)水。

首先，因?yàn)槠啓C(jī)剛經(jīng)歷大修，軸封間隙通過(guò)壓膠布方法嚴(yán)格控制，并通過(guò)廠級(jí)驗(yàn)，數(shù)值均在合格范圍內(nèi)。之后檢查軸封供汽壓力的變化，發(fā)現(xiàn)并無(wú)異常情況。最后通過(guò)測(cè)溫儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量汽輪機(jī)軸封部位的溫度，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)該處溫度并無(wú)異常增大現(xiàn)象。通過(guò)以上分析，我們可排除汽輪機(jī)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(jié)水泵出口母管，來(lái)水壓力為4MPa。經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓后進(jìn)入給水泵軸端進(jìn)行密封。當(dāng)密封水壓力偏低時(shí)，卸荷型迷宮密封結(jié)構(gòu)將無(wú)法完全阻隔泵內(nèi)高溫高壓水，造成回水溫度高；當(dāng)密封水壓力偏高時(shí)，密封水將順著泵外側(cè)襯套進(jìn)入回水腔室。如果回水量過(guò)大，將直接進(jìn)入軸承腔室。根據(jù)對(duì)軸承腔室溫度的持續(xù)跟蹤，發(fā)現(xiàn)給水泵密封水存在泄漏至潤(rùn)滑油的問(wèn)題，是造成油中進(jìn)水的主因。

經(jīng)過(guò)圖紙研究以及調(diào)整改造，先后發(fā)現(xiàn)了運(yùn)行調(diào)整不到位、給水泵兩端迷宮密封間隙過(guò)大等問(wèn)題。關(guān)于運(yùn)行調(diào)整不到位，發(fā)電運(yùn)行部經(jīng)過(guò)內(nèi)部總結(jié)，編寫大小潤(rùn)滑油質(zhì)控制運(yùn)行措施，嚴(yán)格規(guī)范密封水壓力調(diào)整、汽輪機(jī)負(fù)荷調(diào)整方法。運(yùn)行中密封水調(diào)閥應(yīng)投入“自動(dòng)”，調(diào)節(jié)動(dòng)作應(yīng)正常，差壓控制在≥0.04MPa（報(bào)警低一值為0.035MPa、低二值為0.015MPa），盡量接近低值運(yùn)行，但要保證密封水進(jìn)回水溫差不超過(guò)20度。

然而給水泵兩端迷宮間隙增大、回水量過(guò)大的問(wèn)題，雖然通過(guò)芯包返廠可以調(diào)整間隙，但運(yùn)行一段時(shí)間后間隙又會(huì)逐漸變大。而外接濾油機(jī)不間斷濾油只能治標(biāo)不治本，不能根本解決問(wèn)題。

4 改造措施

經(jīng)過(guò)以上原因分析，發(fā)現(xiàn)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(wèn)題，如圖2所示。最簡(jiǎn)單、見(jiàn)效最快的隔離方式就是用壓縮空氣隔離。根據(jù)對(duì)給水泵兩端軸承結(jié)構(gòu)以及儀用空氣系統(tǒng)的深入分析，發(fā)現(xiàn)泵兩端的呼吸器是最好的空氣接入點(diǎn)，軸承結(jié)構(gòu)剖視圖如圖3所示。最終改造方案定為經(jīng)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(jìn)入軸承室，實(shí)現(xiàn)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(jī)組儀用空氣系統(tǒng)，通過(guò)空壓機(jī)形成的0.5MPa高壓空氣，經(jīng)過(guò)出口電動(dòng)閥、逆止閥等，長(zhǎng)距離氣管傳輸會(huì)有約0.03MPa的損失。高壓空氣的進(jìn)汽量可通過(guò)進(jìn)口調(diào)門進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化造成的波動(dòng)。儀用空氣系統(tǒng)中的儲(chǔ)氣罐能起到穩(wěn)壓的作用。

為防止通入高壓空氣對(duì)高速運(yùn)行軸系的擾動(dòng)，誘發(fā)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(dòng)保護(hù)，明確通入壓縮空氣對(duì)軸系振動(dòng)無(wú)影響后再恢復(fù)保護(hù)；（2）為減小對(duì)軸系擾動(dòng)，高壓空氣應(yīng)從回水腔室上部接入；（3）開(kāi)啟壓縮空氣后應(yīng)緩慢加壓，密切關(guān)注對(duì)軸振的影響；（4）加強(qiáng)日常針對(duì)自由端振動(dòng)數(shù)據(jù)的跟蹤；（5）試運(yùn)行期間，每日跟蹤油質(zhì)報(bào)告，如有異常，應(yīng)采取對(duì)應(yīng)措施。

圖2 給水泵自由端結(jié)構(gòu)實(shí)物圖

5 效果反饋

呼吸器接入儀用空氣的改造實(shí)施后，運(yùn)行部與維修部加強(qiáng)監(jiān)護(hù)和巡檢，對(duì)給水泵油質(zhì)情況進(jìn)行不間斷跟蹤。經(jīng)過(guò)2個(gè)月的試運(yùn)行考驗(yàn)，總結(jié)如下：第一，給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油水份超標(biāo)現(xiàn)象得到很好的解決，油質(zhì)連續(xù)2個(gè)月保持在合格狀態(tài)，并無(wú)異常；第二，維修部可以拆除移動(dòng)式濾油機(jī)，取消檢修人員24小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)不間斷看護(hù)，減少人力物力的浪費(fèi)；第三，儀用空氣對(duì)軸系振動(dòng)問(wèn)題的影響不大，可以忽略；第四，本次措施沒(méi)有大范圍改動(dòng)，成本低且目的性強(qiáng)。第五，根據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)如果密封水回水過(guò)大，高壓空氣可能將水“吹”入軸承室，加快油中進(jìn)水。為此減少密封間隙、降低回水量才是控制油中進(jìn)水的根本。

6 結(jié)束語(yǔ)

給水泵呼吸器的改造不僅解決了潤(rùn)滑油油中進(jìn)水的問(wèn)題，減少了電廠人力物力的浪費(fèi)，而且成本低廉，是一次成功的技術(shù)創(chuàng)新。為進(jìn)一步規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，改造措施依然有完善空間。目前檢修人員正在考慮通過(guò)軸承室呼吸器導(dǎo)入儀用空氣，能更徹底的解決油中進(jìn)水問(wèn)題。

作者簡(jiǎn)介：陳仲武（1976，5-），男，漢族，福建省莆田市人，本科學(xué)歷，工程師，單位：福建華電可門發(fā)電有限公司，研究方向：火電廠熱能動(dòng)力。