核電廠汽輪機潤滑油進水的原因分析及處理

龍江

【摘 要】秦三廠汽輪機潤滑油系統曾發生過進水事件，通過軸封系統、排煙管道及冷油器泄漏等途徑，水進入潤滑油系統中，導致潤滑油的油質惡化，影響系統功能的實現。本文簡要介紹潤滑油系統的主要功能及系統控制，重點分析潤滑油系統進水的原因，并提出處理方法和改進措施，以防止潤滑油中進水，保持潤滑油品質合格，使潤滑油系統實現潤滑和冷卻功能。

【關鍵詞】潤滑油；進水原因；處理

【Abstract】There was event occurred in lubricating oil system TQNPC，water may enter the lubricating oil system through the gland sealing system，lampblack piping and the oil heat exchanger.As a result，the oiliness of the lubricating oil will be deteriorated，and the system function is impacted.The article recommends the main function and the system control.It also mostly analyses the reason of the water entered into the oil system， and tables some proposals on how to avoid it happens，and prevent the water entered into the lubricating oil，ensure lubricating oil system revolve normally，

【Key words】Lubricating oil；Reason；Treatment

0 概述

秦三廠汽輪機潤滑油系統的主要作用是正常運行及啟動和停機時為汽輪發電機各軸承提供一定壓力、溫度和流量的潤滑油，同時也可提供盤車裝置用油；為發電機密封油系統提供已被冷卻的潤滑油；為汽輪機機械超速注油試驗裝置和復位裝置供油以及頂軸油系統提供已被冷卻的潤滑油。

潤滑油系統主要設備有主油箱、兩臺冷油器、主油泵（MOP）、渦輪增壓泵、盤車油泵（TOP）、電動吸入泵（MSP）、應急油泵（EOP）、兩臺排油煙機、潤滑油電加熱器、主油箱液位計（LIS5301）、油系統套裝管道、儀表、溫度控制器等。汽輪發電機正常運行時應急直流油泵EOP、盤車油泵TOP、電動吸油泵MSP都在熱備用狀態。主油泵在汽機大軸的驅動下提供足夠壓力和流量的潤滑油經過渦輪增壓泵降壓后再經過油冷器冷卻，經冷卻的潤滑油直接供給汽輪發電機的8個徑向軸承和一個推力軸承，同時供給頂軸油泵和密封油系統經過冷卻的潤滑油，而渦輪增壓泵在主油泵出口高壓油驅動下，吸入足量主油箱內存油，升壓后再送入主油泵吸入口，確保主油泵入口有足夠的吸入壓頭和吸入流量。而在汽輪機的啟動和停機階段，由于汽輪機停運或轉速較低，油渦輪增壓泵在缺乏充足動力油情況下無法為主油泵入口提供足夠壓力和流量的潤滑油，所以系統所需潤滑油也就無法靠主油泵來承擔，此時電動吸油泵MSP、盤車油泵TOP或是應急直流油泵EOP則需投運，來提供潤滑油，潤滑油系統向汽輪機軸承供油參見圖1。

汽輪發電機正常運行時其轉子以每分鐘1500轉的轉速在高速運轉，轉動軸承需要持續不斷油供給，保證轉子轉動期間軸徑和軸承之間形成穩定的油膜避免直接金屬摩擦，減少滑動阻力。大軸的熱傳導及金屬油液間摩擦熱若不及時被釋放，久之軸承瓦面會被燒毀，解決上述問題的有效方法是連續不斷地向機組各段軸承提供適當溫度、壓力及一定流量潤滑油，并配置一定換熱能力的冷油器，將產生的熱量持續交換出去。為此進入各個軸承油的溫度須被控制在允許值范圍內，潤滑油溫度過高，油脂粘度降低，油膜難以形成，且回油溫度太高會導致油質惡化；油溫過低，則形成的油膜易破裂，不能保持穩定，不能有效防止主軸、瓦間摩擦，油量過大或過小、噴入壓力過大或過小等都不利油膜建立與穩定。因此，根據潤滑油系統設計目的，對進入汽輪機各軸承的潤滑油的溫度、含水量及壓力等都有嚴格的控制要求，潤滑油供油溫度需控制在38～49℃范圍內，潤滑油回油溫度被控制在60～70℃以下，最大不能超過75℃（報警值80℃），供油至軸承處油壓控制在200-220kPa（g）。

1 潤滑油系統控制簡介

潤滑油壓力控制和潤滑油溫度控制：

1.1 潤滑油壓力控制

汽機轉子高速（1500RPM）運轉時，由汽機大軸驅動的主油泵提供潤滑油，供油壓力為200—220kPa；潤滑油系統設有3個壓力開關，如果潤滑油供油總管壓力低于69kPa，三取二邏輯壓力開關動作，觸發汽輪機跳機。

1.2 潤滑油溫度的控制

潤滑油溫度控制主要由油冷器溫控器67134-TC4254、溫控閥7134-TCV4254和主油箱潤滑油電加熱器共同控制。潤滑油電加熱器的控制在前面已經闡述過，在此不再說明。油冷器溫控器67134-TC4254通過控制油冷器的冷卻水（RCW）溫控閥7134-TCV4254的開度來控制潤滑油溫度，溫度高時閥門開度增加，溫度低時閥門開度減小。如圖1所示：汽輪機運行的不同階段對潤滑油溫度的要求不同，其中盤車階段油溫設定點為32℃；當盤車齒輪脫開后溫控器67134-TC4254的溫度設定點自動上升至40℃，潤滑油溫度也上升，當潤滑油溫度超過40℃時油溫設定點將自動在20min內上升到46℃，汽機正常運行時設定點就為46℃；在停機過程中，滿足圖2所示的四個條件之一時潤滑油溫度設定點將在120min降低到32℃，盤車齒輪嚙合后油溫設定點將保持在32℃。

2 潤滑油進水的原因分析

從潤滑油系統的組成及運行工況等方面分析，潤滑油系統進水的原因，比較典型的主要有以下幾種：

2.1 汽輪機軸封蒸汽進入潤滑油中凝結產生凝結水

機組正常運行期間，汽輪機軸封蒸汽壓力控制在20～28kPa范圍內，實際上軸封壓力穩定在26kPa，而潤滑油系統運行期間，其供向各軸承的潤滑油油壓在200～220kPa，軸封蒸汽壓力控制較為穩定，軸封蒸汽一般不會進入到潤滑油系統中；然而，當汽輪機停運后，在軸封系統停運后，如果軸封母管有一定壓力的蒸汽存在，汽輪機各段軸承室在正常通以潤滑油情況下，排油煙風機作用，使其內略顯負壓（但不會很高，大約0.05～0.098kPa）。而當盤車油泵停運，停止向各軸承供油，卻保持排油煙風機繼續運轉，其各段軸承室內負壓應有很大程度提高，接近油箱內負壓（-0.20kPa），軸封母管內有一定壓力的蒸汽存在，軸封會有一定程度漏汽，在軸封端部汽室與軸承室內形成一定的差壓，增大了向軸承室漏汽量，水汽通過軸封端部進入軸承室，水汽冷凝后形成水進入潤滑油系統，使得油中含水量增加。

秦三廠大修期間，1號機組停機后，當打開2號軸承箱時，發現軸承室內有明顯積水，懷疑潤滑油中水分增加，立即要求化學人員對潤滑油進行取樣分析，在8月14下午對油凈化入口提取油樣，發現油中含水量突然升高到約6900ppm（要求小于1000ppm），而且油的外觀明顯有混濁，從而確定有水進入潤滑油系統。102大修期間，潤滑油進水的原因分析如下：根據記錄資料，機組在8月14日1：45破壞真空，并于1：54停止向軸封母管送輔助蒸汽，幾乎同時停止軸抽風機運行，使得軸封母管內氣體未能被充分釋放，加之可能除氧器加熱蒸汽管線上殘存汽體并通過41150-MV5121漏流到軸封母管上引起，軸封母管一直存有一定壓力（2.0～1.6kPa）蒸汽存在，曾經在2號機組6月26日停運期間也出現過同等情況，但不同的是，8月14日8：36分，操作員停運盤車油泵TOP后，未能在較短時間內停運抽油煙風機而是在10：10才停止其運行，時間間隔有1小時34分，各段軸承室在正常通以潤滑油情況下，排油煙風機作用，使其內略顯負壓，而當停止向各軸承供油，卻保持排油煙風機運轉，其內負壓應有很大程度提高，接近油箱內負壓。前述提到軸封母管尚有殘存或漏流，軸封端部會有一定程度漏汽，比較而言，增大了向軸承室漏汽量，使得油中含水量增加。而且8月14號，1號機組停運過程中，潤滑油盤車油泵TOP停運而排油煙風機運轉期間，軸承回油溫度升高很快。在8月14日8：34停運盤車油泵TOP后，而排油煙風機保持運行，這樣如上推斷各軸承室內負壓將提升很高，這時軸封母管內尚有一定壓力和溫度的蒸汽（1.6kpa左右，溫度在124度左右）存在軸封端部漏汽可能，且低壓缸此時的排汽溫度也從正常的32度上升到77度，開缸時蒸汽外冒現象也較為明顯，從各軸承回油溫度出現明顯上升來看，應該有熱汽體涌入各軸承室并沿著各回油管流動，使得各回油管線溫度探頭感受到的溫度有所升高，而此時已不存在回油，雖各段軸承尚存一定溫度，有將回抽氣體加溫趨勢，但不致如此明顯。根據上述現象分析判斷，已經有一定量的水蒸汽進入潤滑油系統。

2.2 潤滑油冷卻器泄漏，RCW水進入潤滑油中

潤滑油冷卻器的冷卻水采用RCW進行冷卻，潤滑油冷卻器中油走殼側，由于冷卻水壓力比潤滑油工作壓力大，一旦傳熱管破損，RCW冷卻水就會進入潤滑油當中去。運行期間，由于RCW壓力波動或者在停機過程中潤滑油油溫設定值的下降，會使其溫度調節閥突開造成對潤滑油冷卻器內部部件的壓力沖擊，可能會使油冷卻器傳熱管破損，導致RCW冷卻水泄漏到潤滑油中；另外，隨著運行年限的增長，加上壓力波動的沖擊、腐蝕以及沖刷等消耗，也會導致傳熱管的泄漏，導致潤滑油中含水量增加。雖然RCW水通過潤滑油冷卻器漏人潤滑油的可能性較小，但是不能忽視。一旦RCW水泄漏到潤滑油中，后果相當嚴重，一方面，潤滑油中的含水量大幅增加，油質迅速惡化，嚴重威脅汽輪機的安全運行；另一方面，RCW系統是一個封閉的循環水冷卻系統，當出現大量水外漏時，系統壓力會急劇下降，系統震動加劇，對設備運行產生不利影響。

2.3 雨水通過排油煙管道進入主油箱和油凈化箱

從系統現場布置可知，主油箱、油凈化油煙排放管道的戶外端頭均微曲朝下，一般情況下，雨水不會通過排煙管線進入潤滑油系統當中；但是，我廠地址位于大海邊上，如果發生特大的臺風來襲，在狂風暴雨的肆虐下，雨水就可能通過主油箱、油凈化油煙排放管線進入潤滑油中，使得潤滑油的含水量大幅增加，造成油質惡化，影響油系統正常運行。

2.4 潤滑油中本身的含水量超標

潤滑油是經油罐車運來，經隔離閥4131-V4635充裝到潤滑油儲存箱4131-TK4001，如果潤滑油純度不高，加上充裝過程中因連接設備中有水分，那么當潤滑油裝入油儲存箱后，油中的水分就會增加；另外，潤滑油系統運行期間，若主油箱排煙風機、油凈化排煙風機工作不正常，沒有有效的將油氣、水汽等排除，那么潤滑油中的水份也會增加。

3 潤滑油中含水量過大的危害

3.1 秦三廠汽輪機潤滑油化學控制指標

秦三廠汽輪機潤滑油為Mobil DTE Light，潤滑油的化學控制指標參見表1。

3.2 潤滑油中含水量過大的危害

潤滑油中含水量過大，使得潤滑油品質變差，供向汽輪機各軸承的潤滑油粘度大幅下降，導致軸瓦油膜受到破壞，容易造成汽輪機燒瓦事故，嚴重影響汽輪機運行安全，所以，必須保證潤滑油中含水量小于100ppm，以防發生事故；油中含水量過大的危害表現在以下幾方面：

1）潤滑油中含水量過大，造成潤滑油乳化，潤滑油粘度大幅降低，導致汽輪機各軸承內難于形成油膜。

2）潤滑油的潤滑效果變差，潤滑油循環遭到破壞，嚴重影響軸瓦散熱，導致軸瓦燒毀。

3）潤滑油中的水份使得供油管線，軸瓦內部等腐蝕加劇，油中雜質含量增加；這些雜質會使汽輪機機械超速注油試驗裝置和復位裝置等發生卡澀，影響其安全功能。

4）發電機密封油來源于潤滑油，所以密封油中含水量增大后，氫油壓差不能維持在合適范圍內，其密封性能變差，影響發電機運行安全。

5）頂軸油也是由潤滑油供給，若頂軸油中含水量增大，其注入軸承內的油質變差，在汽輪機啟動及停機階段，不能有效實現其功能，將會影響汽輪機安全啟動及安全停機。

4 處理和改進措施

4.1 防止軸封蒸汽漏入潤滑油系統的處理方法和改進措施

潤滑油系統運行時，對油質的要求較高，不僅要保證其供油壓力穩定、油溫能有效控制在正常范圍、供油流量足夠，而且還必須確保它的各項化學性能指標滿足要求（詳見表1），尤其是油中的含水量要求更為嚴格，以防潤滑油乳化，潤滑油粘度下降等異常發生。

潤滑油系統在正常運行期間，為了防止軸封蒸汽漏入潤滑油，我們應從如下幾方面著手：

1）加強軸封系統的巡檢、壓力控制器及參數監視，保證軸封蒸汽壓力穩定控制在正常范圍。

2）因軸封蒸汽品質變差需切換軸封蒸汽汽源時，在切換過程中，一定要確保軸封壓力穩定，防止軸封蒸汽壓力大幅波動；如果出現軸封蒸汽品質變差而導致軸封出現積水、產生嘯叫聲等異常而導致軸封通路堵塞，必須及時采取調整軸封加熱器殼側負壓、適當提高軸封壓力等措施進行吹掃，使軸封系統運行恢復正常，確保其不會漏入潤滑油系統中。

3）加強對潤滑油系統運行參數的監視和控制。油凈化在線自動除水裝置投入使用，可以除去油中水份；為了隨時檢測機組汽輪機潤滑油的水份含量，在汽輪機潤滑油凈化系統安裝一臺油中水份分析儀（如圖3所示），以便隨時檢測潤滑油系統是否有水進入，分析儀的探頭安裝于潤滑油凈化系統出口管線上，在巡檢過程中，需要關注分析儀的讀數，如果讀數上升較大，應立即聯系化學人員取樣分析油中水分含量；若油中含水量超過1000PPM，則要執行GOP004降功率至冷態卸壓，盡快停運汽輪機。

圖3 油凈化出口水份分析儀安裝示意圖

機組停運時，軸封蒸汽系統停運過程中，若發現軸封母管內尚存余汽的話，在停運軸封供汽后，5分鐘后再停止軸抽風機運行，并將母管前疏水至地漏排放閥開啟，排水降壓；同時監視和控制油箱內負壓變化，不能過高，盤車油泵停運后，不宜較長時間保持排油煙風機運行；在啟動軸封蒸汽系統時，應先停運潤滑油抽油煙風機，以免軸封蒸汽漏入潤滑油系統，在軸封系統啟動后再重新啟動潤滑油抽油煙風機。

4.2 潤滑油冷卻器泄漏的預防和處理

對于油冷器泄漏將導致高壓側的RCW冷卻水進入潤滑油的情況，由于RCW水中含鋰離子濃度相對較高，如果油冷卻器的傳熱管破損導致RCW冷卻水漏入潤滑油中，可以通過化學分析就能確認是否是RCW系統中的水通過油冷器傳熱管泄漏進入潤滑油，此時RCW補水流量也會增加。如果確認是油冷器泄漏，且潤滑油水份含量持續升高，則需要對冷油器隔離查漏。首先切換至備用油冷器運行，然后將泄漏的油冷器隔離疏水，進行查漏，對泄漏的傳熱管進行堵管處理。在操作中需要注意的要點如下：

1）在進行冷油器切換以及冷油器放油和放水之前需要將以下參數調出：

潤滑油壓力 AI0312

潤滑油溫度 AI0375

RCW 系統壓力 AI0245

RCW 補水流量 AI2165

并且主控和現場隨時保持熱線聯系。

2）冷油器 RCW冷卻水隔離后需要觀察一小段時間，潤滑油溫度穩定后再進行后面的操作，防止出現隔離錯誤。一旦潤滑油溫度出現異常變化則恢復至操作前狀態。

3）已經處于隔離狀態的冷油器放油前，需要監視油壓，在開冷油器至污油儲存箱的放油閥時開始應當緩慢進行，一旦發現油壓出現明顯下降情況則暫時停止操作或恢復放油閥門原來的狀態。

4）冷油器 RCW 冷卻水側放水操作時主控嚴密監視RCW 系統壓力和RCW 補水流量。如發現參數變化較大則停止操作并恢復到操作前的狀態。

需要強調的是：進行隔離查漏操作前，必須確認即將被隔離的冷油器是處于備用狀態，錯誤打開正在運行的冷油器至儲存油箱的放油閥門將造成潤滑油供油壓力大幅度下降，甚至可以引發低油壓跳機。

由于汽機潤滑油冷卻器中油走殼側，RCW冷卻水壓力比潤滑油工作壓力大，傳熱管破損會出現水進入潤滑油的情況。原設計中潤滑油冷卻器入口油管隔離閥與潤滑油冷卻器本體間沒有接入裝置，無法實現加壓空或抽真空的目的。因此，對系統進行設計改進，在冷油器檢修排油閥41350-V4801/V4802上游各加裝一根1"支管，并安裝兩只截止閥進行隔離，端部再裝上堵頭，新加裝閥門編號為41350-V8001/V8002。這樣在需要加壓力或抽真空時便可接入，而正常運行期間又保證密封。所以當出現冷卻器傳熱管泄漏時，可以從殼側加壓空或抽真空，在管板上用檢漏液檢查或貼膜檢查以快速查找到漏點以縮短故障排除時間。

4.3 雨水經排煙管道進入潤滑油系統可能性的一些思考

雨水通過排油煙管道進入主油箱的情況，從目前的分析來說這種情況只是存在一種可能，由于主油箱、油凈化油煙排放管道的戶外端頭均微曲朝下，所以一般情況下，可不考慮雨水從該管道進入。筆者認為，可以考慮將排煙管線中的回油與油氣分離器中回油同時引至一個U形管，再從U形管回油至系統，在U形管上加油位計和疏油閥，當出現臺風正面來襲等惡劣天氣，就加強對該油位計的監視，若油位異常升高，則可打開疏油閥取樣和排水，可以有效防止雨水進入油系統的風險。

4.4 從潤滑油采購、充裝、系統控制、設備優化運行及合理維護等方面，有效控制潤滑油中的水分含量在正常范圍，保證油系統正常運行，從而保證汽輪機安全穩定運行。

5 結束語

綜合上述分析，潤滑油中進水危害極大；筆者結合所學知識和十多年的工作實踐經驗，認真分析了可能導致汽輪機潤滑油進水的各種原因，并提出了相應的處理措施；可有效防止汽輪機潤滑油中進水，保持潤滑油品質合格，防止汽輪機軸承因潤滑油質惡化而發生軸間磨損等事故，對汽輪機長期安全可靠運轉具有重要的意義。

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[責任編輯：田吉捷]