淺析AP1000汽輪機潤滑油進水原因及應對措施

高光輝

中電華元核電工程技術有限公司煙臺分公司，山東煙臺 265100

1 AP1000汽輪機簡介

三代核電機組AP1000汽輪機為工作轉速1500r/min的半轉速型、單軸、四缸六排汽反動凝氣式汽輪機，額定輸出功率1251MW。輔助設備中有潤滑油系統(tǒng)和軸封系統(tǒng)。潤滑油系統(tǒng)主要由汽輪機轉子驅動的主油泵、主油箱、冷油器及封閉式套裝油管、控制油泵、盤車油泵和直流事故油泵構成，承擔著向汽輪機各軸承、推力軸承及盤車裝置供應潤滑油的任務，另外，也是低壓保安油的油源和發(fā)電機密封油系統(tǒng)的備用油源。軸封系統(tǒng)通過連續(xù)不斷地輸送一定壓力的蒸汽和軸封排風機形成的持續(xù)真空來實現一臺高壓缸、三臺低壓缸以及各汽缸進汽主汽閥、進汽調節(jié)閥的蒸汽密封，并收集以上各處的蒸汽，通過凝結水冷卻器后排入主凝汽器熱井。

2 汽輪機潤滑油中進水的危害

2.1 對某些儀控元件造成影響

為保證汽輪機安全、穩(wěn)定運行，在汽輪機的各個軸承上均安裝有測振、測溫等儀控元件，儀控元件中有電磁線圈、線纜等設備。潤滑油中的水分對這些元件具有破壞作用，會造成電磁線圈和線纜絕緣性能降低，可能導致儀控元件的失靈甚至損壞。

2.2 對發(fā)電機絕緣造成影響

發(fā)電機的氫氣密封油系統(tǒng)與潤滑油為同一油源，并且是密封油系統(tǒng)的備用油。氫側密封油與發(fā)電機內部的氫氣直接接觸，從而導致潤滑油中的水分汽化后進入氫氣，造成氫氣的濕度增加，潮濕的氫氣在發(fā)電機內部循環(huán)，影響發(fā)電機線圈的絕緣性能。

2.3 惡化油質，影響汽輪機安全穩(wěn)定運行

潤滑油工作環(huán)境惡劣，含水量超標后，極易造成油品乳化、黏度降低、惡化油質。轉子和軸瓦烏金面之間在工作時需要剛度大且穩(wěn)定的油膜，惡化的油質則對油膜的形成有相當大的影響。油膜形成不好，轉子軸徑和烏金面發(fā)生摩擦，會造成軸承振動加劇、回油溫度升高、軸瓦脫胎、軸徑損壞等不良后果。甚至會使汽輪機內部的動靜部件之間發(fā)生摩擦，導致嚴重的安全事故。油溫升高又進一步加劇潤滑油油質乳化、大量泡沫產生、酸值升高。大量的泡沫聚集在油箱中潤滑油的表面，使油中的氣體難以被分離、出現假油位。

3 汽輪機潤滑油中進水的主要原因

3.1 軸封間隙超標

汽封塊是靜止的，汽輪機轉子是運動的，軸封間隙為軸封齒與轉子間的間隙。此間隙過小會導致動靜部件摩擦從而造成大軸彎曲。為避免動靜摩擦，在軸封安裝時，往往將預留的軸封間隙超出設計值一些，但是如果間隙值過大，蒸汽就會沿著汽輪機轉子向外漏出，部分蒸汽被軸承座內的負壓吸入軸承座后凝結，從而導致潤滑油中水分增加。

3.2 軸封壓力調整不當

汽封的高壓腔室位于整個軸封的內側，軸封蒸汽是正壓，主要作用是密封缸內的蒸汽。低壓腔室在整個軸封的外側，為負壓，由軸封風機抽吸形成。如果低壓腔室負壓調整不當，或者高壓腔的軸封蒸汽過大，超過低壓腔將蒸汽抽出的能力，則會形成軸封蒸汽的外漏，外漏的蒸汽進入軸承箱將水分帶入潤滑油。

3.3 運行人員操作失誤

軸封高壓腔由軸封蒸汽—即主蒸汽或者輔助蒸汽供給，或者高中壓缸內的高壓蒸汽形成自密封時形成，壓力較高。低壓腔室的真空由軸封風機抽吸形成。啟動時應先啟動軸封風機，負壓形成之后方可投入高壓區(qū)的軸封蒸汽，軸封系統(tǒng)停運時應先切斷高壓區(qū)的軸封蒸汽，再停運軸封風機。運行人員在某次軸封系統(tǒng)停運操作中，軸封蒸汽仍在不間斷正常供氣的情況下，先停止了軸封風機的運行，導致大量軸封蒸汽漏出，蒸汽進入軸承箱后，造成潤滑油中含水量達7000ppm。

3.4 冷油器管束滲漏

AP1000汽輪機潤滑油冷油器為管式冷油器，主油泵的設計壓力為1.67MPa，潤滑油泵設計壓力為0.36MPa，直流應急油泵設計壓力為0.31MPa，為冷油器提供冷卻水的閉式冷卻水系統(tǒng)設計壓力為1.0MPa。機組正常運行時，冷油器內油壓高于冷卻水水壓，即使管束發(fā)生滲漏，冷卻水也不會進入潤滑油中。但是在停機階段，即主油泵退出運行、潤滑油泵或直流應急油泵運行時，冷油器內部冷卻水壓力高于潤滑油壓力，如果管束發(fā)生滲漏，冷卻水即進入潤滑油系統(tǒng)。

3.5 其他原因

除上述原因外，造成汽輪機潤滑油系統(tǒng)進水的其他原因有：氣缸結合面變形、軸封抽汽管線堵塞、軸封加熱器內負壓小、停機時軸封風機停運過早、汽封齒倒伏等。

汽缸前后汽封所在的區(qū)域汽缸結合面緊固螺栓跨度較大，在啟、停機過程中如果沒能很好地控制汽缸上、下半的溫差，容易使汽缸結合面變形，造成蒸汽從汽缸結合面漏出，進入軸承箱。

在軸封系統(tǒng)運行過程中，軸封加熱器內的負壓、水側進出水溫度及溫差、軸封風機排氣量的大小以及水側的水位，都應在巡檢時加以關注。如果發(fā)生軸封加熱器內負壓偏小、水側進出水溫度異常、進出水溫差變小、軸封風機排氣量變小，則可能是軸封抽氣管線有堵塞、軸封風機抽吸能力下降所造成。

在停機后不久，由于二回路中還有一定壓力的蒸汽，主蒸汽管道上游的主蒸汽隔離閥關閉不嚴密或者關閉不到位，主蒸汽到達汽輪機主汽閥閥芯前部，通過閥桿漏氣管道進入氣缸軸封之后漏出，進入軸承箱。

4 潤滑油系統(tǒng)進水的應對措施

4.1 合理調整軸封間隙

汽輪機各汽缸軸封間隙過大是軸封漏氣，從而引起潤滑油進水的主要原因之一。在檢修中應加強對軸封間隙的監(jiān)管，仔細調整、測量并確認高中壓缸、各低壓缸的軸封間隙，防止軸封間隙過大，避免因軸封間隙超標而導致軸封蒸汽的漏出。另外，此處如果出現軸封間隙超標導致蒸汽泄漏的情況，調整起來也相當麻煩。

4.2 合理調整軸封壓力及軸承箱內負壓

軸封壓力的調整包括軸封高壓腔室內蒸汽壓力的調節(jié)、低壓腔室內負壓的調節(jié)，以及兩者的相互協(xié)調。將高壓腔內供氣壓力及自密封階段形成的壓力及時調整在合理的范圍之內，可以最大限度減少軸封漏氣。另外，由于高壓軸封和低壓軸封工作位置和所需蒸汽參數不同，可將高壓軸封供氣和低壓軸封供氣分開，以消除軸封高壓供氣和低壓供氣的不協(xié)調情況。按照設計值合理及時調整軸低壓腔封負壓，最大限度減少蒸汽的外漏。

軸封漏氣很難完全消除，軸承座兩端難免會處于有蒸汽的環(huán)境之下，如果軸承箱內負壓過高，則蒸汽比較容易被吸入軸承箱凝結成水。軸承箱內的負壓由主油箱上的排煙風機產生，因此，可調節(jié)主油箱排煙風機入口閥門，在滿足需要的情況下，盡量減小主油箱內和軸承箱內的負壓，使軸承箱和外界的壓差降至最小，以減少進入軸承箱的蒸汽量。為了力求準確，可以將主油箱沒負壓壓力表的精度提高，如將此壓力表的精度級別由0.5級調整到1.5級。

4.3 嚴格按照規(guī)程操作

軸封系統(tǒng)的投運和退出均有詳細的操作規(guī)程。在機組沖轉前、沖轉以及升負荷過程中，軸封系統(tǒng)需要根據機組的狀態(tài)，密切監(jiān)視，根據轉子溫度選擇與控制其參數，避免轉子熱應力過高、轉子與靜止部件脹差過大，從而影響轉子使用壽命以及使動靜部件發(fā)生摩擦。在此過程中，必須嚴格按照運行規(guī)程操作，使高壓腔室的蒸汽量與低壓腔室軸封風機所帶走的蒸汽量相匹配，防止蒸汽向外漏出。

4.4 加強檢查，防止冷油器管束滲漏

AP1000汽輪機潤滑油冷油器管束采用銅制管束，易與冷卻水中的含硫離子發(fā)生化學反應，進而導致銅管腐蝕穿孔。機組運行中，加強冷卻水的檢查，如發(fā)現有潤滑油滲出，應立即對可以滲漏的冷油器進行處理，以防止冷卻水水壓在可能的波動時進入潤滑油。此外，由于潤滑油泵出口設計壓力低于冷卻水壓力，及時處理冷油器管束滲油，可確保停機時只有潤滑油泵供油的情況下冷卻水不會進入潤滑油中。冷油器抽芯清理、大修后必須經打壓試驗合格后方可投入系統(tǒng)運行。

4.5 提高檢修質量，加強巡檢力度

汽封在檢修及安裝時，應徹底清理、仔細檢查各部件，使用合格有效的零部件，合理預留汽封間隙。啟、停機過程中，運行人員遵照規(guī)程準確控制，以免上下缸溫差過大、汽缸進水等使汽缸變形。特別是轉子的振動情況必須正確處置，避免造成軸封碰磨、碰磨加劇振動這樣的惡性循環(huán)的發(fā)生。機組運行期間，巡檢時注意觀察汽封漏氣情況，軸封風機排氣量、軸封加熱器汽測水位變化，發(fā)現異常情況，及時作出準確判斷，消除漏汽封氣隱患。如果汽封已經發(fā)生漏氣現象，在不嚴重且已做好充分評估的情況下，有必要在軸封和軸承箱之間架設一道屏障，以減少進入軸承箱的蒸汽量。

5 結語

汽輪機潤滑油系統(tǒng)中進水后，會導致潤滑油的乳化，惡化潤滑油油質，影響汽輪機各軸承的潤滑效果，甚至造成軸承磨損、汽輪機內部設備損壞，影響汽輪機的安全運行。根據汽輪機潤滑油進水的原因，采取針對性的預防措施，是必須要做的工作。另外，需按照規(guī)程要求監(jiān)測油質，發(fā)現含水量超標及時處理，消除油中多余水分，優(yōu)化潤滑油油質，以避免汽輪機潤滑油含水量超標。最終通過一系列的工作，保持汽輪機運行期間的油質符合要求，保證汽輪機的安全穩(wěn)定運行。