汽輪機(jī)高壓缸保溫棉陰燃原因分析及應(yīng)對措施

康偉

【摘 要】汽輪機(jī)油系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著機(jī)組潤滑、冷卻和調(diào)速系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制等重要任務(wù)，當(dāng)汽輪機(jī)油漏到高溫?zé)崃υO(shè)備或熱力管道上時(shí)，將可能引起嚴(yán)重的火災(zāi)事故，危及整個(gè)電廠的安全，給企業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重?fù)p失。本文通過對某電廠兩起高壓缸保溫材料發(fā)生陰燃事件的原因通過試驗(yàn)、理論分析，表明其主要原因是由于保溫材料中滲入油，在高溫蒸汽設(shè)備管道的烘烤下，油受熱快速揮發(fā)并在保溫層內(nèi)不斷積聚直至發(fā)生陰燃。針對汽輪機(jī)高壓缸保溫棉發(fā)生陰燃的原因，提出了防止高壓缸保溫棉陰燃的應(yīng)對措施及建議，有效的預(yù)防高壓缸保溫棉陰燃事件的發(fā)生，保障電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī);高壓缸;保溫;陰燃;原因;措施

中圖分類號： TK264.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）26-0199-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.26.097

1 事件概述

650MW壓水堆機(jī)組汽輪機(jī)由一個(gè)高壓缸和三個(gè)低壓缸組成，蒸汽發(fā)生器把反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量傳遞給二回路的水，使水蒸發(fā)產(chǎn)生6.72MPa、283.1℃飽和蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸中做功。汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)氣壓力為6.41 MPa，溫度為279.9℃，高壓缸做功后的排氣壓力下降至1.083MPa，相應(yīng)溫度為186℃，進(jìn)入汽水分離器再熱器，低壓缸入口壓力蒸汽壓力降至0.998MPa，而溫度升高到265.2℃，成為過熱蒸汽。在低壓缸做功后的乏汽排入凝汽器。汽輪機(jī)高壓缸保溫層采用“白色硅酸鋁耐火纖維氈”鋪設(shè)，外殼用“硅酸鹽保溫膏”抹面。

2010年，某電廠3號機(jī)組高壓缸底部靠近2#軸承處保溫層有濃煙冒出，緊急進(jìn)行消防滅火處理。滅火后開始拆除保溫，拆保溫過程中三次出現(xiàn)明火，均及時(shí)撲滅。保溫拆除后維修人員進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)2#軸承外油擋漏油，油滲入保溫層。2012年，某電廠2號機(jī)組汽輪機(jī)機(jī)頭位置出現(xiàn)煙霧，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)8.3m2#軸承處有煙霧，從0m處往上看發(fā)現(xiàn)該位置軸承處有亮光，懷疑著火。現(xiàn)場人員采取滅火措施控制住了火勢，明火被撲滅后，軸瓦處保溫層仍處于陰燃狀態(tài)，且無法有效控制。操縱員按規(guī)程要求執(zhí)行將汽機(jī)打閘，并穩(wěn)定機(jī)組狀態(tài)。汽輪機(jī)高壓缸保溫陰燃事件對電廠機(jī)組的安全運(yùn)行構(gòu)成了較大的威脅，給企業(yè)經(jīng)濟(jì)可能帶來較大的損失。在兩起高壓缸保溫棉陰燃事件事后的處理及原因查找過程中均發(fā)現(xiàn)保溫材料出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。

汽輪機(jī)油系統(tǒng)漏油引起火災(zāi)的事件在國內(nèi)的常規(guī)電廠也曾發(fā)生過多起，例如國內(nèi)某電廠125MW汽輪機(jī)組中壓油動(dòng)機(jī)因墊片吹損造成嚴(yán)重漏油，引起火災(zāi)，其后果使汽輪機(jī)軸封、軸瓦、油管等燒壞，汽輪機(jī)大軸彎曲，主廠房鋼架燒毀，屋頂塌落。再如某電廠由于油系統(tǒng)漏油，油漏到蒸汽管道上，引起火災(zāi)，結(jié)果燒毀了兩臺50MW機(jī)組及行車、儀表等。

2 原因分析

針對核電廠高壓缸保溫棉陰燃事件，通過高壓缸保溫棉滲油陰燃機(jī)理模擬實(shí)驗(yàn)及高壓缸保溫滲油的來源分析高壓缸保溫陰燃的原因，查找導(dǎo)致高壓缸保溫棉發(fā)生陰燃事件的根本原因。

2.1 汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)工作原理及保溫棉陰燃位置

汽輪機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，潤滑油由汽輪機(jī)軸驅(qū)動(dòng)的主油泵來提供，主油泵位于汽輪機(jī)頭部軸承箱內(nèi)，遠(yuǎn)離且高于主油箱。主油箱內(nèi)安裝油渦輪增壓泵和交流、直流潤滑輔助油泵，在啟機(jī)和停機(jī)期間，由交流或直流輔助潤滑油泵直接給各軸承供油，當(dāng)機(jī)組接近或處于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，由渦輪增壓泵給主油泵供油，主油泵泵出的高壓油驅(qū)動(dòng)油渦輪，減壓后經(jīng)過冷油器后送給機(jī)組各軸承，對軸承進(jìn)行潤滑，減少轉(zhuǎn)子與軸承間的摩擦力，同時(shí)將產(chǎn)生的熱量傳遞出來。軸承回油靠重力自流入母管，最后通過濾網(wǎng)進(jìn)入油箱。

2.2 高壓缸保溫棉滲油陰燃機(jī)理模擬實(shí)驗(yàn)

2.2.1 DTE732汽輪機(jī)油的指標(biāo)以及硅酸鋁耐火纖維氈的物理性能

由表1、表2可見汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)使用的美孚DTE732汽輪機(jī)油的自燃點(diǎn)、白色硅酸鋁耐火纖維氈的耐熱溫度均高于汽輪機(jī)高壓缸外缸溫度（186-279.9℃），其中DTE732汽輪機(jī)油的閃點(diǎn)介于高壓缸進(jìn)氣溫度與排氣溫度之間。

2.2.2 油質(zhì)變化分析

由表3、表4可見浸泡保溫材料的油與未浸泡保溫材料的油相比，其酸值無明顯變化，常溫條件下浸泡保溫材料后油的化學(xué)性質(zhì)未改變;浸泡保溫材料與未浸泡保溫材料的油老化后的指標(biāo)在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)均無明顯變化，在高溫、催化氧化條件下保溫材料對油的化學(xué)性質(zhì)未產(chǎn)生影響。

2.2.3 保溫層陰燃模擬試驗(yàn)

為考察蒸汽管道實(shí)際保溫棉陰燃現(xiàn)象，公司委托了外部單位進(jìn)行保溫層陰燃模擬實(shí)驗(yàn)。將油滴于包裹保溫材料的管路上，按3℃/min的升溫速率加熱管道，至300℃后停止升溫，測量保溫層里層開始冒煙時(shí)及陰燃發(fā)生時(shí)的溫度。

保溫材料浸油并受熱后，材料里層開始冒煙以及陰燃發(fā)生時(shí)的溫度均低于表1中油的閃點(diǎn)及自燃點(diǎn)。當(dāng)油滲入保溫材料內(nèi)部后，其揮發(fā)面積增加，在加熱條件下，油的分解、揮發(fā)速度也大幅增加，導(dǎo)致保溫材料內(nèi)部積聚大量可燃油氣，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)即發(fā)生陰燃。

在保溫層外部加裝彩鋼板進(jìn)行模擬陰燃試驗(yàn)。浸有DTE732油的保溫材料著火，這是因?yàn)橛偷闹鹋c溫度、滲油產(chǎn)生的油氣量以及氧氣量有關(guān)，當(dāng)大量可燃油氣積聚于保溫層內(nèi)，在拆除保溫層的瞬間，外部空氣迅速進(jìn)入保溫材料內(nèi)部，使高濃度的可燃油氣在高溫及氧氣充足的條件下瞬間著火。

通過對事件進(jìn)行調(diào)查并進(jìn)行模擬試驗(yàn)表明：陰燃引發(fā)的原因并非油及保溫材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所致，也與油質(zhì)的好壞以及保溫材料的新舊無關(guān)。保溫材料滲油后，保溫層內(nèi)部滲入的油在186℃-279.9℃的高溫受熱條件下開始以較快速度大面積分解、揮發(fā)，產(chǎn)生的油氣不斷積聚于保溫層內(nèi)部，因保溫層包裹嚴(yán)密，油氣越積越多，濃度不斷增大，導(dǎo)致油在低于高壓缸外缸溫度的情況下發(fā)生冒煙甚至著火。保溫層滲油后不可避免地會(huì)發(fā)生陰燃，滲油量越大，陰燃事態(tài)越嚴(yán)重，且還會(huì)引發(fā)明火。

2.3 油的來源

3#機(jī)高壓缸底部2號軸瓦保溫棉陰燃、2#機(jī)組汽輪機(jī)2號軸瓦保溫棉陰燃事件是電廠在生產(chǎn)運(yùn)行過程中能量意外釋放的異常事件，未造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)的直接損失。根據(jù)安全生產(chǎn)管理的能量意外釋放理論及安全關(guān)口前移方法，從人的失誤、物的故障及環(huán)境因素三個(gè)方面分析屏障失效的原因、查找安全隱患。

3 高壓缸保溫層陰燃應(yīng)對措施及建議

針對汽輪機(jī)高壓缸保溫棉陰燃事件從屏蔽失效的三個(gè)方面逐一采取糾正措施，并增加了高壓缸保溫層預(yù)防性維修項(xiàng)目。另外，汽輪機(jī)油系統(tǒng)管道大部分集中在汽輪機(jī)機(jī)頭運(yùn)轉(zhuǎn)平臺下面，加上部分熱力管道也布置在該處，汽輪機(jī)油滲漏入到設(shè)備管道保溫層也極易引發(fā)保溫棉陰燃事件的發(fā)生，在高壓缸保溫棉陰燃措施的基礎(chǔ)上也提出了一些建議，預(yù)防電廠高溫設(shè)備管道保溫棉陰燃事件的發(fā)生。

3.1 高壓缸保溫層與1、2號軸瓦處增加擋油板

在汽輪機(jī)高壓缸保溫與1、2號軸瓦處增加實(shí)體屏障，即在汽輪機(jī)1#、2#軸瓦與高壓缸處增加擋油板，制作優(yōu)化擋油板的結(jié)構(gòu)，通過增加擋油板對油和保溫材料進(jìn)行徹底的物理隔離，收集推拉板處的潤滑油，如有漏油可將漏油疏導(dǎo)流走，防止油滲入保溫棉。在高壓缸保溫層與2號軸瓦處增加擋油板的措施為預(yù)防高壓缸保溫棉陰燃事件的再次發(fā)生起到了非常重要的作用，擋油板的應(yīng)用推廣到了另外幾臺機(jī)組，自2012年開始實(shí)施擋油板安全措施后，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)安全穩(wěn)定未再次發(fā)生高壓缸保溫棉陰燃事件。

3.2 完善檢修規(guī)程，規(guī)范檢修行為

從兩起保溫陰燃事件發(fā)生的根本原因分析導(dǎo)致事故發(fā)生主要是由于油沖洗時(shí)沒有做好防異物處理和外擋中分面滲油，從歷史數(shù)據(jù)來看油系統(tǒng)的漏油、滲油缺陷有相當(dāng)一部分是因檢修工業(yè)質(zhì)量不佳所導(dǎo)致的。從檢修規(guī)程抓起規(guī)范檢修作業(yè)行為，從根本上控制高壓缸保溫陰燃事件的再次發(fā)生，在汽輪機(jī)軸承全面解體檢查檢修規(guī)程中加入相關(guān)內(nèi)容：加強(qiáng)檢修過程管理，做好防異物工作，避免雜質(zhì)落在油檔的中分面上，導(dǎo)致局部密封失效。2號機(jī)組汽輪機(jī)2#軸瓦解體檢查項(xiàng)目中的質(zhì)量計(jì)劃序號265（恢復(fù)軸承蓋，測量調(diào)整軸承室擋油板間隙）在203大修時(shí)作為H點(diǎn)來控制，從205大修-209大修該項(xiàng)工作作為W點(diǎn)來控制，在后續(xù)的汽輪機(jī)1/2號軸承解體檢查準(zhǔn)備工作編制質(zhì)量計(jì)劃時(shí)將汽輪機(jī)1/2號軸承解體檢查工作的恢復(fù)軸承蓋、測量調(diào)整軸承室擋油板間隙的工作作為H點(diǎn)來加強(qiáng)控制驗(yàn)證。

3.3 加強(qiáng)人員培訓(xùn)，提高工作技能和安全意識

在實(shí)際工作中進(jìn)行有針對性的培訓(xùn)，提高工作人員需要具備的工作技能和安全知識，著實(shí)提高工作人員的安全意識。在完成初始培訓(xùn)的情況下，系統(tǒng)地進(jìn)行復(fù)訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)反饋是很重要的。在日常技能培訓(xùn)和大修前的培訓(xùn)中，將歷次大修發(fā)生的事件列為重點(diǎn)培訓(xùn)內(nèi)容，應(yīng)用生動(dòng)的實(shí)力闡述有益的經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)該吸取的教訓(xùn)。尤其是本電廠和國內(nèi)外電廠的經(jīng)驗(yàn)反饋對提高工作人員的安全意識是非常有效的。

3.4 提高對滲油危害性的認(rèn)識，建立汽輪機(jī)油系統(tǒng)危險(xiǎn)點(diǎn)控制臺帳

滲油易引發(fā)冒煙、著火和燒毀鄰近保護(hù)電纜等的不安全事件，應(yīng)引起有關(guān)人員的高度重視。建立汽輪機(jī)油系統(tǒng)危險(xiǎn)點(diǎn)控制臺帳，汽輪機(jī)油系統(tǒng)危險(xiǎn)點(diǎn)運(yùn)行檢查一并納入運(yùn)行、維修人員巡檢內(nèi)容。發(fā)現(xiàn)油系統(tǒng)滲油時(shí)一定要及時(shí)擦拭，防止油滲漏到高溫管道上、鄰近的保護(hù)上，一旦發(fā)現(xiàn)滲油要及時(shí)消除，如果油滲到保溫層上，應(yīng)將保溫層更換。如果因油檔滲油發(fā)生冒煙著火，應(yīng)立即組織人員撲滅并設(shè)專人實(shí)行24h監(jiān)護(hù)，防止著火點(diǎn)死灰復(fù)燃和事故的擴(kuò)大。另外，定期對崗位人員進(jìn)行消防知識培訓(xùn)和火災(zāi)事故的應(yīng)急預(yù)案演練，掌握一定的滅火方法，以提高崗位人員的消防救災(zāi)能力。

4 總結(jié)

從高壓缸保溫陰燃事件發(fā)生的根本原因來分析，導(dǎo)致事件發(fā)生的根源主要是設(shè)計(jì)不合理，未考慮到汽輪機(jī)潤滑油滲入到高壓缸保溫棉可能導(dǎo)致保溫棉陰燃。650MW壓水堆機(jī)組通過高壓缸保溫層擋油板的設(shè)計(jì)增加，高壓缸軸承全面解體檢查檢修規(guī)程不斷的優(yōu)化完善，結(jié)合高壓缸保溫預(yù)防性維修以及合理的培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)反饋，有效地控制了高壓缸保溫棉陰燃事件的發(fā)生，為公司機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了很好的保障。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周禮泉，《汽輪機(jī)油系統(tǒng)漏油滲油的消除》，水利電力出版社，出版日期：1990.