秦山30萬核電機組潤滑油顆粒度異常的分析與處理

盧曉新

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

0 前言

汽機潤滑油主要作用是為汽輪機和發電機的徑向軸承、推力軸承提供潤滑油；油質不良可能引起軸頸磨損、軸瓦磨壞等故障的發生，影響到汽輪機的安全運行，因此，通過對汽輪機潤滑油系統油質的控制避免由于腐蝕、侵蝕及油質污染而引起的設備運行故障或設備損毀。

為了保證汽輪機潤滑油系統油質，我廠制定了相應的潤滑油控制策略和總體要求按照要求頻度對設備油進行取樣分析。

雖然對油品質量、油運行等各環節的把控都十分細致完善，但秦山核電30萬MW機組自2019年10月結束119大修進入C20燃料循環后，潤滑油的重要控制指標之一——顆粒度，在3個月內仍然頻繁出現顆粒度超控制值（NAS7級）的異常現象，顆粒度最高達到NAS10級，期間多次開啟分子濾油機進行濾油，效果不明顯，在增加外設的脫水濾油機進行濾油后，顆粒度勉強控制在NAS7級附近。2019年12月以來，潤滑油顆粒度依然反復出現超標的現象，本次燃料循環期間機組潤滑油超標現象持續時間之久，反復出現次數之多前所未見。針對顆粒度反復超標的現象，機組成立專門的行動小組以期徹底解決顆粒度問題。

1 潤滑油顆粒超標原因排查及分析

行動小組分多個階段采取相應措施對可能存在的導致潤滑油顆粒度超標的原因進行排查。

1.1 油系統的密封問題導致外界污染物進入的排查

通過分析潤滑油的歷史取樣數據，在2018年的大修期間，由于檢修的在汽機現場有打磨的作業，粉塵較多，曾經出現過當天潤滑油的取樣顆粒度為NAS8級的異常情況，為了排查可能存在的外界污染物對潤滑油顆粒度的影響，行動小組著手制定并實施了下列措施：

（1）通過前期優化調整抽氣管位置，以防止灰塵被抽氣管可能吸入軸承。

（2）安排維修對8瓦集電環底座涂抹密封膠。防止有碳粉從底板漏出來，通過油檔的負壓區進入潤滑油。

（3）對汽機軸瓦處的清灰，以防止油檔處的微真空可能會將灰塵吸入軸承等措施。

但是這些措施實行后，在濾油機持續投運的情況下取樣結束顯示顆粒度高的現象依舊穩定存在，由此可見外部污染物進入潤滑油導致顆粒度超標不是主要原因。而汽輪機廠房的內部環境較去年2019年1月無變化，初步排除外界雜質環境對于潤滑油顆粒度的影響。

1.2 機組內部的機械磨損導致金屬雜質的增加的排查

根據以往的運行經驗，當顆粒度超標后，投入分子濾油機運行，進行持續濾油能改善顆粒度并使之在較短的時間內回到限制之內。但是在這次潤滑油顆粒度超標的一段時間內，投入分子濾油機進行濾油，效果不明顯。

此外金屬顆粒超標的預期影響并未出現，機組各瓦的軸振，軸溫，在顆粒度持續高的時間內未見異常。

根據多次取樣結果顯示，樣本中顆粒尺寸65%集中在5～15μm；20%的顆粒尺寸集中在15～25μm；微量顆粒尺寸在25～50μm；大于50μm的顆粒始終沒有發現。

同時通過與以往的金屬雜質含量檢測結果相對比發現金屬含量并沒有異常增高。因此由上判斷，此次潤滑油內的顆粒度并非真實超標；由機組內部的機械磨損導致的顆粒度增加的情況并不適用于本次油質超標現象。

1.3 油系統的內部環境的變化導致顆粒度的變化的排查

通過對比各個大修所用的油品以及取樣結果顯示油樣中出泥、乳化、金屬銹質等指標與各個大修的數據變化不大，內部環境的變化導致顆粒度的變化的理由并不充分。

1.4 取樣偏差的干擾原因的排查

通過以上措施進行驗證排查后，排查小組的研究重心開始轉向對取樣結果有偏差的干擾因素的研究。

油樣中的水分含量偏大時，極易乳化成半透明狀。有水聚集在一起，會造成測量儀器出現顆粒度超標的偏差現象。為了監測潤滑油顆粒度的情況，排查小組特意增加了潤滑油的取樣頻度。并通過對潤滑油取樣管線持續沖洗后再取樣，以及增設4個不同位置的取樣點來增加樣本的可靠、真實程度，使之具有代表性。

為了驗證水分對潤滑油的顆粒度的取樣結果會產生影響。2019年10月31日，在顆粒度持續出突破8級后通過對潤滑油僅投運分子式濾油機（不過濾水）進行連續濾油經過24小時后取樣結果顆粒度仍然是8級。而當投入外設的脫水濾油機持續運行之后，含水量下降的同時，顆粒度的指標也開始出現下降的趨勢。

2 潤滑油中出現水分增加的原因分析

通過與多個機組循環的數據的對比，發現119大修之后，含水量雖然沒有超過控制值（100 mg/L）但持續在處于一個相對高的數值。

汽輪機油中出現水分增加的情況一般由如下幾個原因導致：

（1）冷油器管束泄漏；

（2）冷油器底部存有雜質；

（3）環境濕度對油質的影響；

（4）汽輪機軸封有漏氣現象。

經過排查小組對與以往的機組運行狀況相對比，在排除其他原因后通過對汽機的軸封系統及潤滑油系統的工作原理分析初步認定潤滑油水分增高主要為機組現存的缺陷汽輪機高壓缸前軸封漏氣所導致。

故障原因分析以及驗證如下：因機組滿功率運行期間，高壓缸的排汽壓力隨汽機功率增加而增加較大，導致高壓缸前軸封Y腔室的排汽壓力增大，部分蒸汽不能及時被軸封抽汽管抽走，從前軸封處外漏，外漏蒸汽透過汽機前軸承箱外檔的間隙吸入潤滑油系統中，導致潤滑油含水量增加。該類似現象在OT-116大修期間也出現過。在116大修后啟動沖轉過程中由于汽輪機軸封系統真空建立不正確。各汽缸兩端軸封未能有效防止軸封蒸汽從轉子外伸端處漏出進入大氣，該事件直接導致潤滑油進水，油質惡化。

2020年2月份春節期間，由于電網調峰需要，汽輪機組降功率200 MW運行后，發現高壓缸前軸封漏氣量有較大變化，現場觀察只有微量漏氣，維修人員停止現場所有濾油工作，經過低功率運行20多天內，化學分析多次取樣結果顯示潤滑油顆粒度和水分都處于極低的水平。

2020年2月26日，機組升至滿功率后，現場發現軸封漏氣量增大，潤滑油的水分、顆粒度也隨著大幅升高。

通過以上排查可以基本判定高壓缸前軸封漏氣作為此次潤滑油水分、顆粒度持續幾個月反復超標的原因。

3 采取措施及取得的效果

為了限制軸封漏氣對含水量的影響，從而控制潤滑油顆粒度超標的現象。運行維修共同配合，通采取了多種措施來控制：

（1）現場已安裝臨時抽吸及接水裝置；

（2）每天對高壓缸前軸封漏氣情況及各汽機軸封壓力進行跟蹤；

（3）調整就地軸封壓力至0.021 MPa（表壓）；

（4）潤滑油定期取樣，跟蹤油質水分及顆粒度，視情況安排潤滑油脫水/濾油工作；

（5）在現場增加了第二臺脫水濾油機。

而后排查小組針對軸封漏氣故障原因，在現場安裝臨時抽氣管，抽走外漏的蒸汽，減少漏入軸承箱的蒸汽總量，以達到降低潤滑油含水量的目的。對現有臨時抽氣裝置上進行改進了優化具體方案是：

現場增加兩臺臨時抽氣的軸流風機，分別從高壓缸左側、右側抽走軸封漏氣。其中抽氣管吸入端選用φ130 mm的圓管，從高壓缸底部與前軸承箱底部之間的空隙送至前軸封附近，并可靠固定；抽氣管吸入端與軸流風機吸風口通過柔性風管連接，軸流風機安裝至04#廠房凝汽器底部坑內，直接將吸入的蒸汽排入坑內。

現場安裝在高壓缸軸封處的臨時抽氣裝置改為臨時鼓風裝置。維持現有安裝位置不變，將原軸流風機的排風口與風管連接，向高壓缸前軸承箱與前軸封處送風，形成正壓，便于底部的抽氣裝置及時抽走泄漏蒸汽。

自2020年3月，高壓缸前軸封處的臨時抽氣裝置在進行改進優化后，潤滑油顆粒度超標的現象極少出現。

4 結論

機組大修自發現顆粒度反復異常升高，到最終發現原因并解決問題，確認超標是由于軸封漏氣進入潤滑油干擾了潤滑油顆粒度測量的分析結果，歷時將近5個月，整個分析處理過程分為3個階段，分別為降低顆粒度處理、對潤滑油顆粒度超標原因的排查、解決問題。根據處理過程可得出下列結論：

（1）潤滑油顆粒度是表征潤滑油油質的重要指標之一；顆粒度真實偏高會嚴重威脅汽輪機的正常運行，必須要予以重視。而影響潤滑油顆粒度的因素很多，因此，在出現顆粒度超標的現象必須立即處理并組織排查從而可靠判斷是否存在真實性的顆粒度異常升高。

（2）潤滑油顆粒度的測量容易受到軸封漏氣的干擾。根據幾個月的油質分析數據顯示在軸封漏氣情況下即使含水量在規定的限值內，也會對測量的結果才是比較大的影響，而當水分控制在40×10-6以內時顆粒度的測量結果較為準確。本次事件雜質的測量數據分析表明如果是由軸封漏氣引起的測量結果誤差，會對5～15微米級別的顆粒產生極大影響，而其他文獻[5]也有一致的論斷。這一結論可對今后出現類似情況時對顆粒度是否真實超標提供參考。

（3）機組現有濾油機由于現場缺少冷卻水源，正式的脫水濾油機無法使用，潤滑油脫水處理能力限制予外接的臨時移動濾油機的脫水能力，外接移動濾油小車投入情況下一般要連續運行48 h才能將潤滑油油質達到油清潔度脫水能力有限；而能正常使用的分子濾油機濾油應對水分引起的油質超標時效率低下，不能起到應有的效果。因此，濾油系統需要進行改造（相應改造在計劃實施中）以滿足分子濾油和脫水需要。

（4）高壓缸前軸封漏氣作為此次潤滑油水分、顆粒度持續幾個月反復異常的原因，在機組運行期間內，很難將該缺陷徹底解決。因此，在后續大修期間汽機檢修、安裝過程中要注意對軸封間隙做精細化控制和有效調整，保證間隙合適，以減少前軸封漏氣的可能性。在機組功率運行期間如果出現軸封漏氣，可以采取其他措施進行緩解。在此次事件中通過，在高壓缸軸封漏氣處增加的臨時抽氣裝備設置，就降低了軸封漏氣對潤滑油油質的影響，這個措施可作為良好運行經驗為其他機組在處理類似狀況時提供借鑒。