汽轮机停用高压油泵时油压下降的原因分析及对策

顾怀本,宋春涛

(江苏国信泗阳生物质发电有限公司,江苏 泗阳 223700)

汽轮机停用高压油泵时油压下降的原因分析及对策

顾怀本,宋春涛

(江苏国信泗阳生物质发电有限公司,江苏 泗阳 223700)

为了杜绝汽轮机在启动过程中停用高压调速油泵时发生因油压下降而导致被迫停机甚至烧瓦、断轴、飞车等事故,通过对汽轮机油系统结构、运行特点进行详细剖析和试验,着力分析系统信号源失灵等因素,再经过系统改造和运行操作优化,最终使油压在切换油泵过程中保持稳定,实践证明成效显著。

汽轮机;油压;下降;对策

1 事故经过

2009年 4月 28日,某电厂 2号汽轮发电机组热态开机过程中,在停用高压调速油泵时,发生了主油泵断油、油压下降、高压油泵自投后无效、交直流润滑油泵未及时自投,导致轴承润滑系统断油烧瓦的事故。该汽轮机 4道轴承的下轴瓦均烧损,相应的油挡和推力瓦两侧浮动瓦也有碰磨,发电机同轴励磁机转子和 4块电枢发生磨损。汽轮机本体的 5道隔板汽封和前后 3道轴封也有不同程度的碰磨。

2 原因分析

该厂 2号汽轮机系青汽厂产品,型号 N15-3.43,是单汽缸中温中压纯凝机组,DEH控制,进汽参数 3.43 MPa/435℃,额定进汽量 66.3 t/h,额定功率 15 MW,排汽压力 0.005 4 MPa(绝对),油系统单一,未设独立的控制油 (如图 1)。

在停用高压油泵时,主油泵油压下降,主要是供油不足引起的。供油不足除了系统本身油量不足外,还有供油管路泄油量大和低压注油器缺陷两种原因。在对该机组的整个油系统仔细检查和分析之后,首先排除了油箱油位低和低压注油器故障两个原因,余下的焦点就集中到了该系统中在主油泵进油管和主油箱之间安装的一个泄油阀上 (见图1左侧中部)。经分析,该阀泄的就是主油泵进口油管中的油,其信号源是高压油泵(电动油泵)的出口油压力 (出口逆止阀前),信号油管是一根小直径 (Φ18)管子。

图1 N 15-3.43型汽轮机油系统图Fig.1 Oil system diagram of N 15-3.43-type steam turbine

该泄油阀的结构详见图 2。其工作原理是：当高压油泵运行时,通过压力信号油管的高压力,克服滑阀弹簧力和主油泵进口油压,使得泄油阀的滑阀向左移动,进而打开 4只 Φ16的孔,使主油泵进口油管泄油,当高压油泵停用后,高压油信号消失,泄油阀滑阀向右移动,关闭 4只 Φ16的孔,停止泄油,确保主油泵进口不会缺油。

设置该泄油阀的作用是用来保护主油泵的。由于该系统设计的高压油泵出口压力高于主油泵的正常工作压力,在没有进行油泵切换之前,主油泵出口逆止阀一直关闭。为了防止主油泵长时间蹩油导致局部油温升高,进而发生汽蚀,影响主油泵及机组的安全运行,故安装了这只泄油阀。如果从保护主油泵这一功能上讲,这只泄油阀应该装在主油泵的出口,且在主油泵出口逆止阀之前,既能防止长时间闷泵,也能冷却主油泵,但是该机组主油泵出口逆止阀之前已没有安装空间,所以厂家将其设置在主油泵进油管道上。

图2 该油系统中的泄油阀结构图Fig.2 Relief valve structure chart of the oil system

从系统上可以看出,泄油阀的压力信号是取自高压油泵出口阀前。如果操作时,将高压油泵出口阀先关闭,然后停泵,那么在停泵前其压力信号并没有失去,泄油阀还处于通油状态,但此时高压油泵已不向系统供油,而主油泵因进口供油不足也不能正常向系统供油,系统断油也就成为可能了。经过试验,通过泄油阀滑阀中 4只Φ16的孔泄油量较大,也就是说泄油阀泄油与否,对主油泵进口油压的影响非常明显,而且在通断过程中,润滑系统的油压也大幅波动。

当时,高压油泵停止后,由于油压降低高压油泵 “低油压”联锁随即自启动成功,但是由于该泵的出口阀此时还关闭着,现场操作人员又缺乏经验没有立即打开,所以自启动后的高压油泵根本没发挥作用,而且还延长了系统供油异常的时间,使得系统断油成为必然。

另外事故时该机组的交、直流低压润滑油泵没能及时联锁启动 (联锁是投入的),使机组的最后一道保护也失去作用,直接导致并加剧了轴瓦系统缺油烧瓦的程度,扩大了事故后果。通过现场的数据分析和试验,发现低压油泵没有及时自启动的原因是缘于该机组接在 4瓦进油管处的“润滑油低油压启动交、直流润滑油泵”的信号源点距离压力开关较远,有近 20m的距离,且多有弯头,阻力大,信号传输有时滞。

3 解决措施

针对该起事故,有观点认为,在切换高压油泵时,不能先关闭其出口阀再停泵,而是要求直接停泵,否则百分之百会泄掉主油泵进口油量,造成油系统断油。但是直接停用高压油泵,存在逆止阀不严使得高压油倒流入油箱而出现系统断油的隐患,而且根据油泵生产厂家的说明书和汽轮机运行典型规程[1]的要求,在停运高压油泵之前必须先关闭其出口阀。所以通过分析研究,首先对系统作了一些针对性的改造：将信号油管道改接优化 (图 3),实现关闭油泵出口阀和断掉压力信号同步;对 “低油压”压力开关进行移位,移到信号源附近,提升信号的响应时间;其次是对照 《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》,将油系统保护定值重新整定,并略高于标准。最后是完善操作规程和相关制度,并加大对规程制度的执行力度,确保不再发生类似事件。

图3 该系统信号油管路改进图Fig.3 Signals oil pipeline improvement program of the system

系统改造里数信号油管路改造较为突出。见图 3,先在高压油泵出口接一路 DN25管子,直接回到主油箱,由回油阀控制,然后在信号油管上加装一压力信号阀和信号油放油阀。在启机前,检查这 3个阀门均关闭;启机时,先开启压力信号阀,保证信号油管路畅通,进而确保主油泵得到保护;当机组达 3 000 r/min准备停用高压油泵时,先关闭压力信号阀,再打开信号油放油阀,彻底清除泄油阀的压力信号源,使滑阀关闭,然后再关闭信号油放油阀;此时再行操作高压油泵出口阀,在停泵之后再开启出口阀之前,可通过回油阀泄掉泵内静压,让出口逆止阀关闭严密,然后再缓慢开启出口阀做备用。经过一段时间的实践,效果比较明显。另外可以在大修时,通过加工高压油泵叶轮或者更换高压油泵,使高压油泵出口油压稍低于主油泵的工作压力,以便于判断主油泵是否已正常工作。

在完善操作规程后,执行尤为重要。在油系统的操作过程中,尤其是切换操作,诸如油泵切换、油滤网切换等,应始终贯彻 “缓慢操作、保持油压稳定”的原则,坚持按 “票”操作和 “监护制度”,这样方能确保设备及人身安全。

4 结 语

通过对这起事故的分析,提出有效的解决措施,并成功进行了改造,对同类型机组中类似系统问题的分析和解决也有借鉴作用。

[1]SD 251-1988,汽轮机组运行规程 (试行)(全国地方小型火力发电厂)[S].

Analysis and Countermeasu res on Oil-pressure Slum pwhen High-pressure Oil Pumpof Steam Turbine Out of Use

Gu Huaiben,Song Chuntao
(JSGXSiyang Biomass Power Generation Co.,Ltd,Siyang 223700,China)

During the course of high-pressure oil pumpoutof use,theoil pressure dropleaded to forced outages or even steam turbine bush-burning,shaft broken,high speed and other accidents in start-upof steam turbine.In order to prevent sim ilar incidents from happening again,the plantmade detailed analysis and testing for the turbine oil system structure and operation characteristics,focus on analysis factors such as system signal source failure,and then made system transformation and optimization to remain the oil pressure stable in the process of hydraulic pumpswitching.The results proved that the effectiveness of the work is remarkable.

steam turbine;oil-pressure;slump;countermeasures

TK 263.8

A

2010-01-16。

顾怀本 (1976-),男,助理工程师,E-mail：hydcghb@163.com。