1 000 MW机组主机润滑油水分超标及轴承漏油治理

2016-05-09谢小强

电力安全技术 2016年11期

关键词：轴封轴承座漏油

谢小强，蒋波

(广东惠州平海发电厂有限公司，广东惠州 516363)

1 000 MW机组主机润滑油水分超标及轴承漏油治理

谢小强，蒋波

(广东惠州平海发电厂有限公司，广东惠州 516363)

介绍了某厂21 000 MW超超临界机组主机润滑油含水量频繁超标以及1号轴承漏油的问题，分析了故障发生的主要原因，并提出了严格控制轴封压力、优化1号轴承处高压缸体保温层和对轴承座油挡进行改造的综合治理方案。方案实施后，彻底解决了机组润滑油含水量超标及1号轴承漏油问题。

超超临界机组；润滑油；轴承；漏油；气密封油挡

0 引言

某厂2×1 000 MW超超临界机组主机为N1000-26.25/600/600(TC4F)型汽轮机，主机润滑油采用集成式油站供油，每个油站均配备在线油净化装置。油净化装置集过滤颗粒物和脱水功能于一体，过滤流量为12 000 L/h。

自1号机组投产以来，频繁出现主机润滑油含水量超标的问题，其中主机的1号轴承还出现过渗油现象，严重危害机组的安全运行。因此，有必要找出问题原因，以制定针对性的治理措施。

1 机组结构

该机组为单轴四缸四排汽型，采用HMN型积木块组合：1个单流圆筒型H30高压缸，1个双流M30中压缸，2个双流N30低压缸。机组的5个轴承座均为落地布置，采用梳齿型油挡。除高压转子外，其余3根转子为单轴承支撑，具有轴系短、结构紧凑等优点。

当机组负荷高于70 %时，采用自密封式轴封系统，即将高、中压缸轴端过量的轴封蒸汽引入轴封蒸汽母管以供低压缸轴封；当机组负荷低于70 %时，则采用自密封与辅汽供轴封相结合的运行方式。通过供汽调节阀和溢流调节阀来控制轴封蒸汽母管压力。

2 故障现象

该厂1，2号机组分别于2010年10月和2011年4月投入商业运行，机组投产后频繁出现润滑油水分超标的现象，并曾出现1号轴承漏油事件。故障特征如下。

(1) 在油净化装置脱水、排水正常的情况下，主机润滑油频繁出现水分超标现象，最大水分含量达到200 ppm，每天的排水总量达到60 L。2011年1月，1号机主机润滑油共进行油质化验31次，水分不合格的有28次，不合格率达90 %。

(2) 2011-05-06，1号机组停机过程中，在大轴转速惰走至1 100 r/min时，1号轴承处出现渗油、冒烟现象。漏油发生后，检修人员将1号轴承润滑油量适当调小(进油压力由0.23 MPa调为0.15 MPa)，避免漏油继续扩大而引发火灾。

对1号轴承座外油挡进行解体检查发现，油挡密封齿间有大量油渍碳化结焦现象，堵塞了油挡的回油孔。

3 故障危害及原因分析

3.1 主机润滑油水分超标

润滑油中含水量超标会降低润滑效果、加剧设备老化，严重时影响油膜的形成，造成轴承损坏，严重危及机组的安全运行。

经分析并逐一排查可能导致汽轮机润滑油中进水的原因，最终确认汽轮机高压缸轴封漏汽通过1号轴承座油挡进入轴承箱是导致润滑油水分超标的直接原因。而导致汽轮机轴封漏汽进入轴承箱的原因主要有以下几点。

(1) 由于安装误差或者机组运行过程中动静碰磨，导致轴封密封齿与转子径向间隙超过了设计值，使轴封漏汽量增大。

(2) 轴封间隙增大后，为维持机组真空，必须提升轴封供汽量；同时轴封供汽压力调节性能差，不能快速适应工况的变化，从而造成轴封蒸汽外漏量增大。

(3) 高压缸调端轴封体与1号轴承箱油挡距离较近，轴封漏汽扩散性差，很容易进入微负压的轴承箱。西门子公司1 000 MW超超临界组汽轮机高压缸调端轴封体与1号轴承油挡距离仅有65 mm，轴封体包上保温层后，与轴承油挡几乎紧贴，加重了轴封漏汽不易扩散的问题。

(4) 轴承箱油挡在运行一段时间后，由于动静碰磨，其密封间隙会增大，也增加了轴封漏汽的吸入量。

3.2 轴承箱油挡漏油

润滑油通过轴承箱油挡外漏很容易引发火灾，从而危及机组的运行安全。通过对设备解体检查，结合结构特点、运行工况等分析，发现导致1号轴承座油挡漏油的主要原因有：

(1) 安装误差或在运行中动静碰磨导致油挡密封间隙增大；

(2) 大型机组为缩短轴系长度，轴瓦与外油挡设计距离较近，瓦体油挡为单级密封齿且间隙较大，轴瓦回油很容易被甩至外油挡处；

(3) 轴承室负压过小，导致外油挡回油不畅；

(4) 启、停机过程中，转子转速低，润滑油沿轴颈从外油挡渗出；

(5) 油挡因油渍碳化结焦，堵塞回油孔，导致油挡回油不畅。

4 治理措施

根据上述分析可知，该厂存在的主机润滑油水分超标及1号轴承漏油的问题由多种原因造成，有设备结构问题，也有运行操作问题，部分故障原因还存在相互间的因果关系。另外，由于汽轮机缸体轴封蒸汽外漏问题很难完全消除，降低轴承箱负压也将影响外油挡的回油，而且油挡间隙在机组运行一段时间后必将增大且无法在线调整。因此，传统运行调整措施很难彻底根除上述问题。为此，提出严格控制轴封压力、优化1号轴承处高压缸体保温层及采用气密封油挡替代原梳齿型油挡进行综合治理的方案。

4.1 控制轴封母管蒸汽压力

根据机组轴封系统结构特点可知，高压缸轴封蒸汽被引入轴封蒸汽母管，当轴封母管蒸汽压力过高时，会增加高压缸轴封蒸汽外漏量。但为了维持低压缸轴封密封，轴封蒸汽压力又不宜过低。因此，需要对机组轴封系统进行相应优化。

(1) 提升轴封供汽调节阀和溢流调节阀定位器的控制精度(由原来的2 %调整为0.5 %)，以提高轴封系统适应机组工况变化的能力。

(2) 将轴封蒸汽母管压力维持在15-18 kPa范围内。

4.2 调整高压缸调端轴封保温层

由于高压缸调端轴封体距离1号轴承座外油挡仅65 mm，按照传统的缸体保温型式，保温层势必会将轴封体与轴封箱之间的空间填满，从而影响轴封外漏蒸汽的扩散。因此，该厂对原保温层进行调整，在不影响缸体保温性能的前提下，将轴封体附近的保温层沿径向向外扩大15 cm，并将保温层尽量贴住缸体，以使保温层与轴承座油挡间有一定间隙，方便外漏的轴封蒸汽扩散。

4.3 用气密性油挡替代原梳齿型油挡

4.3.1 气密封油档结构及工作原理

气密封油挡保留了原梳齿型油挡的基本结构，并在油挡本体内部设一道环形均压室，然后通过管路向油挡本体内引入干燥的压缩空气。压缩空气通过气密封油挡的均压室均匀分配到油档内部的密封齿中间，使油挡轴向位置中部形成正压区，气密封油挡结构如图1所示。进入油挡密封齿的压缩空气沿转轴分2个方向向低压区扩散，其中一股气流向轴承箱外流动，这股气流阻止轴封漏汽及杂质进入轴承箱内，气流压力通过压缩空气管路上的阀门来控制，因为轴封漏汽是漏向大气，相对压力低，只要这股气流压力略高于大气压即可；另一股气流则沿轴向流向轴承箱内，被排烟系统排走，这股气流在向内流动过程中阻止了轴颈上的油向外流，防止油挡漏油。

由以上描述可知，气密封油挡设计上具有双重密封：气压密封和梳齿式密封，确保在使用过程中如果压缩空气突然中断，其梳齿式密封结构也能起到密封效果，提高了运行可靠性。

图1 气密封油挡结构

4.3.2 气密封油挡供气系统

为确保进入油挡的压缩空气清洁干净，系统所用的压缩空气气源选用厂房内仪用压缩空气。系统压缩空气通过1根DN25的不锈钢管从汽机房0 m仪用压缩空气环形母管引至15.5 m平台汽轮机区域，经过空气过滤器的过滤后，由DN6支管分别引入各轴承室油挡。进气口安装有单向阀，保证水不会倒流进汽道。压缩空气管路在汽轮机平台区域随润滑油管路引至各轴承处，具体布置根据现场情况进行调整，气密封油挡供气系统如图2所示。每套油挡设2个外部进气口，并互成90°均匀布置于油挡上半部。

5 方案实施及效果

根据设备结构特点以及现场轴封漏汽、油挡漏油情况，于2011年2月完成1，2号机组轴封系统供汽调节阀、溢流调节阀控制精度以及轴封蒸汽母管压力控制逻辑优化，并于2011年5月完成1，2号机组1号轴承座的气密封油挡改造。由于气密封油挡主体结构与原梳齿型油挡基本相同，因此，新油挡安装可按原标准执行。油挡供气管道使用不锈钢管道并采用氩弧焊焊接，安装后管路需进行吹扫，保证管道内壁洁净、无杂质，以免杂质随压缩空气进入轴承箱污染润滑油。各轴承油挡供气量根据现场实际情况调整，以不进汽、不漏油为准。

综合治理前，该厂主机润滑油水分超标现象严重，需保持油净化装置每天24 h持续运行，并额外再加装2台流量为12 000 L/h的临时油净化装置连续滤，即便如此也难保油质合格，油净化装置每天的排水总量达到60 L。在1号机完成综合治理之前的2011年1月，油质水分不合格率达到90 %，因加装临时油净化装置，消耗的人力、物力费用达到近10万元。