汽轮机润滑含水量升高的原因分析及处理措施

张力

摘 要：秦山第三核电厂CANDU6 重水堆核电站汽轮机曾多次发生过润滑油水含量异常升高事件，对机组安全运行造成较大的危害。本文通过介绍汽轮机润滑油和轴封系统的运行特点，结合不同工况下系统参数的变化情况，采用排除法分析可能导致滑油水含量上升的原因，并在此基础上提出避免润滑油进水事件发生的运行策略。

关键词：汽轮机；轴封；润滑油；含水量

中图分类号：TK263 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0045-01

1 概述

CANDU6 重水堆核电站汽轮机采用日立公司TC4F-52型汽轮机，转速1500r/min，额定功率700MW。该汽轮机采用三级迷宫式轴封系统，以防止汽轮机高压缸端部蒸汽外漏和空气从低压缸端部漏入凝汽器。汽轮机润滑油系统向8个汽轮机径向轴承提供润滑油，并配备两台润滑油排烟风机，用于防止運行时润滑油烟气向厂房内排放。按照设计要求，正常运行时汽轮机润滑油水含量应低于100ppm，在实际运行中多次在机组启停阶段发生汽轮机润滑油进水事件，润滑油水含量最高达到1345ppm，对机组安全运行造成危害。根据系统设计特点进行分析，可能导致润滑油系统进水的原因有：

（1）润滑油冷却器泄漏，设备冷却水进入润滑油系统；

（2）雨水通过排油烟风管进入主油箱或油净化系统；

（3）汽轮机轴封系统存在蒸汽泄漏，蒸汽进入汽轮机轴承箱后冷凝成水，造成润滑油水含量升高。

由于我厂在设备冷却水中添加氢氧化锂以保持较高的PH值，所以当润滑油冷器传热管泄漏时可以对润滑油进行化学取样，通过分析润滑油中是否存在锂离子的方法进行排除。如果雨水通过排油烟风管进入油净化系统，可以检查风道的U型管段是否有残余积水的方法进行排除。除此之外，润滑油系统进水最可能来源为轴封系统蒸汽泄漏。下面对汽轮机轴封蒸汽进入润滑油系统的可能原因和途径进行分析。

2 轴封蒸汽进入润滑油系统的原因分析

从事件的发生时间序列分析可知，润滑油进水通常发生在轴封系统投运和停运过程中，机组正常功率运行时从未发生过润滑油水含量超标事件。从系统的工作原理和现场布置可知，要让轴封蒸汽进入润滑油箱，必须具备两个条件：润滑油排烟风机启动，在润滑油箱及汽轮机轴承箱内形成负压；同时汽轮机轴封处有蒸汽漏出。在轴承箱内负压作用下轴封泄漏蒸汽被吸入，蒸汽冷凝成水造成润滑油水含量上升。下面结合机组启动、停运、正常功率运行阶段不同工况对进水原因进行分析。

2.1 启动阶段

通过对系统参数分析和现场观察对比发现：在投运在轴封系统过程中，凝汽器真空尚未建立。如果轴封蒸汽压力较高，会造成轴封供气量偏大；同时若为轴封提供负压的轴加风机出力不足，无法将汽轮机轴封内过量蒸汽收集并排走，则会在汽轮机轴封端部出现蒸汽泄漏。此时，如果立即投运润滑油抽油烟风机，就将导致轴封漏气进入润滑油。

实验证明，机组启动过程中，将轴封供气压力由28kPa降低到22kPa，将轴加风机入口压力有-3kPa降低到-5kPa，能有效减少汽轮机轴封端部漏气情况。因此，在启动阶段可以通过以下运行策略有效防止润滑油进水：

（1）在投运汽轮机轴封初期，应将轴封母管压力降低到运行手册允许的低限；

（2）在投运汽轮机轴封初期，应将轴加风机入口压力调整到运行手册允许压力的低限；

（3）在轴封系统稳定前，尽量不要投入润滑油排烟风机；

（4）化学部门加强对润滑油水分的监视。

2.2 停运阶段

机组停运后，当凝汽器真空已经破坏，但轴封供气母管内尚有残余蒸汽。如果先停运轴加风机，而保持润滑油排烟风机运行，也会造成轴封泄漏蒸汽被吸入润滑油回路。特别当轴封蒸汽隔离阀存在轻微内漏，汽轮机停机后持续向轴封供应蒸汽，则会更容易导致润滑油进水。因此，在轴封系统停运后应将轴封供气管道的疏水阀打开，卸除轴封母管残余压力；并尽可能保持轴加风机运行直到机组完全冷却。这样能有效防止润滑油进水事件的发生。

2.3 功率运行阶段

正常功率运行时，润滑油排烟风机运行，汽轮机轴封端部仍有极少量蒸汽漏出。为什么正常时润滑油水含量能维持正常水平呢？经过分析有以下几个原因：

首先，正常运行时轴封的汽源主要是高压缸漏气、调门和主汽门阀杆的漏气，这些蒸汽的品质比较低。而在汽轮机启动前，轴封的供气为辅助蒸汽或主蒸汽，品质都远远高于正常运行情况下的轴封蒸汽。同样的轴封供气压力下，这种高品质的蒸汽进入轴封体后更容易泄露，故在启动过程中轴封蒸汽泄漏量远大于正常运行工况。

其次，润滑油净化系统具有一定的脱水能力。润滑油温度及油净化系统的负压决定了脱水能力的强弱。根据设计要求，汽轮机盘车阶段为保持较高的润滑油粘度，油温设定点为32℃；汽机正常运行时润滑油温度设定点自动提高到46℃，轴承回油温度更达到55℃至60℃。由此可见正常运行时润滑油温比启动过程中高，在润滑油排烟风机的负压作用下，润滑油净化系统的脱水能力比停运和启动过程中强。因此，正常运行时即使有少量水汽进入润滑油系统，也不会显著的影响润滑油含水量。

3 结语

本文通过对不同运行工况下可能导致滑油水含量上升的原因进分析，并得出预防润滑油进水的措施。因此在运行过程中，通过采取合理的运行策略能有效防止润滑油进水事件发生。

参考文献

[1]汽轮机轴封蒸汽系统培训教材[J].98-41150-TMT-FA504，1A版.

[2]汽轮机轴封蒸汽系统运行手册[K]. 98-41150-OM-001，6B版.