汽轮机高压缸保温棉阴燃原因分析及应对措施

康伟

【摘 要】汽轮机油系统担负着机组润滑、冷却和调速系统执行机构的控制等重要任务，当汽轮机油漏到高温热力设备或热力管道上时，将可能引起严重的火灾事故，危及整个电厂的安全，给企业经济带来严重损失。本文通过对某电厂两起高压缸保温材料发生阴燃事件的原因通过试验、理论分析，表明其主要原因是由于保温材料中渗入油，在高温蒸汽设备管道的烘烤下，油受热快速挥发并在保温层内不断积聚直至发生阴燃。针对汽轮机高压缸保温棉发生阴燃的原因，提出了防止高压缸保温棉阴燃的应对措施及建议，有效的预防高压缸保温棉阴燃事件的发生，保障电厂安全稳定运行。

【关键词】汽轮机;高压缸;保温;阴燃;原因;措施

中图分类号： TK264.1文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）26-0199-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.26.097

1 事件概述

650MW压水堆机组汽轮机由一个高压缸和三个低压缸组成，蒸汽发生器把反应堆产生的热量传递给二回路的水，使水蒸发产生6.72MPa、283.1℃饱和蒸汽，进入汽轮机高压缸中做功。汽轮机设计的进气压力为6.41 MPa，温度为279.9℃，高压缸做功后的排气压力下降至1.083MPa，相应温度为186℃，进入汽水分离器再热器，低压缸入口压力蒸汽压力降至0.998MPa，而温度升高到265.2℃，成为过热蒸汽。在低压缸做功后的乏汽排入凝汽器。汽轮机高压缸保温层采用“白色硅酸铝耐火纤维毡”铺设，外壳用“硅酸盐保温膏”抹面。

2010年，某电厂3号机组高压缸底部靠近2#轴承处保温层有浓烟冒出，紧急进行消防灭火处理。灭火后开始拆除保温，拆保温过程中三次出现明火，均及时扑灭。保温拆除后维修人员进行检查，发现2#轴承外油挡漏油，油渗入保温层。2012年，某电厂2号机组汽轮机机头位置出现烟雾，经检查发现汽轮机8.3m2#轴承处有烟雾，从0m处往上看发现该位置轴承处有亮光，怀疑着火。现场人员采取灭火措施控制住了火势，明火被扑灭后，轴瓦处保温层仍处于阴燃状态，且无法有效控制。操纵员按规程要求执行将汽机打闸，并稳定机组状态。汽轮机高压缸保温阴燃事件对电厂机组的安全运行构成了较大的威胁，给企业经济可能带来较大的损失。在两起高压缸保温棉阴燃事件事后的处理及原因查找过程中均发现保温材料出现渗油现象。

汽轮机油系统漏油引起火灾的事件在国内的常规电厂也曾发生过多起，例如国内某电厂125MW汽轮机组中压油动机因垫片吹损造成严重漏油，引起火灾，其后果使汽轮机轴封、轴瓦、油管等烧坏，汽轮机大轴弯曲，主厂房钢架烧毁，屋顶塌落。再如某电厂由于油系统漏油，油漏到蒸汽管道上，引起火灾，结果烧毁了两台50MW机组及行车、仪表等。

2 原因分析

针对核电厂高压缸保温棉阴燃事件，通过高压缸保温棉渗油阴燃机理模拟实验及高压缸保温渗油的来源分析高压缸保温阴燃的原因，查找导致高压缸保温棉发生阴燃事件的根本原因。

2.1 汽轮机润滑油系统工作原理及保温棉阴燃位置

汽轮机组在正常运行时，润滑油由汽轮机轴驱动的主油泵来提供，主油泵位于汽轮机头部轴承箱内，远离且高于主油箱。主油箱内安装油涡轮增压泵和交流、直流润滑辅助油泵，在启机和停机期间，由交流或直流辅助润滑油泵直接给各轴承供油，当机组接近或处于额定转速时，由涡轮增压泵给主油泵供油，主油泵泵出的高压油驱动油涡轮，减压后经过冷油器后送给机组各轴承，对轴承进行润滑，减少转子与轴承间的摩擦力，同时将产生的热量传递出来。轴承回油靠重力自流入母管，最后通过滤网进入油箱。

2.2 高压缸保温棉渗油阴燃机理模拟实验

2.2.1 DTE732汽轮机油的指标以及硅酸铝耐火纤维毡的物理性能

由表1、表2可见汽轮机润滑油系统使用的美孚DTE732汽轮机油的自燃点、白色硅酸铝耐火纤维毡的耐热温度均高于汽轮机高压缸外缸温度（186-279.9℃），其中DTE732汽轮机油的闪点介于高压缸进气温度与排气温度之间。

2.2.2 油質变化分析

由表3、表4可见浸泡保温材料的油与未浸泡保温材料的油相比，其酸值无明显变化，常温条件下浸泡保温材料后油的化学性质未改变;浸泡保温材料与未浸泡保温材料的油老化后的指标在试验误差范围内均无明显变化，在高温、催化氧化条件下保温材料对油的化学性质未产生影响。

2.2.3 保温层阴燃模拟试验

为考察蒸汽管道实际保温棉阴燃现象，公司委托了外部单位进行保温层阴燃模拟实验。将油滴于包裹保温材料的管路上，按3℃/min的升温速率加热管道，至300℃后停止升温，测量保温层里层开始冒烟时及阴燃发生时的温度。

保温材料浸油并受热后，材料里层开始冒烟以及阴燃发生时的温度均低于表1中油的闪点及自燃点。当油渗入保温材料内部后，其挥发面积增加，在加热条件下，油的分解、挥发速度也大幅增加，导致保温材料内部积聚大量可燃油气，当达到一定温度时即发生阴燃。

在保温层外部加装彩钢板进行模拟阴燃试验。浸有DTE732油的保温材料着火，这是因为油的着火与温度、渗油产生的油气量以及氧气量有关，当大量可燃油气积聚于保温层内，在拆除保温层的瞬间，外部空气迅速进入保温材料内部，使高浓度的可燃油气在高温及氧气充足的条件下瞬间着火。

通过对事件进行调查并进行模拟试验表明：阴燃引发的原因并非油及保温材料之间发生化学反应所致，也与油质的好坏以及保温材料的新旧无关。保温材料渗油后，保温层内部渗入的油在186℃-279.9℃的高温受热条件下开始以较快速度大面积分解、挥发，产生的油气不断积聚于保温层内部，因保温层包裹严密，油气越积越多，浓度不断增大，导致油在低于高压缸外缸温度的情况下发生冒烟甚至着火。保温层渗油后不可避免地会发生阴燃，渗油量越大，阴燃事态越严重，且还会引发明火。

2.3 油的来源

3#机高压缸底部2号轴瓦保温棉阴燃、2#机组汽轮机2号轴瓦保温棉阴燃事件是电厂在生产运行过程中能量意外释放的异常事件，未造成人员伤亡、财产的直接损失。根据安全生产管理的能量意外释放理论及安全关口前移方法，从人的失误、物的故障及环境因素三个方面分析屏障失效的原因、查找安全隐患。

3 高压缸保温层阴燃应对措施及建议

针对汽轮机高压缸保温棉阴燃事件从屏蔽失效的三个方面逐一采取纠正措施，并增加了高压缸保温层预防性维修项目。另外，汽轮机油系统管道大部分集中在汽轮机机头运转平台下面，加上部分热力管道也布置在该处，汽轮机油渗漏入到设备管道保温层也极易引发保温棉阴燃事件的发生，在高压缸保温棉阴燃措施的基础上也提出了一些建议，预防电厂高温设备管道保温棉阴燃事件的发生。

3.1 高压缸保温层与1、2号轴瓦处增加挡油板

在汽轮机高压缸保温与1、2号轴瓦处增加实体屏障，即在汽轮机1#、2#轴瓦与高压缸处增加挡油板，制作优化挡油板的结构，通过增加挡油板对油和保温材料进行彻底的物理隔离，收集推拉板处的润滑油，如有漏油可将漏油疏导流走，防止油渗入保温棉。在高压缸保温层与2号轴瓦处增加挡油板的措施为预防高压缸保温棉阴燃事件的再次发生起到了非常重要的作用，挡油板的应用推广到了另外几台机组，自2012年开始实施挡油板安全措施后，机组运行状态安全稳定未再次发生高压缸保温棉阴燃事件。

3.2 完善检修规程，规范检修行为

从两起保温阴燃事件发生的根本原因分析导致事故发生主要是由于油冲洗时没有做好防异物处理和外挡中分面渗油，从历史数据来看油系统的漏油、渗油缺陷有相当一部分是因检修工业质量不佳所导致的。从检修规程抓起规范检修作业行为，从根本上控制高压缸保温阴燃事件的再次发生，在汽轮机轴承全面解体检查检修规程中加入相关内容：加強检修过程管理，做好防异物工作，避免杂质落在油档的中分面上，导致局部密封失效。2号机组汽轮机2#轴瓦解体检查项目中的质量计划序号265（恢复轴承盖，测量调整轴承室挡油板间隙）在203大修时作为H点来控制，从205大修-209大修该项工作作为W点来控制，在后续的汽轮机1/2号轴承解体检查准备工作编制质量计划时将汽轮机1/2号轴承解体检查工作的恢复轴承盖、测量调整轴承室挡油板间隙的工作作为H点来加强控制验证。

3.3 加强人员培训，提高工作技能和安全意识

在实际工作中进行有针对性的培训，提高工作人员需要具备的工作技能和安全知识，着实提高工作人员的安全意识。在完成初始培训的情况下，系统地进行复训和经验反馈是很重要的。在日常技能培训和大修前的培训中，将历次大修发生的事件列为重点培训内容，应用生动的实力阐述有益的经验和应该吸取的教训。尤其是本电厂和国内外电厂的经验反馈对提高工作人员的安全意识是非常有效的。

3.4 提高对渗油危害性的认识，建立汽轮机油系统危险点控制台帐

渗油易引发冒烟、着火和烧毁邻近保护电缆等的不安全事件，应引起有关人员的高度重视。建立汽轮机油系统危险点控制台帐，汽轮机油系统危险点运行检查一并纳入运行、维修人员巡检内容。发现油系统渗油时一定要及时擦拭，防止油渗漏到高温管道上、邻近的保护上，一旦发现渗油要及时消除，如果油渗到保温层上，应将保温层更换。如果因油档渗油发生冒烟着火，应立即组织人员扑灭并设专人实行24h监护，防止着火点死灰复燃和事故的扩大。另外，定期对岗位人员进行消防知识培训和火灾事故的应急预案演练，掌握一定的灭火方法，以提高岗位人员的消防救灾能力。

4 总结

从高压缸保温阴燃事件发生的根本原因来分析，导致事件发生的根源主要是设计不合理，未考虑到汽轮机润滑油渗入到高压缸保温棉可能导致保温棉阴燃。650MW压水堆机组通过高压缸保温层挡油板的设计增加，高压缸轴承全面解体检查检修规程不断的优化完善，结合高压缸保温预防性维修以及合理的培训和经验反馈，有效地控制了高压缸保温棉阴燃事件的发生，为公司机组的安全稳定运行提供了很好的保障。

【参考文献】

[1]周礼泉，《汽轮机油系统漏油渗油的消除》，水利电力出版社，出版日期：1990.