汽轮机油封泄漏原因分析及处理措施

沙 辉，丁允刚，苏家军，文全国

（独山子石化设备检修公司，新疆克拉玛依 833699）

0 引言

某公用工程装置含有15 台循环水泵，4 台循环水泵由汽轮机通过减速箱驱动，汽轮机型号为B5CS-2+G，入口蒸汽温度400 ℃，蒸汽压力4.5 MPa，汽轮机转速为6200 r/min。该汽轮机在运行过程中会出现无周期规律的振动波动，前期在1～10 μm范围波动，随着运行时间延长会出现大幅波动，从正常的20 μm波动至50 μm，严重时会出现报警情况，并且在轴承箱油封位置伴随有较大的油烟。为保证汽轮机安全运行，在运行至1 年后会将轴承箱打开进行清理检查，观察发现在油封位置及轴表面存在润滑油高温形成的结焦物质，并对油封进行更换，但更换后的效果只能维持半年左右时间，效果不理想。

1 故障原因分析

某汽轮机的故障现象为油封泄漏、轴位置结焦严重（图1），结合2017—2021 年历次检修的处理措施与泄漏原因查找，从外到内的进行设备检查并分析油封泄漏的原因。

图1 轴位置结焦

1.1 油雾风机

汽轮机润滑油系统在运行中会形成一定油气，主要聚集在轴承箱、回油管道和主油箱油面以上空间，如果油气积聚过多将使轴承箱等内部压力升高，油烟渗过油封外溢。该汽轮机润滑油系统中设置1 台油雾风机，安装在汽轮机油箱上，该装置使汽轮机的回油系统及各轴承箱回油腔室内形成微负压，以保证回油通畅，并对系统中产生的油烟混合物进行分离，将油滴送回油箱，减少对环境的污染，保证油系统的安全可靠。检查该油雾风机查看负压为2 kPa，油雾风机运行正常。该汽轮机轴承箱分为2 个腔室，2 个腔室之间水平剖分面有仪表线的安装槽，将2 个腔室连通。在轴承箱部位后腔室设置有呼吸阀，通过拆卸呼吸阀滤芯后能感觉到轻微的吸入压力，说明润滑油箱内及轴承箱内不存在油气压力过大而造成的油封泄漏。

1.2 润滑油压力

该汽轮机通过减速箱与循环水泵连接降低转速传递动力，该汽轮机机组设置有2 个润滑油泵，1 台主油泵与1 台辅助油泵。减速箱输出轴与主油泵连接，在正常工作状态下为汽轮机机轴瓦及减速箱轴瓦、齿轮提供润滑油进行润滑降温。该汽轮机在热备状态下由辅助油泵运行，当汽轮机转速升至额定转速后辅助油泵连锁停机，汽轮机在升速过程大约持续4 min 左右，正常运行时的润滑油压力为0.22～0.36 MPa，工艺调整运行油压为0.28 MPa。在主辅油泵并联过程中会出现正常范围内的小幅油压波动，等到额定转速后会出现下降，排除因润滑油压力过高造成的润滑油从油封泄漏。

1.3 油封密封气

该油封由3 道梳齿组成，最外侧梳齿间上部接有0.07 MPa密封气，下侧有密封气排气孔，作用为密封气进入第3 道梳齿间后从排气孔排出从而在梳齿间形成正压，对轴上泄漏的润滑油形成密封作用（图2）。排气孔因润滑油的结焦堵塞造成油封梳齿间密封气压力较高，只能从轴向泄出，造成润滑油与密封气一起泄漏。在历次拆卸检修油封发现密封气排放孔堵塞，检修时进行清理疏通排气孔，并对密封气管线进行检查，密封气压力调整等措施后效果并不是很明显，排除油封密封气不足或过大而造成油封泄漏的原因。

图2 油封结构

1.4 油封磨损及损坏

在对汽轮机轴承箱拆卸检查油封后发现，油封第3 道梳齿与第2 道梳齿间由结焦物质填满后与汽轮机轴发生摩擦是造成振动波动的主要原因，在历次检修中对新旧油封尺寸对比测量未发现有磨损及损坏现象。在对油封安装时未出现卡涩现象，说明油封不存在因高温而产生的变形损坏。将油封及轴径表面清理干净后测量油封检测油封间隙均在标准范围内，而且在检修时为了防止因梳齿间的回油量较小造成的泄漏，对油封梳齿进行增加回油孔数量及直径（图3）。安装时在油封背部与轴承箱壳体配合部位涂抹高温密封胶，更换改造的新油封后泄漏现象还是存在，排除油封本身造成的泄漏原因。

图3 增加回油孔

1.5 轴承箱回油管线不畅

该汽轮机推力侧轴承箱由轴承分割为2 部分腔室空间，有3 个回油管线，靠近汽轮机本体的容积较小部分含有1 个回油管线，安装有转速探头部分的箱体有2 个回油管线（图4）。将回油管线拆卸检查后未发现堵塞现象，回油管线内径与轴承箱密封垫片内径尺寸相同，部存在节流而造成的回油不畅现象，而且轴承箱回油管线通入润滑油箱的部位未被润滑油淹没，所以排除润滑油回油管线堵塞造成油封泄漏的原因。

图4 轴承箱结构

1.6 排油管线堵塞

汽轮机轴承箱与机体连接部位下方设计有排油管线，用于在油封泄漏时将泄漏的润滑油及时排出，防止润滑油与高温壳体接触着火，保证设备运行安全.在检修时将排油管线拆卸后发现管线内部被黑色焦物堵塞严重（图5、图6）。泄漏的润滑油未能及时排出，并在轴承箱下部聚集，遇到汽轮机高温辐射后造成大量油烟，高温油烟在轴表面附着形成焦状物质与油封接触，是造成轴振动波动的原因，但润滑油泄漏的主要原因不在于此。

图5 排油管线位置

图6 堵塞的排油管线

1.7 综合原因分析

在多次检修过程中发现，该4 台汽轮机靠近轴承箱下方外保温处都存在有焦状油渍，轴承箱与壳体连接部位存在高温产生的结焦，是润滑油高温炙烤造成的结果。在检修过程中会将该部位及油封结焦物质进行清理，但至下个周期检修时还会发现含油的大量结焦物质。在试机过程中发现，该汽轮机热备状态下观察轴承箱与汽轮机壳体连接部位无任何油烟现象，但在汽轮机升速过程中会出现短时间大量油烟现象，并在该汽轮机正常运行后下部润滑油箱基础表面会出现油渍，判断为润滑油从油封位置泄漏后滴落至保温慢慢流出所造成。观察排油管线排出口发现有油滴滴落。

通过现象可以看出油封漏油的出现在汽轮机升速过程中，在汽轮机升速的4 min 过程中主辅油泵并联运行，通过润滑油管线进入轴承箱对轴承润滑降温，在升速过程中主油泵转速逐渐升高并达到额定转速，此时的润滑油量也达到了最大值。因该机未安装由润滑油流量检测仪器，不能直观的查看润滑油流量。通过流量与压力的关系判断润滑油压力无变化的情况下润滑油流量会增大。在图4 中可以看出轴承箱靠近汽轮机高温本体的回油箱容积较小，且回油管线只有1 根，较大的润滑油流量造成轴承箱内部回油不及时，沿油封泄漏，是造成润滑油泄漏的主要用原因。与厂家交流沟通后也认可润滑油流量过大是造成油封泄漏的主要原因，建议轴承箱润滑油管线入口加装节流孔板来对润滑油限流。

2 检修措施及安全建议

措施及建议：①更换油封，对油封与轴承箱配合位置进行清理，安装时涂抹密封胶，防止静密封位置泄漏；②检查润滑油系统管线并清理、调整润滑油压力至标准范围；③轴承箱清理并检查润滑油回油管线、④清理轴表面结焦物质，防止与油封接触摩擦产生轴振动波动；⑤清理轴承箱与机体连接部位的结焦物质，防止高温着火；⑥因排油管线与汽轮机机体为焊接连接，采用锯割拆卸排油管线并改造成插接方式，方便及时疏通，检修时需要疏通并吹扫干净防止再次堵塞；⑦将汽轮机保温内表面喷射灭火干粉，防止润滑油油渍因汽轮机壳体的高温着火，或汽轮机外保温整体进行更换；⑧建议机组进行长周期运行，因达到额定转速后主油泵润滑油量满足各点轴承的润滑与降温，减少启停机频次进而减少主辅油共同运行的频次，达到安全运行目的；⑨加强日常巡检监测，如轴振动波动时及现场有大量油烟现象时及时处理异常情况。

3 结论

通过4 台汽轮机的故障检修并对引起油封泄漏的原因逐一排查，逐渐找出汽轮机油封泄漏的根本原因。制定预防性措施，在检修过程中逐一实施，在一定程度上延长设备的运行周期及保证设备的安全性。如要彻底解决油封泄漏的故障需要对设备轴承箱进行改造，增加轴承箱的回油管线数量来保证润滑油的回油顺畅或在轴承箱润滑油线入口加装节流孔板来减少润滑的流量，最终达到防止油封泄漏的目的，保障设备安全运行。