汽輪機(jī)油中帶水原因分析和處理措施

徐國(guó)榮,何慧軍,王瀟

（杭州鋼鐵集團(tuán)動(dòng)力公司，浙江杭州，310022）

汽輪機(jī)油中帶水原因分析和處理措施

徐國(guó)榮,何慧軍,王瀟

（杭州鋼鐵集團(tuán)動(dòng)力公司，浙江杭州，310022）

汽輪機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)是汽輪機(jī)安全運(yùn)行的關(guān)鍵，它不僅擔(dān)負(fù)著機(jī)組軸承的潤(rùn)滑冷卻，而且還擔(dān)負(fù)著機(jī)組的調(diào)速、保安任務(wù)。汽輪機(jī)油中含水量超標(biāo)時(shí)會(huì)危及汽輪機(jī)組安全的穩(wěn)定運(yùn)行。為此分析了氣封間隙大小、汽封氣壓力、汽封疏水暢通、軸封套、汽缸、軸承室負(fù)壓、擋油環(huán)、排煙系統(tǒng)等可能引起油中帶水的原因，并分別提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

汽輪機(jī);油中帶水;汽封氣壓力;調(diào)節(jié)閥

1 引言

杭鋼集團(tuán)動(dòng)力公司（紫云）燒結(jié)余熱汽輪發(fā)電由杭州中能汽輪動(dòng)力有限公司制造的BN12-1.9/0.4型雙壓、補(bǔ)汽凝汽式單缸直冷汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，額定功率1×12 MW，額定進(jìn)汽量:46 t/h、額定進(jìn)汽壓力：1.9 MPa（a）、額定進(jìn)汽溫度：350℃、補(bǔ)汽額定進(jìn)汽量：11.5t/h、補(bǔ)汽額定進(jìn)汽壓力：0.4 MPa（a）、補(bǔ)汽額定進(jìn)汽溫度：190℃，配套杭州杭發(fā)發(fā)電設(shè)備有限公司制造的QF1-W 12-2型發(fā)電機(jī)組成，油系統(tǒng)中使用的是L-TSA 46#汽輪機(jī)油。

2 故障現(xiàn)象

該汽輪發(fā)電機(jī)組自2011年4月投運(yùn)以來(lái)，機(jī)組軸封系統(tǒng)一直存在高壓缸軸封（前汽封）漏蒸汽現(xiàn)象，2012年9月下旬發(fā)現(xiàn)機(jī)組軸承室回油管視窗處發(fā)現(xiàn)附著于玻璃的水珠，立即委托進(jìn)行油品分析水分含量大大超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。

表1 油品分析報(bào)告

3 油中帶水的危害

汽輪機(jī)內(nèi)的水蒸汽進(jìn)入潤(rùn)滑油系統(tǒng)后，油會(huì)被乳化，由此產(chǎn)生的危害主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

（1）使汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中套筒及滑閥等部件嚴(yán)重銹蝕，造成滑閥卡澀，降低系統(tǒng)靈敏度，加重機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷。引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保安裝置動(dòng)作失靈或誤動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組超速甚至飛車。

（2）如果乳化液沉積于油循環(huán)系統(tǒng)中，就會(huì)妨礙油的循環(huán)，造成軸承和軸頸的磨損，影響散熱，造成供油不足，容易導(dǎo)致軸承燒瓦。

（3）使汽輪機(jī)油的氧化加速，酸值升高，產(chǎn)生較多的氧化沉積物，從而進(jìn)一步延遲了汽輪機(jī)油的破乳化時(shí)間，造成惡性循環(huán)。

4 油中帶水的原因分析

4.1 汽封間隙過(guò)大

會(huì)是造成軸端汽封漏氣。導(dǎo)致軸封供汽從該處沿軸頸竄入軸承室，造成油中帶水。由軸端汽封漏汽量公式：

式中Q——軸端汽封漏汽量;

P1——汽封前壓力;

P2——汽封后壓力;

f——汽封間隙;

Z——汽封齒數(shù);

V1——汽封前比容,

K=0185/Z+115

從上面計(jì)算公式可以看出:軸端汽封漏汽量大小與汽封間隙大小成正比，減小汽封間隙，可減小軸端汽封漏汽量。但汽封間隙過(guò)小，容易在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)造成動(dòng)靜摩擦，此外，機(jī)組啟動(dòng)后，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，汽封間隙會(huì)逐漸增大。因此,調(diào)整汽封間隙受到機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況的制約，不能從根本上解決軸端汽封漏汽量大的問(wèn)題。

4.2 軸封系統(tǒng)的設(shè)置不太合理

導(dǎo)致高、低壓軸封供汽不能協(xié)調(diào)匹配在運(yùn)行中出現(xiàn)顧此失彼是造成高壓缸軸封漏汽的主要原因。

4.2.1 汽輪機(jī)軸封供汽量調(diào)整不當(dāng)

使軸封漏汽大，導(dǎo)致汽機(jī)油系統(tǒng)易進(jìn)水。前汽缸軸封（端部汽封）的作用在于阻止蒸汽沿著轉(zhuǎn)子漏出。前汽缸前后的端部汽封所承受的壓差比較大，不但壓差存在，為了不使動(dòng)靜機(jī)件發(fā)生碰磨，而總要留有一定間隙，間隙的存在肯定要導(dǎo)致漏汽，漏汽量一般要達(dá)到總汽量的0.5%。由于以上兩個(gè)原因，很容易使該處的蒸汽沿轉(zhuǎn)子進(jìn)入軸承室，引起軸承溫度升高，使油系統(tǒng)中帶有由蒸汽凝結(jié)而成的水。如果汽輪機(jī)前汽缸軸封供汽調(diào)整得不恰當(dāng)，導(dǎo)致軸封供汽從該處沿軸頸流入軸承室，就可能導(dǎo)致油中帶水，從而引起油質(zhì)惡化。

4.2.2 軸封汽源問(wèn)題

前、后軸封供汽聯(lián)在同一根母管而引起供汽分配不均的問(wèn)題，前后軸封段各留有1個(gè)腔室。由于供汽位置在軸端外側(cè)，新蒸汽經(jīng)汽封調(diào)節(jié)閥節(jié)流產(chǎn)生，若它的壓力調(diào)整不當(dāng)可使軸封供汽量大于軸封疏汽量而導(dǎo)致油中帶水（見(jiàn)圖1）。

圖1 均壓箱管道改造前

4.2.3 均壓箱壓力值調(diào)整不合理

會(huì)引起前后汽封冒汽量過(guò)大。如汽封汽調(diào)節(jié)過(guò)大，使前軸封漏汽壓力升高，進(jìn)入前軸承箱的蒸汽增多，如此不能及時(shí)調(diào)整均壓箱的壓力和前后汽封冒汽量，加上汽封管路疏水不及時(shí),就會(huì)使前汽封的溢汽向油中滲漏。一般均壓箱工作壓力為30 kPa左右，而該機(jī)組均壓箱工作壓力設(shè)定為60 kPa。因此均壓箱工作壓力偏高使前后汽封漏汽大，造成油系統(tǒng)水份增多。

4.3 主油箱上排煙風(fēng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的負(fù)壓過(guò)大

4.4 補(bǔ)充新油帶人水

汽輪機(jī)油系統(tǒng)需要定期維修時(shí)，將新油通過(guò)油化器補(bǔ)充到油氣系統(tǒng)中，所補(bǔ)新油，只能將油中的游離水和雜質(zhì)處理調(diào)，以目前處理?xiàng)l件，20 mg/L以下的非飽和水是很難去除的；同時(shí)，油化驗(yàn)處理合格的油，打入高位油箱，在需要時(shí)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)充。由于機(jī)房?jī)?nèi)溫度高，濕蒸汽流入高位油箱后形成游離水，而這些水又會(huì)在補(bǔ)油時(shí)進(jìn)入油系統(tǒng)。

4.5 軸承附近的缸體結(jié)合面泄露的蒸汽

油中帶水還有可能是軸承附近的缸體結(jié)合面泄露的蒸汽。如：高壓缸結(jié)合面，軸封套結(jié)合面等。汽缸在受到快速加熱和冷卻時(shí)，尤其是汽缸端部靠軸封處，由于該部位的約束緊固螺栓跨距大，對(duì)汽缸的約束力明顯弱于其它部位，所以最易發(fā)生變形，使結(jié)合面泄露的蒸汽。但對(duì)我們這臺(tái)2011年4月投運(yùn)機(jī)組來(lái)說(shuō)發(fā)生變形可能性很小。

4.6 油冷卻器銅管滲漏

現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)排除銅管滲漏的可能性。

(2)培養(yǎng)教師的信息化素養(yǎng)，將教師信息化素養(yǎng)與課堂教學(xué)相結(jié)合?；ヂ?lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，教師的教學(xué)方法也需要改變，借助互聯(lián)網(wǎng)工具，建構(gòu)信息化的教學(xué)理念，培養(yǎng)更多適合社會(huì)發(fā)展需要的政府采購(gòu)管理類人才。要引導(dǎo)教師樹(shù)立互聯(lián)網(wǎng)思維，充分借助現(xiàn)代信息技術(shù)手段為教學(xué)發(fā)展服務(wù)，并將自身的信息化能力培養(yǎng)與課堂具體教學(xué)結(jié)合，在提升教師自身綜合素養(yǎng)的同時(shí)，也能提升課堂教學(xué)的效率。

4.7 人為因素

主油箱底部放水和汽封疏水不及時(shí)等。

5 處理措施

5.1 軸封系統(tǒng)的改進(jìn)

依據(jù)以上分析首先對(duì)造成高壓缸軸封漏汽主要因素的軸封系統(tǒng)——工藝設(shè)計(jì)、軸封供汽設(shè)定值、調(diào)節(jié)閥進(jìn)行改進(jìn)解決。

5.1.1 將前、后汽封蒸汽管路分開(kāi)

后汽封與均壓箱直接連通，并設(shè)隔離閥(見(jiàn)圖2)。通過(guò)調(diào)整均壓箱與前、后汽封隔離閥的開(kāi)度，控制前汽封的壓力和均壓箱至后汽封的蒸汽壓力，確保前、后汽封用汽量合理（防止空氣漏入的同時(shí)往外冒汽適量）。

圖2 均壓箱管道改造后

5.1.2 更換調(diào)節(jié)閥

將新蒸汽到均壓箱自力式調(diào)節(jié)閥（6510）改為調(diào)節(jié)更為可靠的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，確保均壓箱壓力穩(wěn)定。

5.1.3 改變均壓箱運(yùn)行壓力

即均壓箱新蒸汽補(bǔ)汽控制閥由自力式調(diào)節(jié)閥改為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥后，將均壓箱工作壓力設(shè)定值由60 kPa，降低到18 kPa，一方面減少汽輪機(jī)前后汽封漏汽量，另一方面通過(guò)調(diào)整關(guān)閉前后汽封聯(lián)箱至凝汽器的手動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥，減少了汽封系統(tǒng)排入凝汽器的蒸汽，達(dá)到降低均壓箱的工作壓力，達(dá)到提高機(jī)組凝汽器真空的目的。

圖3 前軸承室油擋引入氮?dú)鈭D

5.2 前軸承室油擋引入氮?dú)饷芊?/p>

對(duì)汽輪機(jī)前軸承室的油擋用常溫、汽壓≤0.13 MPa氮?dú)庖胗蛽踔虚g（見(jiàn)圖3），使進(jìn)入油擋中部的隔離氣，一部分從油擋外側(cè)逸出,以阻擋軸封漏汽進(jìn)入軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油中,另一部分進(jìn)入軸承室,從軸承箱的放空口排空。油擋引入隔離氣時(shí)應(yīng)注意以下兩方面的問(wèn)題:一是必須使用潔凈的氮?dú)饣蚩諝庾鳛楦綦x氣體,防止對(duì)潤(rùn)滑油造成污染,必要時(shí)應(yīng)在氣體管路上增加過(guò)濾器。二是應(yīng)在隔離氣體的管線上安裝閥門和壓力表,以便對(duì)隔離氣體進(jìn)行流量調(diào)節(jié)和壓力監(jiān)測(cè)。

5.3 改進(jìn)油箱放水管路

將主油箱底部放水閥從原1.5 m以上平臺(tái)操作引到地面操作，方便運(yùn)行人員操作，提高安全性。并對(duì)汽輪機(jī)油質(zhì)進(jìn)行顆粒度、水分進(jìn)行定期化驗(yàn)。

5.4 對(duì)主油箱排煙風(fēng)機(jī)管道優(yōu)化

減少?gòu)濐^使排煙暢通，負(fù)壓一般控制在12～24 mm水柱，可大大降低油中含水量。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述控制措施，經(jīng)一年運(yùn)行，檢測(cè)油中含水量可大大降低，均能夠控制在合格標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

總之，通過(guò)對(duì)軸封系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、軸承室油擋氮?dú)饷芊?、主油箱排煙風(fēng)機(jī)管道的優(yōu)化以及采取有效的油箱放水，對(duì)保持機(jī)組防止油質(zhì)乳化，便于運(yùn)行操作、增加調(diào)整手段，具有一定的參考意義。

[1]肖增弘.火電機(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)行技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2]火力發(fā)電職業(yè)技能培訓(xùn)教材編委會(huì).汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005

[3]火力發(fā)電職業(yè)技能培訓(xùn)教材編委會(huì).汽輪機(jī)設(shè)備檢修[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005

[4]西安電力學(xué)校汽輪機(jī)教研組編.小型火力發(fā)電廠汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行（修訂版）[M].北京:水利電力出版社.1987.6.

Cause Analysis of W ater Content in the Oil of Steam Turbine and Treatm ent M easures

Xu Guorong,He Huijun,Wang Xiao
(ThePowerCompanyofHangzhouIronandSteelGroup,Hangzhou,Zhejiang310022,China)

As a key factor in the safe operation of steam turbine,the lubrication system of steam turbine not only lubricates and cools the bearings of the unit,but also plays the role of speed regulation and protection for the unit.Excessive water content in the lubrication oil of steam turbine can threat the stable operation of the unit.Therefore,possible causes of water content in oil such as the gap of gas sealing,sealing gas pressure,sealing water drainage,shaft sealing sleeve,steam cylinder,negative pressure in bearing chamber,oil slinger and fume exhaust system were analyzed and corresponding countermeasures were put forward.

steam turbine;water content in oil;sealing gas pressure;regulation valve

TK26

B

1006-6764（2014）12-0052-03

2014-07-14

徐國(guó)榮(1961.1)，男，1985年冶金機(jī)械專業(yè)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)從事余熱發(fā)電機(jī)技術(shù)、設(shè)備管理工作。