汽輪機(jī)潤滑含水量升高的原因分析及處理措施

張力

摘 要：秦山第三核電廠CANDU6 重水堆核電站汽輪機(jī)曾多次發(fā)生過潤滑油水含量異常升高事件，對機(jī)組安全運(yùn)行造成較大的危害。本文通過介紹汽輪機(jī)潤滑油和軸封系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，結(jié)合不同工況下系統(tǒng)參數(shù)的變化情況，采用排除法分析可能導(dǎo)致滑油水含量上升的原因，并在此基礎(chǔ)上提出避免潤滑油進(jìn)水事件發(fā)生的運(yùn)行策略。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；軸封；潤滑油；含水量

中圖分類號：TK263 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0045-01

1 概述

CANDU6 重水堆核電站汽輪機(jī)采用日立公司TC4F-52型汽輪機(jī)，轉(zhuǎn)速1500r/min，額定功率700MW。該汽輪機(jī)采用三級迷宮式軸封系統(tǒng)，以防止汽輪機(jī)高壓缸端部蒸汽外漏和空氣從低壓缸端部漏入凝汽器。汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)向8個汽輪機(jī)徑向軸承提供潤滑油，并配備兩臺潤滑油排煙風(fēng)機(jī)，用于防止運(yùn)行時潤滑油煙氣向廠房內(nèi)排放。按照設(shè)計要求，正常運(yùn)行時汽輪機(jī)潤滑油水含量應(yīng)低于100ppm，在實(shí)際運(yùn)行中多次在機(jī)組啟停階段發(fā)生汽輪機(jī)潤滑油進(jìn)水事件，潤滑油水含量最高達(dá)到1345ppm，對機(jī)組安全運(yùn)行造成危害。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計特點(diǎn)進(jìn)行分析，可能導(dǎo)致潤滑油系統(tǒng)進(jìn)水的原因有：

（1）潤滑油冷卻器泄漏，設(shè)備冷卻水進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)；

（2）雨水通過排油煙風(fēng)管進(jìn)入主油箱或油凈化系統(tǒng)；

（3）汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)存在蒸汽泄漏，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)軸承箱后冷凝成水，造成潤滑油水含量升高。

由于我廠在設(shè)備冷卻水中添加氫氧化鋰以保持較高的PH值，所以當(dāng)潤滑油冷器傳熱管泄漏時可以對潤滑油進(jìn)行化學(xué)取樣，通過分析潤滑油中是否存在鋰離子的方法進(jìn)行排除。如果雨水通過排油煙風(fēng)管進(jìn)入油凈化系統(tǒng)，可以檢查風(fēng)道的U型管段是否有殘余積水的方法進(jìn)行排除。除此之外，潤滑油系統(tǒng)進(jìn)水最可能來源為軸封系統(tǒng)蒸汽泄漏。下面對汽輪機(jī)軸封蒸汽進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)的可能原因和途徑進(jìn)行分析。

2 軸封蒸汽進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)的原因分析

從事件的發(fā)生時間序列分析可知，潤滑油進(jìn)水通常發(fā)生在軸封系統(tǒng)投運(yùn)和停運(yùn)過程中，機(jī)組正常功率運(yùn)行時從未發(fā)生過潤滑油水含量超標(biāo)事件。從系統(tǒng)的工作原理和現(xiàn)場布置可知，要讓軸封蒸汽進(jìn)入潤滑油箱，必須具備兩個條件：潤滑油排煙風(fēng)機(jī)啟動，在潤滑油箱及汽輪機(jī)軸承箱內(nèi)形成負(fù)壓；同時汽輪機(jī)軸封處有蒸汽漏出。在軸承箱內(nèi)負(fù)壓作用下軸封泄漏蒸汽被吸入，蒸汽冷凝成水造成潤滑油水含量上升。下面結(jié)合機(jī)組啟動、停運(yùn)、正常功率運(yùn)行階段不同工況對進(jìn)水原因進(jìn)行分析。

2.1 啟動階段

通過對系統(tǒng)參數(shù)分析和現(xiàn)場觀察對比發(fā)現(xiàn)：在投運(yùn)在軸封系統(tǒng)過程中，凝汽器真空尚未建立。如果軸封蒸汽壓力較高，會造成軸封供氣量偏大；同時若為軸封提供負(fù)壓的軸加風(fēng)機(jī)出力不足，無法將汽輪機(jī)軸封內(nèi)過量蒸汽收集并排走，則會在汽輪機(jī)軸封端部出現(xiàn)蒸汽泄漏。此時，如果立即投運(yùn)潤滑油抽油煙風(fēng)機(jī)，就將導(dǎo)致軸封漏氣進(jìn)入潤滑油。

實(shí)驗(yàn)證明，機(jī)組啟動過程中，將軸封供氣壓力由28kPa降低到22kPa，將軸加風(fēng)機(jī)入口壓力有-3kPa降低到-5kPa，能有效減少汽輪機(jī)軸封端部漏氣情況。因此，在啟動階段可以通過以下運(yùn)行策略有效防止?jié)櫥瓦M(jìn)水：

（1）在投運(yùn)汽輪機(jī)軸封初期，應(yīng)將軸封母管壓力降低到運(yùn)行手冊允許的低限；

（2）在投運(yùn)汽輪機(jī)軸封初期，應(yīng)將軸加風(fēng)機(jī)入口壓力調(diào)整到運(yùn)行手冊允許壓力的低限；

（3）在軸封系統(tǒng)穩(wěn)定前，盡量不要投入潤滑油排煙風(fēng)機(jī)；

（4）化學(xué)部門加強(qiáng)對潤滑油水分的監(jiān)視。

2.2 停運(yùn)階段

機(jī)組停運(yùn)后，當(dāng)凝汽器真空已經(jīng)破壞，但軸封供氣母管內(nèi)尚有殘余蒸汽。如果先停運(yùn)軸加風(fēng)機(jī)，而保持潤滑油排煙風(fēng)機(jī)運(yùn)行，也會造成軸封泄漏蒸汽被吸入潤滑油回路。特別當(dāng)軸封蒸汽隔離閥存在輕微內(nèi)漏，汽輪機(jī)停機(jī)后持續(xù)向軸封供應(yīng)蒸汽，則會更容易導(dǎo)致潤滑油進(jìn)水。因此，在軸封系統(tǒng)停運(yùn)后應(yīng)將軸封供氣管道的疏水閥打開，卸除軸封母管殘余壓力；并盡可能保持軸加風(fēng)機(jī)運(yùn)行直到機(jī)組完全冷卻。這樣能有效防止?jié)櫥瓦M(jìn)水事件的發(fā)生。

2.3 功率運(yùn)行階段

正常功率運(yùn)行時，潤滑油排煙風(fēng)機(jī)運(yùn)行，汽輪機(jī)軸封端部仍有極少量蒸汽漏出。為什么正常時潤滑油水含量能維持正常水平呢？經(jīng)過分析有以下幾個原因：

首先，正常運(yùn)行時軸封的汽源主要是高壓缸漏氣、調(diào)門和主汽門閥桿的漏氣，這些蒸汽的品質(zhì)比較低。而在汽輪機(jī)啟動前，軸封的供氣為輔助蒸汽或主蒸汽，品質(zhì)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行情況下的軸封蒸汽。同樣的軸封供氣壓力下，這種高品質(zhì)的蒸汽進(jìn)入軸封體后更容易泄露，故在啟動過程中軸封蒸汽泄漏量遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行工況。

其次，潤滑油凈化系統(tǒng)具有一定的脫水能力。潤滑油溫度及油凈化系統(tǒng)的負(fù)壓決定了脫水能力的強(qiáng)弱。根據(jù)設(shè)計要求，汽輪機(jī)盤車階段為保持較高的潤滑油粘度，油溫設(shè)定點(diǎn)為32℃；汽機(jī)正常運(yùn)行時潤滑油溫度設(shè)定點(diǎn)自動提高到46℃，軸承回油溫度更達(dá)到55℃至60℃。由此可見正常運(yùn)行時潤滑油溫比啟動過程中高，在潤滑油排煙風(fēng)機(jī)的負(fù)壓作用下，潤滑油凈化系統(tǒng)的脫水能力比停運(yùn)和啟動過程中強(qiáng)。因此，正常運(yùn)行時即使有少量水汽進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)，也不會顯著的影響潤滑油含水量。

3 結(jié)語

本文通過對不同運(yùn)行工況下可能導(dǎo)致滑油水含量上升的原因進(jìn)分析，并得出預(yù)防潤滑油進(jìn)水的措施。因此在運(yùn)行過程中，通過采取合理的運(yùn)行策略能有效防止?jié)櫥瓦M(jìn)水事件發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]汽輪機(jī)軸封蒸汽系統(tǒng)培訓(xùn)教材[J].98-41150-TMT-FA504，1A版.

[2]汽輪機(jī)軸封蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行手冊[K]. 98-41150-OM-001，6B版.