給水泵汽輪機(jī)油系統(tǒng)故障原因分析及改進(jìn)措施

孫國(guó)強(qiáng)

(中國(guó)華電集團(tuán)有限公司河南公司，鄭州 450046)

0 引言

某公司2×330 MW機(jī)組，每臺(tái)主機(jī)配2套汽動(dòng)給水泵組，給水泵汽輪機(jī)型號(hào)TGQ06/7-1，額定功率6 MW，額定轉(zhuǎn)速5 320 r/min，連續(xù)運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍3 000～6 000 r/min；給水泵型號(hào)HPTmk200-320-6s，為筒式多級(jí)離心泵，流量669 m3/h，揚(yáng)程2 377 m。

自投產(chǎn)以來(lái)，給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)就存在油泵切換時(shí)間長(zhǎng)，油壓建立慢的問(wèn)題。2014年10月，#2機(jī)組A小機(jī)A油泵跳閘，備用油泵和事故油泵相繼聯(lián)啟，但是在短時(shí)間內(nèi)潤(rùn)滑油壓低于跳閘保護(hù)值，造成給水泵汽輪機(jī)跳閘，跳閘后電動(dòng)給水泵聯(lián)啟正常，未造成主機(jī)跳閘，但耗費(fèi)大量廠用電，降低了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，并導(dǎo)致汽包水位波動(dòng)大，嚴(yán)重威脅主機(jī)安全運(yùn)行。由于此種原因，在定期切換給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油泵時(shí)，啟動(dòng)備用油泵運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間后才可停運(yùn)原運(yùn)行油泵。

1 系統(tǒng)概況

該公司給水泵汽輪機(jī)整套供油系統(tǒng)配有1個(gè)3 m3油箱、2臺(tái)型號(hào)YB-E200交流潤(rùn)滑油泵、1臺(tái)型號(hào)YB-E200直流潤(rùn)滑油泵、2臺(tái)并列冷油器、2臺(tái)并列油過(guò)濾器、1個(gè)油位計(jì)和1臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)，其交直流油泵提供給水泵汽輪機(jī)及給水泵軸瓦潤(rùn)滑用油。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)交流潤(rùn)滑油泵中任一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)備用，兩泵互為聯(lián)鎖；而直流油泵只在2臺(tái)交流油泵均故障或潤(rùn)滑油壓不足時(shí)提供軸承潤(rùn)滑油。

給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)正常運(yùn)行參數(shù)如下：設(shè)計(jì)軸承供油量(帶泵)，267 L/min；油泵設(shè)計(jì)出口油壓，0.700 MPa；軸承設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油壓，0.250 MPa(12 m)；潤(rùn)滑油壓低聯(lián)備用泵，0.120 MPa(12m)；潤(rùn)滑油壓低跳閘，0.080 MPa(12 m)；潤(rùn)滑油壓低聯(lián)直流油泵，0.080 MPa(12 m)。

在控制回路上，滿足備用交流油泵自啟的條件有2個(gè)：一個(gè)是油壓聯(lián)鎖信號(hào)，另一個(gè)是電聯(lián)鎖信號(hào)。油壓聯(lián)鎖是當(dāng)運(yùn)行中的油泵突然發(fā)生故障，潤(rùn)滑油壓降低到0.120 MPa時(shí)，備用泵通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)自啟；油壓降低到0.080 MPa時(shí)，直流潤(rùn)滑油泵聯(lián)啟；電聯(lián)鎖是運(yùn)行中的油泵電機(jī)發(fā)生故障或失電時(shí)，電氣開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，同時(shí)備用泵電氣開(kāi)關(guān)閉合，油泵啟動(dòng)。

2 給水泵汽輪機(jī)油壓低跳閘原因分析

給水泵汽輪機(jī)油壓低跳閘原因是備用泵聯(lián)啟后，潤(rùn)滑油壓低于0.080 MPa，保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致小機(jī)跳閘。

通過(guò)對(duì)給水泵汽輪機(jī)出現(xiàn)的幾次事故進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)給水泵汽輪機(jī)跳閘過(guò)程中，另外一臺(tái)油泵雖然已自啟，但還是因?yàn)闈?rùn)滑油壓低跳閘。為查清該問(wèn)題，結(jié)合停機(jī)備用對(duì)所有濾網(wǎng)、電磁閥、壓力開(kāi)關(guān)、油泵出口逆止閥等設(shè)備都進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。又調(diào)整了潤(rùn)滑油壓聯(lián)啟壓力值、加裝油壓延時(shí)等措施，效果均不明顯。后來(lái)又模擬運(yùn)行故障進(jìn)行多次聯(lián)鎖試驗(yàn)，其結(jié)果如下：

(1)運(yùn)行一臺(tái)泵，停運(yùn)該泵，電聯(lián)鎖聯(lián)動(dòng)備用泵，從運(yùn)行泵停止到備用泵運(yùn)行，出口壓力恢復(fù)到額定值需要5～6 s。聯(lián)鎖過(guò)程中，潤(rùn)滑油壓在4 s左右降到跳閘值，而此時(shí)給水泵汽輪機(jī)已因潤(rùn)滑油壓低跳閘。

(2)人為操作泵出口閥門(mén)調(diào)整油泵出口壓力至0.120 MPa(12 m)，另一臺(tái)油泵聯(lián)啟，因聯(lián)鎖時(shí)間較長(zhǎng)，油泵恢復(fù)出口額定壓力時(shí)間達(dá)到7 s左右，潤(rùn)滑油已經(jīng)降低到給水泵汽輪機(jī)跳閘值。

圖1 改造后的給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)

以上結(jié)果表明，無(wú)論是電氣或非電氣原因，當(dāng)運(yùn)行泵故障停運(yùn)、備用潤(rùn)滑油泵聯(lián)鎖時(shí)，油泵出口壓力恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，潤(rùn)滑油壓已經(jīng)降低到跳閘值，加裝油壓跳閘延時(shí)可能會(huì)造成給水泵汽輪機(jī)和給水泵軸瓦因斷油化瓦，故不能采用。

通過(guò)試驗(yàn)來(lái)看，設(shè)備在現(xiàn)行狀況下，一臺(tái)泵故障停運(yùn)，另一臺(tái)泵聯(lián)鎖建立油壓需要5～6 s，給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓降低到跳閘值只需要3～4 s，直接原因是潤(rùn)滑油壓下降太快，間接原因是備用泵出口油壓建立太慢。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析：

總之，在高中思想教育中，教師要改變重知識(shí)輕德能，以及過(guò)于強(qiáng)調(diào)應(yīng)試的現(xiàn)狀，要重視學(xué)生思想道德發(fā)展，加強(qiáng)道德管理，促進(jìn)學(xué)生價(jià)值觀的形成、學(xué)生人格的發(fā)展。

(1)潤(rùn)滑油壓下降過(guò)快是由軸瓦間隙泄油造成的。鑒于軸瓦的潤(rùn)滑及冷卻特性，軸瓦設(shè)備沒(méi)有成熟的改造方式，油泵增容改造也并非是良好的改造方案，不考慮改造。

(2)備用泵油壓建立太慢，主要原因是油泵出口油壓建立慢。從系統(tǒng)分析，油泵電機(jī)安裝在油箱頂部，油泵浸沒(méi)在潤(rùn)滑油中，油泵出口加裝有逆止閥，逆止閥在油箱油面以上。油泵啟動(dòng)后，油泵出口逆止閥前會(huì)積聚空氣，造成油泵出口建立油壓慢。油泵出口逆止閥前積聚空氣的主要原因是潤(rùn)滑油箱安裝有排油煙風(fēng)機(jī)，建立油箱負(fù)壓，便于軸瓦回油，但也會(huì)導(dǎo)致軸瓦回油吸入空氣，空氣溶解在較高溫度的回油中，回油通過(guò)油泵入口進(jìn)入到逆止閥前，在油箱的負(fù)壓和油溫冷卻中，油中溶解的空氣便釋放出來(lái)，積聚在油泵出口逆止閥前；備用油泵在故障聯(lián)鎖中因?yàn)橛休^多空氣的存在，建立油壓需要先排出逆止閥前積聚的空氣，造成起壓時(shí)間長(zhǎng)，油壓建立慢。

(3)如果故障油泵的出口逆止閥關(guān)閉不嚴(yán)或關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)，也會(huì)造成油泵聯(lián)啟后油壓建立慢。

3 解決方案

3.1 針對(duì)潤(rùn)滑油壓降低較快導(dǎo)致給水泵汽輪機(jī)跳閘

表 #1機(jī)組試驗(yàn)結(jié)果

注：試驗(yàn)時(shí)間為2015年6月27日。

表2 #2機(jī)組試驗(yàn)結(jié)果

注：試驗(yàn)時(shí)間為2015年11月5日。

給水泵汽輪機(jī)跳閘的直接原因是潤(rùn)滑油壓降低快，解決辦法是延遲潤(rùn)滑油壓的降低時(shí)間。故考慮在潤(rùn)滑油管路上加裝蓄能器(如圖1中11所示)，在運(yùn)行油泵停運(yùn)，備用油泵聯(lián)啟時(shí)，通過(guò)蓄能器的蓄能儲(chǔ)油的釋放，保證潤(rùn)滑油管道壓力在備用油泵油壓建立前維持在跳閘值以上，從而達(dá)到延長(zhǎng)潤(rùn)滑油壓降低的時(shí)間。

通過(guò)計(jì)算和實(shí)際試驗(yàn)得出潤(rùn)滑油管管道儲(chǔ)油量和油壓下降時(shí)間，進(jìn)行蓄能器選型計(jì)算。

方案1：蓄能器安裝在12 m層(安裝位置和軸瓦中心線齊平，不考慮油靜壓)，Pmin=0.080 MPa，Pmax=0.250 MPa，P0=0.072 MPa，V=43.0 L。

方案3：蓄能器安裝在0 m層(考慮管道內(nèi)12 m油靜壓)，Pmin=0.180 MPa，Pmax=0.350 MPa，P0=0.162 MPa，V=63.3 L。

經(jīng)過(guò)向蓄能器廠家咨詢，蓄能器標(biāo)準(zhǔn)容積一般為40 L，80 L，故選型80 L蓄能器，由于現(xiàn)場(chǎng)12 m層空間有限，蓄能器安裝空間不夠，蓄能器如果安裝在6 m層，不便于人員巡檢，故選擇將蓄能器安裝在0 m層潤(rùn)滑油進(jìn)油母管旁。每臺(tái)給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油母管加裝1臺(tái)80 L的蓄能器，并在蓄能器的進(jìn)油管加裝DN 40 mm手動(dòng)球閥，便于隔離檢修或定期充氮壓力測(cè)量。

3.2 針對(duì)備用油泵建立油壓慢問(wèn)題

油泵出口逆止閥前容易積聚空氣，在檢修時(shí)將出口逆止閥安裝位置下移，出口高度低于油箱油面，并在逆止閥前鉆一個(gè)?3 mm小孔，用以排出積聚在油泵出口逆止閥前的空氣，便于油泵出口快速建立油壓，同時(shí)又不影響系統(tǒng)油壓。

3.3 針對(duì)故障油泵出口逆止閥故障問(wèn)題

在給水泵汽輪機(jī)交流油泵和直流油泵出口管支路上分別加裝手動(dòng)球閥(均為DN 40 mm，PN 25)，目的是在油泵出口逆止閥出現(xiàn)故障時(shí)，能在不停止小機(jī)運(yùn)行的情況下對(duì)逆止閥進(jìn)行檢修。

4 改造效果驗(yàn)證

給水泵汽輪機(jī)油系統(tǒng)改造后，蓄能器氣體充壓至0.163～0.200 MPa，進(jìn)行性能試驗(yàn)。#1和#2機(jī)組試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表1、表2。

4.1 #1機(jī)組試驗(yàn)結(jié)果分析

A小機(jī)在蓄能器投入后，在不啟動(dòng)備用油泵的情況下，停止運(yùn)行油泵后12 m層潤(rùn)滑油壓由0.250 MPa下降到0.080 MPa以下需要時(shí)間由3 s增加到17 s。

B小機(jī)在蓄能器投入后，在不啟動(dòng)備用油泵的情況下，停止運(yùn)行油泵后12 m層潤(rùn)滑油壓由0.250 MPa下降到0.080 MPa以下需要時(shí)間由2 s增加到14 s。

給水泵汽輪機(jī)油泵聯(lián)鎖試驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)正常切換。

4.2 #2機(jī)組試驗(yàn)結(jié)果分析

A小機(jī)在蓄能器投入后，在不啟動(dòng)備用油泵的情況下，停止運(yùn)行油泵后12 m層潤(rùn)滑油壓由0.250 MPa下降到0.080 MPa以下需要時(shí)間由2 s增加到11 s。

B小機(jī)在蓄能器投入后，在不啟動(dòng)備用油泵的情況下，停止運(yùn)行油泵后12m層潤(rùn)滑油壓由0.250MPa下降到0.080MPa以下需要時(shí)間由1s增加到13s。

給水泵汽輪機(jī)油泵聯(lián)鎖試驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)正常切換。

4.3 給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油泵聯(lián)鎖試驗(yàn)

在機(jī)組正常運(yùn)行中，進(jìn)行了給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油泵聯(lián)鎖試驗(yàn)。在一臺(tái)給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油泵正常運(yùn)行時(shí)，就地手動(dòng)停止該泵，觸發(fā)電聯(lián)鎖；另一臺(tái)潤(rùn)滑油泵啟動(dòng)后，系統(tǒng)油壓和潤(rùn)滑油壓未有明顯波動(dòng)，給水泵汽輪機(jī)未跳閘。手動(dòng)調(diào)整運(yùn)行潤(rùn)滑油泵出口油壓，潤(rùn)滑油壓降低到聯(lián)鎖值時(shí)，另一臺(tái)備用潤(rùn)滑油泵啟動(dòng)，12 m層潤(rùn)滑油壓最低降至0.150 MPa，油壓迅速恢復(fù)到正常值。

5 結(jié)論

通過(guò)在給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油母管加裝蓄能器和油泵出口改造，徹底消除了一臺(tái)油泵故障停運(yùn)時(shí)，另一臺(tái)油泵聯(lián)啟后油壓建立慢導(dǎo)致潤(rùn)滑油壓低給水泵汽輪機(jī)跳閘的故障，提高了機(jī)組的安全性。