汽動給水泵潤滑油進水原因分析及迷宮密封系統(tǒng)改進

胡 箭，孫金龍,張 勇

（1.華電國際十里泉發(fā)電廠，山東 棗莊 277100；2.華能沾化熱電有限公司，山東 濱州 256800）

0 引言

汽動給水泵在火力發(fā)電廠中起著重要的作用，其可靠性直接關(guān)系到汽輪發(fā)電機組的安全運行，大容量機組配備的高參數(shù)給水泵大多采用迷宮密封，而此類給水泵油中進水現(xiàn)象是最常見的故障［1-3］，如何提高汽動給水泵軸端迷宮式密封系統(tǒng)的可靠性，防止汽泵密封水進入潤滑油系統(tǒng)仍是許多發(fā)電企業(yè)急需解決的問題。

1 設(shè)備概況

某火電廠每臺660 MW 超超臨界機組配備兩臺汽動給水泵，其驅(qū)動汽輪機為NK63∕71 型純凝汽小汽輪機，功率9 665.6 kW，調(diào)速范圍3 000～5 990 r∕min 小汽輪機為凝汽式汽輪機，進汽溫度379.6 ℃。給水泵為臥式、水平、筒體式離心泵，型號為75CHTA500XE62多級臥式離心泵，兩側(cè)軸端密封采用的是螺旋迷宮密封，圖1為汽動給水泵組密封水管道系統(tǒng)，密封水來自凝結(jié)水泵出口母管，其回水分為三路：第一路作為泄荷水管路，其凝結(jié)水夾雜著一些較熱的泵泄漏給水。此時的較熱的混合水將通過泄荷管路系統(tǒng)排出，以防止密封腔內(nèi)汽化；第二路回水母管需要通過多級U 型水封最后回到凝汽器；第三路直接排入地溝。正常運行時外側(cè)密封水回水主要由凝結(jié)水和少量給水提供，溫度較低，最后排入凝汽器，而第三路排地溝只是用在機組啟停等真空較低工況或者檢修隔離。

每臺小汽輪機的潤滑油系統(tǒng)為獨立的系統(tǒng)，汽泵的潤滑油系統(tǒng)與小汽輪機潤滑油系統(tǒng)公用。潤滑油系統(tǒng)配有兩臺交流潤滑油泵，一臺直流事故油泵，濾網(wǎng)和冷油器各兩個，一臺排煙風機。機組正常運行時一臺交流潤滑油泵運行，通過冷油器和濾網(wǎng)向小機及汽泵系統(tǒng)供油，潤滑油壓約為0.28 MPa，通過排煙風機維持油箱處于微負壓狀態(tài)。

圖1 汽動給水泵組密封水管道系統(tǒng)

2 汽泵潤滑油進水原因分析

在汽泵首次運行時，A、B汽泵的潤滑油都出現(xiàn)了水分指標嚴重超標的現(xiàn)象，監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)汽泵潤滑油箱油位略微上漲，就地檢查排煙風機油煙分離器出現(xiàn)滴水現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)水珠附著在小汽輪機回油管道窺視窗的有機玻璃上，立即從油箱底部放水閥放出大量油水混合物，化驗室化驗小汽輪機潤滑油中水分最高為16 000 mg∕L，并已出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，如此嚴重的潤滑油進水事件，已威脅到正在運行的設(shè)備安全。

在A小汽輪機潤滑油油箱分離出水后，立即投入小機潤滑油凈油裝置，采用“脫水+過濾”運行方式。通過對油箱底部的放水閥放掉含水量特別高的乳化油，檢查潤滑油水分為45 mg∕L，此時潤滑油化驗合格，再補齊足量的油到潤滑油系統(tǒng)中。對進水比較嚴重的B小汽輪機油系統(tǒng)放凈存油，進行換油處理。

2.1 密封水系統(tǒng)故障

汽泵密封水調(diào)整不當、密封水系統(tǒng)閥門故障等密封水系統(tǒng)的故障，導致密封水量過大導致密封水進入潤滑油系統(tǒng)。

為了有效阻止汽動給水泵泵體內(nèi)高壓給水外泄，其自由端和傳動端都采用反螺旋迷宮式密封。這種密封結(jié)構(gòu)特點是軸套外圓與襯套內(nèi)圓分別加工方向相反的反向螺旋。通過迷宮密封間隙與反螺旋作用控制密封水泄漏，對汽動給水泵密封。改造前汽泵本體密封水結(jié)構(gòu)如圖2 所示，汽泵密封水來自凝結(jié)水泵出口母管，分兩路回水：第一路回水經(jīng)過回水母管排入地溝或者凝汽器；第二路密封水由密封腔內(nèi)向汽泵泵體內(nèi)流動，在泄荷環(huán)內(nèi)和外漏的泵體熱水匯合，通過泄荷管道流入前置泵進口管道。

圖2 改造前汽泵本體密封水結(jié)構(gòu)

汽泵密封水回水異常，泄荷水無法正?；氐狡们爸帽萌肟冢紩黾用芊馑豒 形水封的水量，進而回水量增大，導致回水不流暢，而回水腔室底部檢漏孔排水不及時，引起呼吸器向外大量冒水，潤滑油系統(tǒng)內(nèi)的負壓作用，水通過軸承油檔的空隙被吸入油系統(tǒng)，嚴重影響汽動給水泵和小機的安全運行［4-7］。

2.2 給水泵軸端密封結(jié)構(gòu)缺陷

汽動給水泵泵體內(nèi)水側(cè)由于滿水導致一定微正壓，而排煙風機將潤滑油箱抽成微負壓，油側(cè)的呼吸器常因灰塵堆積而堵塞，因此，泵體滿水極易造成潤滑油系統(tǒng)進水。汽動給水泵泵軸設(shè)計因考慮到剛性要求，水側(cè)和油側(cè)的軸向長度不能設(shè)計過長。潤滑油系統(tǒng)為使各軸瓦處的油煙不外冒和回油更順暢，必須保證潤滑油系統(tǒng)是負壓的。結(jié)合上述汽動給水泵軸端的設(shè)計特點，給水側(cè)的水容易流入潤滑油系統(tǒng)中。

2.3 汽封、冷油器泄漏

運行中小機軸封蒸汽壓力偏高，或者軸封回汽不暢，導致軸端冒汽，水汽被抽吸進潤滑油回油中，致使?jié)櫥秃砍瑯恕?/p>

潤滑油冷油器泄漏，使冷卻水進入潤滑油系統(tǒng)。

此外，潤滑油系統(tǒng)密封性不好，周圍濕度較大，潮濕的空氣進入油箱，部分水汽進入潤滑油系統(tǒng)；油系統(tǒng)補油時油質(zhì)不合格，油中含水量大；軸承附近缸體結(jié)合面泄漏的蒸汽，沖刷到軸承箱使油中帶水，這些都會造成汽泵潤滑油中進水。

3 汽泵潤滑油進水原因排查

3.1 給水泵密封水調(diào)整

在運行中發(fā)現(xiàn)給水泵密封水調(diào)整門波動較大，在12%～25%間波動，造成密封水壓力、流量大幅度波動。

3.2 給水泵的軸封迷宮式密封結(jié)構(gòu)缺陷

就地檢查時發(fā)現(xiàn)給水泵的密封水回水腔室呼吸器存在冒水現(xiàn)象，給水泵密封水回水腔室檢漏管水量較大。檢查給水泵的密封水回水腔室呼吸器正常，不存在堵塞現(xiàn)象。

打開給水泵的密封水回水腔室呼吸器，觀察給水泵的密封水回水腔室內(nèi)密封水隨泵主軸甩水量較大，腔室內(nèi)充滿水汽、水珠。由于給水泵軸承回油腔室為微負壓狀態(tài)運行，大量水汽、水珠通過擋水環(huán)進入軸承回水，導致小機潤滑油中大量進水。

查閱給水泵圖紙發(fā)現(xiàn)密封水回水腔室與軸承回油腔室間只一道檔水環(huán)，沒有有效的隔離密封。給水泵密封水為外側(cè)進水，內(nèi)側(cè)回水。在保證密封水回水溫度的情況下，密封水壓力一般保持比前置泵入口壓力高0.82 MPa 左右，較高壓力的密封水通過迷宮密封至回水腔室，使密封水回水量較大且密封水在回水腔室與軸承轉(zhuǎn)動甩成大量水汽與水珠，軸承座回油，會使回油腔產(chǎn)生微負壓，對回水腔中的水蒸氣、水珠產(chǎn)生抽吸作用，也導致潤滑油中進水［8］。

3.3 其他原因

由于此兩臺汽泵為新安裝，檢查小機軸封蒸汽無回汽不暢、冒汽現(xiàn)象；冷油器為板式換熱器，其冷卻水為循環(huán)水，壓力較低不足以進入潤滑油中；小機調(diào)試前已濾油合格，不存在油質(zhì)問題；小機缸體結(jié)合面無泄漏現(xiàn)象，也不可能造成油中進水。

4 汽泵密封系統(tǒng)的改進

4.1 更換密封水調(diào)節(jié)閥氣動頭

密封水調(diào)節(jié)閥波動較大，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)其氣動頭氣壓較高時才能使閥門動作，氣動頭設(shè)計與閥門不匹配。更換新氣動頭后，密封水調(diào)節(jié)門波動消除。

4.2 減小小機油箱負壓

由于小機油箱無負壓測點，在排煙風機運行時關(guān)閉其入口擋板，檢查給水泵軸承回油腔室呼吸器處負壓仍較大，停用小機排煙風機，檢查軸承回油腔室呼吸器為微負壓。小機設(shè)在14 m 高度，小機油箱設(shè)在0 高度，軸承回油時自然產(chǎn)生抽吸作用，產(chǎn)生微負壓狀態(tài)。運行在各軸承油擋溢油的前提下停用排煙風機，降低各軸承箱真空，減少了油系統(tǒng)吸入密封水的可能性。

4.3 更改汽泵密封水進回水位置

將汽泵密封水進、回水管倒換，使密封水在迷宮密封近泵側(cè)進水，遠泵側(cè)回水。本次改造以后，由于汽動給水泵采用反螺旋注射式迷宮密封，當軸旋轉(zhuǎn)時，螺旋槽相對運動，致使流體產(chǎn)生壓頭，阻止泵內(nèi)流體外泄。由于軸套與固定襯套之間存在徑向間隙，仍有部分流體會通過螺紋齒頂向外泄漏，但密封水回水量大量減少，只達回水管的1∕2 左右，密封水回水腔室水汽較少，檢漏管水流大幅度減少。

圖3 改造后汽泵本體密封水結(jié)構(gòu)

4.4 增加密封水回水腔室擋水板

改造前汽泵本體密封水結(jié)構(gòu)如圖3 所示，在給水泵自由端密封水回水腔室增加一擋水板，其軸套螺母密封與擋水板間隙為0.65 mm，并為“C”型設(shè)計，有效將泄漏的密封水甩回回水腔室。雙路密封使有效地阻止了密封水的泄漏，檢漏管已無水檢出。

5 結(jié)語

針對汽泵潤滑油中進水的可能原因進行分析排查，提出了相應(yīng)的改進方案，利用機組檢修的機會，將給水泵返廠檢修，在給水泵自由端密封水回水腔室增加擋水板，恢復小機油箱排煙風機的正常運行，機組投運后未再發(fā)生油中進水現(xiàn)象，汽泵密封系統(tǒng)改造取得良好的效果。