汽輪機油封泄漏原因分析及處理措施

沙 輝，丁允剛，蘇家軍，文全國

（獨山子石化設(shè)備檢修公司，新疆克拉瑪依 833699）

0 引言

某公用工程裝置含有15 臺循環(huán)水泵，4 臺循環(huán)水泵由汽輪機通過減速箱驅(qū)動，汽輪機型號為B5CS-2+G，入口蒸汽溫度400 ℃，蒸汽壓力4.5 MPa，汽輪機轉(zhuǎn)速為6200 r/min。該汽輪機在運行過程中會出現(xiàn)無周期規(guī)律的振動波動，前期在1～10 μm范圍波動，隨著運行時間延長會出現(xiàn)大幅波動，從正常的20 μm波動至50 μm，嚴(yán)重時會出現(xiàn)報警情況，并且在軸承箱油封位置伴隨有較大的油煙。為保證汽輪機安全運行，在運行至1 年后會將軸承箱打開進(jìn)行清理檢查，觀察發(fā)現(xiàn)在油封位置及軸表面存在潤滑油高溫形成的結(jié)焦物質(zhì)，并對油封進(jìn)行更換，但更換后的效果只能維持半年左右時間，效果不理想。

1 故障原因分析

某汽輪機的故障現(xiàn)象為油封泄漏、軸位置結(jié)焦嚴(yán)重（圖1），結(jié)合2017—2021 年歷次檢修的處理措施與泄漏原因查找，從外到內(nèi)的進(jìn)行設(shè)備檢查并分析油封泄漏的原因。

圖1 軸位置結(jié)焦

1.1 油霧風(fēng)機

汽輪機潤滑油系統(tǒng)在運行中會形成一定油氣，主要聚集在軸承箱、回油管道和主油箱油面以上空間，如果油氣積聚過多將使軸承箱等內(nèi)部壓力升高，油煙滲過油封外溢。該汽輪機潤滑油系統(tǒng)中設(shè)置1 臺油霧風(fēng)機，安裝在汽輪機油箱上，該裝置使汽輪機的回油系統(tǒng)及各軸承箱回油腔室內(nèi)形成微負(fù)壓，以保證回油通暢，并對系統(tǒng)中產(chǎn)生的油煙混合物進(jìn)行分離，將油滴送回油箱，減少對環(huán)境的污染，保證油系統(tǒng)的安全可靠。檢查該油霧風(fēng)機查看負(fù)壓為2 kPa，油霧風(fēng)機運行正常。該汽輪機軸承箱分為2 個腔室，2 個腔室之間水平剖分面有儀表線的安裝槽，將2 個腔室連通。在軸承箱部位后腔室設(shè)置有呼吸閥，通過拆卸呼吸閥濾芯后能感覺到輕微的吸入壓力，說明潤滑油箱內(nèi)及軸承箱內(nèi)不存在油氣壓力過大而造成的油封泄漏。

1.2 潤滑油壓力

該汽輪機通過減速箱與循環(huán)水泵連接降低轉(zhuǎn)速傳遞動力，該汽輪機機組設(shè)置有2 個潤滑油泵，1 臺主油泵與1 臺輔助油泵。減速箱輸出軸與主油泵連接，在正常工作狀態(tài)下為汽輪機機軸瓦及減速箱軸瓦、齒輪提供潤滑油進(jìn)行潤滑降溫。該汽輪機在熱備狀態(tài)下由輔助油泵運行，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速升至額定轉(zhuǎn)速后輔助油泵連鎖停機，汽輪機在升速過程大約持續(xù)4 min 左右，正常運行時的潤滑油壓力為0.22～0.36 MPa，工藝調(diào)整運行油壓為0.28 MPa。在主輔油泵并聯(lián)過程中會出現(xiàn)正常范圍內(nèi)的小幅油壓波動，等到額定轉(zhuǎn)速后會出現(xiàn)下降，排除因潤滑油壓力過高造成的潤滑油從油封泄漏。

1.3 油封密封氣

該油封由3 道梳齒組成，最外側(cè)梳齒間上部接有0.07 MPa密封氣，下側(cè)有密封氣排氣孔，作用為密封氣進(jìn)入第3 道梳齒間后從排氣孔排出從而在梳齒間形成正壓，對軸上泄漏的潤滑油形成密封作用（圖2）。排氣孔因潤滑油的結(jié)焦堵塞造成油封梳齒間密封氣壓力較高，只能從軸向泄出，造成潤滑油與密封氣一起泄漏。在歷次拆卸檢修油封發(fā)現(xiàn)密封氣排放孔堵塞，檢修時進(jìn)行清理疏通排氣孔，并對密封氣管線進(jìn)行檢查，密封氣壓力調(diào)整等措施后效果并不是很明顯，排除油封密封氣不足或過大而造成油封泄漏的原因。

圖2 油封結(jié)構(gòu)

1.4 油封磨損及損壞

在對汽輪機軸承箱拆卸檢查油封后發(fā)現(xiàn)，油封第3 道梳齒與第2 道梳齒間由結(jié)焦物質(zhì)填滿后與汽輪機軸發(fā)生摩擦是造成振動波動的主要原因，在歷次檢修中對新舊油封尺寸對比測量未發(fā)現(xiàn)有磨損及損壞現(xiàn)象。在對油封安裝時未出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，說明油封不存在因高溫而產(chǎn)生的變形損壞。將油封及軸徑表面清理干凈后測量油封檢測油封間隙均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，而且在檢修時為了防止因梳齒間的回油量較小造成的泄漏，對油封梳齒進(jìn)行增加回油孔數(shù)量及直徑（圖3）。安裝時在油封背部與軸承箱殼體配合部位涂抹高溫密封膠，更換改造的新油封后泄漏現(xiàn)象還是存在，排除油封本身造成的泄漏原因。

圖3 增加回油孔

1.5 軸承箱回油管線不暢

該汽輪機推力側(cè)軸承箱由軸承分割為2 部分腔室空間，有3 個回油管線，靠近汽輪機本體的容積較小部分含有1 個回油管線，安裝有轉(zhuǎn)速探頭部分的箱體有2 個回油管線（圖4）。將回油管線拆卸檢查后未發(fā)現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，回油管線內(nèi)徑與軸承箱密封墊片內(nèi)徑尺寸相同，部存在節(jié)流而造成的回油不暢現(xiàn)象，而且軸承箱回油管線通入潤滑油箱的部位未被潤滑油淹沒，所以排除潤滑油回油管線堵塞造成油封泄漏的原因。

圖4 軸承箱結(jié)構(gòu)

1.6 排油管線堵塞

汽輪機軸承箱與機體連接部位下方設(shè)計有排油管線，用于在油封泄漏時將泄漏的潤滑油及時排出，防止?jié)櫥团c高溫殼體接觸著火，保證設(shè)備運行安全.在檢修時將排油管線拆卸后發(fā)現(xiàn)管線內(nèi)部被黑色焦物堵塞嚴(yán)重（圖5、圖6）。泄漏的潤滑油未能及時排出，并在軸承箱下部聚集，遇到汽輪機高溫輻射后造成大量油煙，高溫油煙在軸表面附著形成焦?fàn)钗镔|(zhì)與油封接觸，是造成軸振動波動的原因，但潤滑油泄漏的主要原因不在于此。

圖5 排油管線位置

圖6 堵塞的排油管線

1.7 綜合原因分析

在多次檢修過程中發(fā)現(xiàn)，該4 臺汽輪機靠近軸承箱下方外保溫處都存在有焦?fàn)钣蜐n，軸承箱與殼體連接部位存在高溫產(chǎn)生的結(jié)焦，是潤滑油高溫炙烤造成的結(jié)果。在檢修過程中會將該部位及油封結(jié)焦物質(zhì)進(jìn)行清理，但至下個周期檢修時還會發(fā)現(xiàn)含油的大量結(jié)焦物質(zhì)。在試機過程中發(fā)現(xiàn)，該汽輪機熱備狀態(tài)下觀察軸承箱與汽輪機殼體連接部位無任何油煙現(xiàn)象，但在汽輪機升速過程中會出現(xiàn)短時間大量油煙現(xiàn)象，并在該汽輪機正常運行后下部潤滑油箱基礎(chǔ)表面會出現(xiàn)油漬，判斷為潤滑油從油封位置泄漏后滴落至保溫慢慢流出所造成。觀察排油管線排出口發(fā)現(xiàn)有油滴滴落。

通過現(xiàn)象可以看出油封漏油的出現(xiàn)在汽輪機升速過程中，在汽輪機升速的4 min 過程中主輔油泵并聯(lián)運行，通過潤滑油管線進(jìn)入軸承箱對軸承潤滑降溫，在升速過程中主油泵轉(zhuǎn)速逐漸升高并達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，此時的潤滑油量也達(dá)到了最大值。因該機未安裝由潤滑油流量檢測儀器，不能直觀的查看潤滑油流量。通過流量與壓力的關(guān)系判斷潤滑油壓力無變化的情況下潤滑油流量會增大。在圖4 中可以看出軸承箱靠近汽輪機高溫本體的回油箱容積較小，且回油管線只有1 根，較大的潤滑油流量造成軸承箱內(nèi)部回油不及時，沿油封泄漏，是造成潤滑油泄漏的主要用原因。與廠家交流溝通后也認(rèn)可潤滑油流量過大是造成油封泄漏的主要原因，建議軸承箱潤滑油管線入口加裝節(jié)流孔板來對潤滑油限流。

2 檢修措施及安全建議

措施及建議：①更換油封，對油封與軸承箱配合位置進(jìn)行清理，安裝時涂抹密封膠，防止靜密封位置泄漏；②檢查潤滑油系統(tǒng)管線并清理、調(diào)整潤滑油壓力至標(biāo)準(zhǔn)范圍；③軸承箱清理并檢查潤滑油回油管線、④清理軸表面結(jié)焦物質(zhì)，防止與油封接觸摩擦產(chǎn)生軸振動波動；⑤清理軸承箱與機體連接部位的結(jié)焦物質(zhì)，防止高溫著火；⑥因排油管線與汽輪機機體為焊接連接，采用鋸割拆卸排油管線并改造成插接方式，方便及時疏通，檢修時需要疏通并吹掃干凈防止再次堵塞；⑦將汽輪機保溫內(nèi)表面噴射滅火干粉，防止?jié)櫥陀蜐n因汽輪機殼體的高溫著火，或汽輪機外保溫整體進(jìn)行更換；⑧建議機組進(jìn)行長周期運行，因達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后主油泵潤滑油量滿足各點軸承的潤滑與降溫，減少啟停機頻次進(jìn)而減少主輔油共同運行的頻次，達(dá)到安全運行目的；⑨加強日常巡檢監(jiān)測，如軸振動波動時及現(xiàn)場有大量油煙現(xiàn)象時及時處理異常情況。

3 結(jié)論

通過4 臺汽輪機的故障檢修并對引起油封泄漏的原因逐一排查，逐漸找出汽輪機油封泄漏的根本原因。制定預(yù)防性措施，在檢修過程中逐一實施，在一定程度上延長設(shè)備的運行周期及保證設(shè)備的安全性。如要徹底解決油封泄漏的故障需要對設(shè)備軸承箱進(jìn)行改造，增加軸承箱的回油管線數(shù)量來保證潤滑油的回油順暢或在軸承箱潤滑油線入口加裝節(jié)流孔板來減少潤滑的流量，最終達(dá)到防止油封泄漏的目的，保障設(shè)備安全運行。