提高AE94.3A型燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)運(yùn)行可靠性措施

東莞深能源樟洋電力有限公司 馬文德 吳金創(chuàng) 陳旭義

由于9F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子質(zhì)量與慣性極高，為確保能夠穩(wěn)定地運(yùn)作，必須提供優(yōu)質(zhì)的軸承潤(rùn)滑。但是，由于燃?xì)廨啓C(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題頻繁且原理復(fù)雜，存在的問(wèn)題往往難以察覺(jué)，例如，潤(rùn)滑油的壓力減少，備用油泵無(wú)法正常工作，以上問(wèn)題均可能導(dǎo)致潤(rùn)滑油的中斷，使得軸承無(wú)法得到充足的潤(rùn)滑，從而使得機(jī)組的軸系產(chǎn)生更強(qiáng)的振動(dòng)。若情況嚴(yán)重，可能導(dǎo)致軸瓦被燒壞、軸頸受到磨損，或是轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)部位出現(xiàn)摩擦、葉片掉落，這些問(wèn)題將導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，保障潤(rùn)滑油系統(tǒng)的穩(wěn)定較為關(guān)鍵。

1 潤(rùn)滑油系統(tǒng)故障

1.1 潤(rùn)滑油系統(tǒng)典型故障

潤(rùn)滑油系統(tǒng)故障引發(fā)的事件時(shí)有發(fā)生，尤其新投產(chǎn)的機(jī)組因潤(rùn)滑油系統(tǒng)邏輯、潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷等原因尤為突出，本文列舉以下兩個(gè)典型案例進(jìn)行介紹。

案例一：2008年9月22日，廣東的一家發(fā)電企業(yè)的汽輪機(jī)突然停止工作，導(dǎo)致交流潤(rùn)滑油泵同時(shí)啟動(dòng)。然而，在這個(gè)過(guò)程中，潤(rùn)滑油的壓力降低了0.07MPa，接著啟動(dòng)了直流潤(rùn)滑油泵。然而，在轉(zhuǎn)速減少到2068r/min之后，潤(rùn)滑油的壓力再次下降，最終降為0.05MPa。最終，這個(gè)油壓也因此消失，導(dǎo)致了一場(chǎng)燃料中斷和瓦片損壞的事故。在事件發(fā)生之后，檢查了整個(gè)系統(tǒng)，并確認(rèn)了潤(rùn)滑油泵并沒(méi)有安裝放空管。

案例二：2015年12月17日，浙江的一個(gè)450MW級(jí)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)設(shè)備，執(zhí)行了直流潤(rùn)滑油泵的開(kāi)關(guān)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果揭示，潤(rùn)滑油的輸入壓力有所滯后，然而，當(dāng)?shù)诙伍_(kāi)始運(yùn)作時(shí)，油壓已經(jīng)回到正常水平。根據(jù)過(guò)去的記錄，只有在第一次啟動(dòng)60s之后，直流潤(rùn)滑油泵的出口壓力才能回歸正常水平。假設(shè)在設(shè)備操作過(guò)程中，交流潤(rùn)滑油泵出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)使得在進(jìn)行交流和直流潤(rùn)滑油泵的轉(zhuǎn)換時(shí)，出現(xiàn)60s的油壓不足，進(jìn)一步可能觸發(fā)油泵斷裂和瓦片損壞的危險(xiǎn)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，由于直流潤(rùn)滑油泵的排空管直徑太小，導(dǎo)致了空氣無(wú)法順利排放，從而使得油壓無(wú)法正常構(gòu)建。

1.2 潤(rùn)滑油系統(tǒng)異常原因分析

所有這兩個(gè)問(wèn)題都源于潤(rùn)滑油泵啟動(dòng)后無(wú)法正常產(chǎn)生油壓，導(dǎo)致系統(tǒng)的潤(rùn)滑油壓力急劇下降。經(jīng)過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油泵的問(wèn)題主要源于以下幾方面。

潤(rùn)滑油作為一種液態(tài)溶劑，通常會(huì)吸附一些空氣，這些空氣在流動(dòng)或者靜止的過(guò)程中會(huì)持續(xù)地析出，尤其是當(dāng)潤(rùn)滑油的溫度變化和流速減慢時(shí)，空氣的析出量會(huì)大幅度提升。雖然絕大多數(shù)的空氣將被抽離到油箱的最高點(diǎn)，然而，那些在潤(rùn)滑油泵底部的一小部分的空氣將被引導(dǎo)到潤(rùn)滑油泵的內(nèi)部。

當(dāng)潤(rùn)滑油系統(tǒng)正常工作時(shí)，許多的潤(rùn)滑油將從操作油泵的出口開(kāi)始流出，然后匯聚。當(dāng)潤(rùn)滑油進(jìn)入油箱時(shí)，其中的空氣量將會(huì)逐漸上升。假如油泵未配備排氣口，或由于其他因素阻礙了空氣的正常排放，那么累積的空氣將逐漸滲透至油泵葉輪的吸入部位的翼緣以下，進(jìn)而在葉輪內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)空腔。在油泵啟動(dòng)運(yùn)行的過(guò)程中，由于無(wú)法有效地排出空氣，葉輪內(nèi)部出現(xiàn)了鼓風(fēng)現(xiàn)象，這種情況妨礙了潤(rùn)滑油的順利吸入，進(jìn)一步導(dǎo)致油泵無(wú)法產(chǎn)生油壓。

假若潤(rùn)滑油泵配備了排空系統(tǒng)，或者在其外殼上安置了排空口，那么油泵內(nèi)部的空氣就能夠順利地被排除，同時(shí)潤(rùn)滑油也能夠填滿油泵的內(nèi)部，這樣一來(lái)，當(dāng)油泵被激活的時(shí)候就能夠順利地構(gòu)造出油壓。但是，假設(shè)油泵的排氣口或者排氣管的尺寸不夠大，那么潤(rùn)滑油的本質(zhì)張力將使得空氣被固定在油泵的內(nèi)部。唯一的解決辦法是開(kāi)啟油泵并施加鼓風(fēng)，以便將空氣釋放，從而引發(fā)了油泵的油壓延遲[1]。

案例一因?yàn)闆](méi)有在交、直流潤(rùn)滑油泵的泵體上安裝排氣管道，導(dǎo)致潤(rùn)滑油泵的內(nèi)部腔室產(chǎn)生了大量的空氣，這些空氣已經(jīng)堆積至油泵的入口翼緣以下。當(dāng)油泵被激活之后，葉片的運(yùn)行僅能觸發(fā)出一種叫做鼓風(fēng)的現(xiàn)象，但是由于潤(rùn)滑油不能流入葉片中以制造出離心力，所以其不能夠創(chuàng)造出油壓；案例二則是由于潤(rùn)滑油泵的殼體排空管道直徑太?。▋H有5mm），導(dǎo)致潤(rùn)滑油的張力在管道的中心部分停滯，使得空氣被封存在潤(rùn)滑油泵的殼體內(nèi)，并且進(jìn)入了油泵的進(jìn)口。在啟動(dòng)時(shí)，油泵的鼓風(fēng)效應(yīng)打破了排空管道的密封，盡管潤(rùn)滑油壓力得以形成，但其滯后程度過(guò)大。

2 AE94.3A潤(rùn)滑油系統(tǒng)

2.1 AE94.3A潤(rùn)滑油系統(tǒng)介紹

一套由AE94.3A型單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽輪機(jī)共享的潤(rùn)滑油系統(tǒng)，能夠在機(jī)組的開(kāi)始、穩(wěn)定操作和關(guān)閉時(shí)為燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、SSS離合器、汽輪機(jī)的軸承、盤車設(shè)備等需要保持良好潤(rùn)滑的部分，提供大量且具有合理壓力與溫度的潤(rùn)滑油。這套系統(tǒng)能夠吸取軸承與其他潤(rùn)滑設(shè)備所釋放的熱能，確保這些設(shè)備的工作溫度保持在可接受的水平，避免軸承被燒毀或者軸頸因過(guò)熱而變形。確保設(shè)備能夠穩(wěn)定且可信賴地工作。另外，潤(rùn)滑油還提供給發(fā)電機(jī)密封油、燃?xì)廨啓C(jī)RDS系統(tǒng)用油，以及通過(guò)頂軸油泵向燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)液壓盤車裝置提供動(dòng)力油。

AE94.3A型的安薩爾多單軸聯(lián)動(dòng)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的構(gòu)造包括潤(rùn)滑油儲(chǔ)罐、兩臺(tái)100%的交流潤(rùn)滑油泵（一次使用一次備份）、一臺(tái)直流潤(rùn)滑油泵、兩臺(tái)100%的頂軸油泵（一次使用一次備份）、兩臺(tái)潤(rùn)滑油冷卻器（一次使用一次備份）、兩臺(tái)潤(rùn)滑油過(guò)濾器（一次使用一次備份）、油氣排放器、潤(rùn)滑油清潔器等，并且這些都是通過(guò)模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝的。此外，潤(rùn)滑油系統(tǒng)還包括相應(yīng)的管道、閥門、潤(rùn)滑油箱電加熱器等附件，以及溫度、壓力、液位熱工測(cè)量元件，潤(rùn)滑油模塊安裝于機(jī)島零米層。

潤(rùn)滑油系統(tǒng)是一個(gè)閉式內(nèi)部循環(huán)系統(tǒng)，管路分為兩部分：供油管路和回油管路（流程圖如圖1所示）。在機(jī)組盤車、啟停及帶負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，必須啟動(dòng)潤(rùn)滑油系統(tǒng)為機(jī)組軸承轉(zhuǎn)動(dòng)提供潤(rùn)滑油。在正常工作條件下，一臺(tái)交流式潤(rùn)滑油泵會(huì)啟動(dòng)，并對(duì)油箱內(nèi)的潤(rùn)滑油施加特定的壓力，然后利用潤(rùn)滑油冷卻裝置對(duì)其進(jìn)行降溫。當(dāng)潤(rùn)滑油的溫度達(dá)到適宜的水平時(shí)，會(huì)被送往專門的潤(rùn)滑油過(guò)濾裝置進(jìn)行凈化，以去除其中的雜質(zhì)以及由于油的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物，以避免油的性能降低以及設(shè)備的污染、磨損和阻塞。經(jīng)過(guò)上述設(shè)備的操作，適宜的壓力和溫度，清潔的潤(rùn)滑油被輸送到潤(rùn)滑油供應(yīng)管道中。

圖1 潤(rùn)滑油系統(tǒng)流程示意圖

在電力供應(yīng)中斷或交流潤(rùn)滑油泵出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，直流潤(rùn)滑油泵將為機(jī)組軸承供應(yīng)潤(rùn)滑油。這些潤(rùn)滑油不再經(jīng)過(guò)冷卻器和過(guò)濾器，而是直接輸送到潤(rùn)滑油母管，以確保機(jī)組的安全停機(jī)。

潤(rùn)滑油母管的潤(rùn)滑油經(jīng)各支管分別向以下設(shè)備（或系統(tǒng)）供油：汽輪機(jī)軸承（#1、#2、#3）潤(rùn)滑冷卻用油；提供SSS離合器軸承（#5）潤(rùn)滑冷卻用油；提供發(fā)電機(jī)軸承（#5、#6）潤(rùn)滑冷卻用油；提供燃?xì)廨啓C(jī)軸承（#7、#8）潤(rùn)滑冷卻用油；提供燃?xì)廨啓C(jī)RDS系統(tǒng)供油；提供發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)供油（詳見(jiàn)密封油系統(tǒng)介紹）；提供燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)液壓盤車裝置的潤(rùn)滑冷卻用油。

經(jīng)過(guò)以上用油設(shè)備（或系統(tǒng)）后，所有的回油通過(guò)潤(rùn)滑油回油母管返回到潤(rùn)滑油箱。經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，潤(rùn)滑油內(nèi)部含有油霧、水分和其他雜質(zhì)。為確保其質(zhì)量達(dá)標(biāo)，潤(rùn)滑油系統(tǒng)特別配置了用于清除油霧的裝置、真空油凈化器、外部濾油器等附加裝置以提升油的品質(zhì)。為確保潤(rùn)滑油系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)作，在系統(tǒng)中安裝了壓力開(kāi)關(guān)、壓力傳感器、溫度傳感器和液位指示器等相關(guān)的熱工檢測(cè)和保護(hù)設(shè)備，以便監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)并提供保護(hù)。

2.2 潤(rùn)滑油系統(tǒng)隱患分析

2.2.1 滑油系統(tǒng)建壓慢

東莞某電廠二期滑油系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)滑油壓力建壓慢的問(wèn)題，在油泵故障狀態(tài)切換試驗(yàn)時(shí)，油壓擾動(dòng)過(guò)大，交流油泵聯(lián)啟備用泵最低油壓降至0.182MPa（跳機(jī)值0.23MPa），兩臺(tái)交流油泵全停聯(lián)啟直流油泵，油壓最低降至0.079MPa。在極端的工作條件下，只有5s，油壓才能恢復(fù)正常。而且，潤(rùn)滑油泵在第一次啟動(dòng)時(shí)無(wú)法迅速形成油壓，但第二次啟動(dòng)后可以恢復(fù)正常。該問(wèn)題的根源在于油泵內(nèi)部的空氣。在調(diào)試階段，已經(jīng)對(duì)滑油泵的建壓限制時(shí)間做了調(diào)整，確保了滑油系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生系統(tǒng)警報(bào)和連接滑油泵的情況。盡管存在某種程度的危險(xiǎn)，但是當(dāng)實(shí)際的潤(rùn)滑油泵出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，油壓的形成可能會(huì)出現(xiàn)延遲，這是導(dǎo)致斷油燒瓦事故的主要安全隱患，必須給予充分的關(guān)注。

根據(jù)廠家提供的潤(rùn)滑油系統(tǒng)資料，該電廠的主、備、應(yīng)急潤(rùn)滑油泵殼體放氣孔管徑過(guò)?。▋?nèi)徑僅3mm）（滑油泵結(jié)構(gòu)如圖2所示），殼體內(nèi)封存的空氣排不出去是滑油系統(tǒng)建壓滯后的主要原因。為徹底解決潤(rùn)滑油系統(tǒng)建壓慢的問(wèn)題，有實(shí)施增大油泵泵殼排氣孔孔徑的必要。

2.2.2 第三油源防護(hù)措施

《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》的最新版本，對(duì)于汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)有了更高的標(biāo)準(zhǔn)，特別是在潤(rùn)滑油系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障的情況下，選擇引入潤(rùn)滑油儲(chǔ)能器設(shè)備等第三方油源來(lái)進(jìn)行保護(hù)。該電廠二期滑油系統(tǒng)因設(shè)計(jì)原因未設(shè)置潤(rùn)滑油儲(chǔ)能器，對(duì)故障下的機(jī)組安全運(yùn)行存在一定的安全隱患。

3 潤(rùn)滑油系統(tǒng)隱患的建議措施

3.1 選擇合適的油泵殼體排氣孔孔徑，補(bǔ)充臥式滑油泵為備用

確保油泵的空氣流通至關(guān)重要，需要確保油泵的泵殼排氣孔的直徑能夠滿足在靜止?fàn)顟B(tài)下正常排放空氣的需求。為了避免空氣孔在運(yùn)作過(guò)程中被堵塞，油泵的泵殼上的開(kāi)孔尺寸應(yīng)該超過(guò)10mm。如果油泵的泵殼排氣孔后面配備了較長(zhǎng)的管道，那么應(yīng)該增大排氣管的直徑，通常應(yīng)該超過(guò)15mm，并且需要定期進(jìn)行檢查；補(bǔ)充臥式滑油泵為備用。對(duì)于避免立式潤(rùn)滑油泵吸入空氣的預(yù)防方案，添加外置式臥式潤(rùn)滑油泵以做備份也是有效的。然而，還須考慮臥式離心泵的運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)，潤(rùn)滑油泵的蝸殼頂端需安裝排放空氣的管線，確保它的流動(dòng)順暢。

3.2 潤(rùn)滑油泵出口母管增加潤(rùn)滑油儲(chǔ)能器

潤(rùn)滑油儲(chǔ)能器能較好地解決潤(rùn)滑油系統(tǒng)壓力自保持時(shí)間過(guò)短問(wèn)題，蓄能器在系統(tǒng)正常運(yùn)行中蓄存潤(rùn)滑油，蓄存量要保證在油泵切換過(guò)程能有效釋放至少140L（AE94.3A機(jī)組油泵2s內(nèi)的額定流量）潤(rùn)滑油，以維護(hù)系統(tǒng)壓力[2]。按照儲(chǔ)能器計(jì)算公式：

式中：V0為所需蓄能器的容積；P0為充氣壓力，按0.9P2＞P0＞0.25P2充氣；Vx為蓄能器的工作容積；P1為系統(tǒng)最低壓力；P2為系統(tǒng)最高壓力；n為指數(shù)，等溫時(shí)取n=1，絕熱時(shí)取n=1.4。按P1系統(tǒng)最低壓力取330kPa；P2系統(tǒng)最高壓力取600kPa；0.9P1≥P0≥0.25P2，即300kPa≥P0≥150kPa，P0在選值范圍內(nèi)取值越大，雖蓄能器的蓄油量是下降，但其排放過(guò)程中有效排放量卻是增加的，因而P0應(yīng)選大值，取P0＝300kPa。因充氣壓力P0＝300kPa，蓄能器的有效排放量至少為潤(rùn)滑油泵2s的額定流量Vx=140L，按儲(chǔ)能器計(jì)算公式計(jì)算得到V0=529.06L。

3.3 建立潤(rùn)滑油系統(tǒng)油泵的操作和測(cè)試記錄

首先，需要確保在滿足試驗(yàn)規(guī)程的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，并熟練掌握操作流程。其次，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行詳盡的記錄和分析，并對(duì)交流和直流潤(rùn)滑油泵事故聯(lián)起試驗(yàn)、啟停試驗(yàn)中油壓建立的時(shí)間和壓力狀況進(jìn)行精確記錄，并進(jìn)行比較；提升電廠維護(hù)和操作人員的技術(shù)能力。對(duì)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的知識(shí)進(jìn)行深化教育，增強(qiáng)解決問(wèn)題的技巧，以便準(zhǔn)確地識(shí)別和處理機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)中的異常情況并迅速進(jìn)行解決。