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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 99 汽轮机油中带水原因分析及解决方案 宗林生 张春雷 （大唐双鸭山热电公司） 【摘 要】汽轮机油中带水严重时会危机汽轮机组安全的稳定运行，为此分析了汽封间隙大、排烟系统、轴 封套、汽缸、轴承室负压等可能引起油中带水的原因，并分别提出了相应的改进办法。 【关键词】汽轮机 油中带水 轴封系统 汽封间隙 轴承室负压 大 唐 双 鸭 山 热 电 厂 1 号 汽 轮 机 由 哈 尔 滨 汽 轮 机 制 造 厂 出 品 ， 型 号 ： C141/N200 12.75/535/535/0.294 汽轮机。新蒸汽压力为 12.75MPa
2、，温度为 535。该机为单轴、三缸、双排 汽、凝汽供热式汽轮机、共计有 8 段抽汽。油系统中使用的是 32 号汽轮机油。 1 号机油中带水现象在高负荷下反复发生：严重时可以从前箱、2 和 3 号瓦联合轴承室排油管看 到油窗处发现附着于玻璃的水珠，微水含量曾达到 460mgL，大大超过标准，标准为100 mgL。 空气中和汽轮机内的水蒸汽进入润滑油系统后凝结成水，当油和水混合在一起后，再被搅动油即被 乳化。正常情况下乳化的油料可以重新分离成油和水，但乳化的油料被氧化后就变成永久性的乳化 油，它将使润滑功能发生问题，并导致调节系统各部件的腐蚀。严重时一些锈蚀物会进入调节系统 导致调节系统部件发生卡
3、涩而发生机组事故。为了能够避免 1 号机油系统出现上述严重后果，加强 了主油箱的放水和滤油，另外则是调低轴封供汽压力。从运行记录来看，母管供汽压力已经调低到 0.03 MPa，低于机组正常运行时额定轴封供汽压力范围 0.035 MPa0.06 MPa。 降低轴封供汽压力，同时也意味着减少轴封供汽量。当机组调峰带低负荷时，低压段 25/30 级 后的工作压力会降到-006 MPa 以下，轴封供汽量的减少使轴端密封作用削弱，空气会从低压缸前、 后进入汽轮机，真空将无法得到保证。 1 原因分析 1）高压缸轴封（端部汽封）的作用在于阻止蒸汽沿着转子漏出。高压缸前后的端部汽封所承受 的压差比较大，额定工
4、况时调节级喷嘴处的压力为 9.23MPa，对于 12 级后压力则为 2.1 MPa。不但 压差存在，为了不使动静机件发生碰磨，而总要留有一定间隙，间隙的存在也必然要导致漏汽，漏 汽量一般要达到总汽量的 05。由于上述两个原因，很容易使该处的蒸汽沿转子窜入轴承室，引 起轴承温度升高，使油系统中带有由蒸汽凝结而成的水。可见解决油系统中带水的问题关键是消除 轴封漏汽。 如果汽轮机高压缸前段轴封间隙调整得不合适，导致轴封供汽从该处沿轴颈窜入轴承室，造成 油中带水，油质恶化。 轴封间隙的调整沿转子轴向分布的规律应该是外侧小、里侧大。因为轴封外侧端部距离轴承很 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛
5、第三十九届年会论文集 汽机 100 近，转子、汽缸垂弧冷热态变化对轴封间隙影响很少，转子过临界转速时该部位的晃度小，不易发 生摩擦。即使发生摩擦，由于距支点近，刚度相对大一些，不易因晃度巨增而造成弯轴事故，而轴 封里侧的情况则恰恰相反，这部分汽封间隙运行状态下的不确定度最大，正是易弯轴的部位，所以 应该调大一点。可见，信号汽封由于在轴封段的最外侧，调得小些对避免轴封漏汽会有关键性作用。 目前来看，由于检修人员考虑机组启动通过临界转速时发生动静摩擦引起振动，并可能使局部 过热造成轴弯曲而尽量将汽封间隙调整到上限。实际上，信号汽封比端部汽封发生动静磨损的机率 小， 因此信号汽封间隙调整应该接近下限
6、。 信号汽封所给出的标准上下限范围过于大， 最大达到 0 30 mm，这也给检修人员留下了较大的调整裕量。双热公司 1 号机在生产试运行阶段一、二漏汽的截门 还是可以调整的，正常运行满负荷时一、二次漏汽截门基本上开至 1/2。在正试生产和 09 年 3.28 弯轴事故后，一、二次漏汽截门保持全开，二瓦处还有蒸汽漏出。这说明轴端汽封已发生摩损。就 是低负荷时一、二次漏汽也保持全开的情况，对真空也没有影响，说明一、二次漏汽量增大。 （双热 公司机组启停时高压轴封投入，正常运行时高压轴封停用） 2）运行人员操作调整存在不足。双热公司 1 号机的轴封供汽分为高、低压轴封供汽站。高压轴 封站带高压缸前、
7、后轴封和中压缸前轴封；低压轴封站带中压缸后轴封和低压缸前、后轴封。启停 机高压轴封投入，正常运行时高压轴封停用，处于热备用状态。启机时至高压缸前后、中压缸前轴 封各手动分门保持全开，用高压轴封调整门控制轴封母管供汽压力。从外部引入的低温蒸汽首先进 入供汽母管，由此被分配成三根支路。三根支路直接通向高压前轴封；高压后、中压前轴封第 3 腔 室，这样供汽压力显然不能做分别调整，只能通过供汽联箱进口的轴封压力自动调整门统一调整， 流量则由预先设计好的管道尺寸决定。从整台机组来看：高压轴封联在同一母管的系统造成压力难 以分别调整，即使是用轴封调整总门进行调节也易使轴封漏汽，而高压缸后部轴封正对 2、3
8、 瓦轴承 室。 3） 控制好第二腔室漏汽是防止轴封漏汽的关键， 试验表明， 如果将该二次漏汽压力提升到 0 026 MPa 以上，汽封处就会有明显的漏汽存在。所以在保证机组真空的前提下，二次漏汽压力应该尽量 调低，防止油中带水。在机组运行中，当机组增加负荷时，轴封漏汽量增加，需要开大二次漏汽至 轴封加热器截门；当机组减负荷时，又要防止空气从二次漏汽进入轴封加热器、进入凝汽器影响机 组真空，需要关小该阀门。二次漏汽至加热器门均为手动门，随着机组负荷的变化，运行人员必须 频繁地就地进行操作，增加了调整难度，对机组安全运行有不利影响。双热公司 1 号机由于在调试 启停机过程及 3.28 事故后，造成
9、高压缸后汽封摩损，二次漏汽量较大，现二次漏汽至轴加进汽门已 全开，二次漏汽压力还达到 36kpa 以上。根本就没有了调整余地。 4）轴封冷却器也应该作解体改造和检查，重点是考虑提高冷却能力以及检查喷嘴直径是否磨损 以致影响抽汽能力，使轴封的排汽不畅从而引起轴端漏出蒸汽。 5）油中带水主要是由蒸汽混入油系统中引起的，但不一定只是轴封漏汽，还有可能是轴承附近 的缸体结合面泄露的蒸汽。结合面包括：高压缸结合面、轴封套结合面。 汽缸在受到快速加热和冷却时，尤其是汽缸端部靠轴封处，由于该部位的约束紧固螺栓跨距大， 对汽缸的约束力明显弱于其他部位，所以最易发生变形，在靠近猫爪内侧凹窝处易产生蒸汽外泄， 高
10、温蒸汽冲刷到轴承箱上使油中带水。 轴封套同汽缸一样，在汽机的启停和变工况中由于温差的变化出现变形，轴封套变形后将造成 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 101 轴封段蒸汽泄露，蒸汽会冲到轴承结合面上。另外轴封套变形后使汽封磨损严重，汽封间隙增大， 漏汽量增大。 6）理想情况下轴承内的压力应该低于大气压，这种负压通常是轴承流出的油流有抽吸作用引起 的。但是润滑油释放出的大量油烟在高速旋转的转子带动下，在轴承室内扩散，升压会充满整个轴 承室，若不及时排出，会从油挡间隙漏出聚集在油挡外造成漏油，所以轴承室的负压必须通过排烟 机加以保持。但负压不能太大，以防将泄露
11、出的蒸汽和空气吸入轴承室，这是一个比较矛盾的问题， 需要选取合适的负压同时满足二者。负压一般控制在 1230 mm 水柱，具体应该根据各瓦的实际情 况进行调整，选择最佳工作压力。 7）缺乏有效的脱水滤油设备虽然不是造成汽轮机油中带水的根本原因，但是也为机组的安全稳 定运行留下了隐患。 8) 控制轴加、轴冷水位正常。轴加轴冷水位过高将淹没部分钢管，减少了换热面积，使轴加轴 冷进汽量减少。轴加轴冷水位过低，又影响真空。双热公司#1 机轴封供汽母管温度已达 205 度，轴 冷风机入口温度达 245 度，这也充分说明二次漏汽已漏入轴封供汽和轴封回汽管道内。 2 采取的措施 1）轴封间隙的调整应该严格执
12、行质量工艺标准。考虑到影响汽封间隙的因素很多（包括：上、 下缸温差、转子偏心、轴瓦磨损下沉等多方面） ，将信号汽封间隙调整范围控制在 010015 mm 左右。另外，在具体检修中，确保轴封间隙调整测量工艺方法得当，不允许贴一次橡皮膏就判断出 间隙值，而是在有擦痕最多层数和无擦痕最少层数之间比较准确地确定轴封间隙范围，尽量使信号 汽封间隙向下限靠拢，圆周间隙分布调成立椭圆形。 （此措施要等到大修时进行） 2）规范运行人员操作。在保证轴封供汽母管的压力时，同时要加强至各轴封分门的调整。保证 各轴封处没有蒸汽漏出。 3）为了降低二次漏汽压力，开大了 4 号低加抽空气门，降低一次漏汽压力（一次漏汽截门
13、已全 开） ，防止一次漏汽压力过高串入二次漏汽增大二次漏汽量。此外稍开轴加抽空气门来增大轴加对二 次漏汽的流量。在开启轴加抽空气门时对轴加水位影响极大，必须缓慢操作，上下联系好，否则轴 加水位迅速上升，真空下降。这也给运行人员操作带来不安全因素。在 1 号机小修期间对二次漏汽 进行了改造：二次漏汽引出一根管至八抽，运行时可以进行调整。取得了很好的效果。方便地控制 二段漏汽压力。二段漏汽压力一般控制在 0025 至 0.026mpa. 4）高压缸结合面修刮执行质量标准是：高压缸隔一条冷紧后 003 mm 塞不入，塞入深度不超 过 13。修刮采用：空扣缸彻底刮研结合面，拧紧螺栓找硬点的方法，由硬点
14、中心向外逐渐扩大修 刮面增大接触面积。对于汽缸变形量大的部位采取了局部补焊的办法。 对于轴封套中分面的刮研首先拆下所有的汽封块，将汽封块槽道的锈蚀物、盐垢清理打磨干净。 修刮汽封套中分面，清除中分面间隙，005 mm 塞尺塞不进为合格。调整轴封套的凹窝中心；装配 新汽封块，认真调整汽封块的径向间隙，膨胀间隙；装轴封套时，将轴封套轴向与汽缸凹槽配合间 隙调整为 003mm005 mm 之间。 （需大修时检查） 5） 对排烟系统进行了改进， 使管路布置趋于合理清晰。 在排烟风机的入口阀门加装了节流孔板， 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 102 机组运行后调整
15、负压维持正常. 6）采取有效的滤油设备也是保证汽轮机油质合格的重要手段。为此，还对滤油机进行了改造。 将原来的压力式滤油机改为 FS100B 聚结脱水式滤油机， 该装置具有预过滤和精过滤双重设计保证 了精密过滤和高效脱水双重功能。同时取消了不必要的截门和管路，简化了滤油系统，增强了汽轮 机油的循环倍率，使改造后的滤油品质上升了一个等级，取得了非常显著的效果。 7）现在双热公司#1 机轴加水位控制在 300 至 500mm，轴冷水位控制在 200mm 效果很好。 3 结束语 通过上述改进，从各瓦回油室看油窗玻璃上已经看不到水珠，也不需要定期进行放水。油中微 水含量为 52mgL，完全合格。 1）运行人员在启停机时，通过控制母管压力和轴封供汽各分门对轴封各段供汽（尤其是高压缸 前后）量进行分配调整。 2）4 号低加抽空气门及轴加抽空气门和二次漏汽导八抽截门的配合使用，将二次漏汽压力降至 0.025 至 0.026MJPA 之间，轴加轴冷水位加强调整，现油中含水量完全合格并三个月已没有滤油。 。 3) 采取高效的滤油设备，对保证汽轮机油质起到了不可忽视的作用。 4) 合进控制各轴封室负压。 总之，通过对轴封系统进行调整、加强一、二次漏汽压力的调整、采取有效的滤油设备，控制 轴加轴冷水位，对保持机组真空、防止油质乳化、便于运行操作、增加调整手段，具有一定的意义。