淺析AP1000汽輪機潤滑油進水原因及應(yīng)對措施

高光輝

中電華元核電工程技術(shù)有限公司煙臺分公司，山東煙臺 265100

1 AP1000汽輪機簡介

三代核電機組AP1000汽輪機為工作轉(zhuǎn)速1500r/min的半轉(zhuǎn)速型、單軸、四缸六排汽反動凝氣式汽輪機，額定輸出功率1251MW。輔助設(shè)備中有潤滑油系統(tǒng)和軸封系統(tǒng)。潤滑油系統(tǒng)主要由汽輪機轉(zhuǎn)子驅(qū)動的主油泵、主油箱、冷油器及封閉式套裝油管、控制油泵、盤車油泵和直流事故油泵構(gòu)成，承擔(dān)著向汽輪機各軸承、推力軸承及盤車裝置供應(yīng)潤滑油的任務(wù)，另外，也是低壓保安油的油源和發(fā)電機密封油系統(tǒng)的備用油源。軸封系統(tǒng)通過連續(xù)不斷地輸送一定壓力的蒸汽和軸封排風(fēng)機形成的持續(xù)真空來實現(xiàn)一臺高壓缸、三臺低壓缸以及各汽缸進汽主汽閥、進汽調(diào)節(jié)閥的蒸汽密封，并收集以上各處的蒸汽，通過凝結(jié)水冷卻器后排入主凝汽器熱井。

2 汽輪機潤滑油中進水的危害

2.1 對某些儀控元件造成影響

為保證汽輪機安全、穩(wěn)定運行，在汽輪機的各個軸承上均安裝有測振、測溫等儀控元件，儀控元件中有電磁線圈、線纜等設(shè)備。潤滑油中的水分對這些元件具有破壞作用，會造成電磁線圈和線纜絕緣性能降低，可能導(dǎo)致儀控元件的失靈甚至損壞。

2.2 對發(fā)電機絕緣造成影響

發(fā)電機的氫氣密封油系統(tǒng)與潤滑油為同一油源，并且是密封油系統(tǒng)的備用油。氫側(cè)密封油與發(fā)電機內(nèi)部的氫氣直接接觸，從而導(dǎo)致潤滑油中的水分汽化后進入氫氣，造成氫氣的濕度增加，潮濕的氫氣在發(fā)電機內(nèi)部循環(huán)，影響發(fā)電機線圈的絕緣性能。

2.3 惡化油質(zhì)，影響汽輪機安全穩(wěn)定運行

潤滑油工作環(huán)境惡劣，含水量超標(biāo)后，極易造成油品乳化、黏度降低、惡化油質(zhì)。轉(zhuǎn)子和軸瓦烏金面之間在工作時需要剛度大且穩(wěn)定的油膜，惡化的油質(zhì)則對油膜的形成有相當(dāng)大的影響。油膜形成不好，轉(zhuǎn)子軸徑和烏金面發(fā)生摩擦，會造成軸承振動加劇、回油溫度升高、軸瓦脫胎、軸徑損壞等不良后果。甚至?xí)蛊啓C內(nèi)部的動靜部件之間發(fā)生摩擦，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。油溫升高又進一步加劇潤滑油油質(zhì)乳化、大量泡沫產(chǎn)生、酸值升高。大量的泡沫聚集在油箱中潤滑油的表面，使油中的氣體難以被分離、出現(xiàn)假油位。

3 汽輪機潤滑油中進水的主要原因

3.1 軸封間隙超標(biāo)

汽封塊是靜止的，汽輪機轉(zhuǎn)子是運動的，軸封間隙為軸封齒與轉(zhuǎn)子間的間隙。此間隙過小會導(dǎo)致動靜部件摩擦從而造成大軸彎曲。為避免動靜摩擦，在軸封安裝時，往往將預(yù)留的軸封間隙超出設(shè)計值一些，但是如果間隙值過大，蒸汽就會沿著汽輪機轉(zhuǎn)子向外漏出，部分蒸汽被軸承座內(nèi)的負壓吸入軸承座后凝結(jié)，從而導(dǎo)致潤滑油中水分增加。

3.2 軸封壓力調(diào)整不當(dāng)

汽封的高壓腔室位于整個軸封的內(nèi)側(cè)，軸封蒸汽是正壓，主要作用是密封缸內(nèi)的蒸汽。低壓腔室在整個軸封的外側(cè)，為負壓，由軸封風(fēng)機抽吸形成。如果低壓腔室負壓調(diào)整不當(dāng)，或者高壓腔的軸封蒸汽過大，超過低壓腔將蒸汽抽出的能力，則會形成軸封蒸汽的外漏，外漏的蒸汽進入軸承箱將水分帶入潤滑油。

3.3 運行人員操作失誤

軸封高壓腔由軸封蒸汽—即主蒸汽或者輔助蒸汽供給，或者高中壓缸內(nèi)的高壓蒸汽形成自密封時形成，壓力較高。低壓腔室的真空由軸封風(fēng)機抽吸形成。啟動時應(yīng)先啟動軸封風(fēng)機，負壓形成之后方可投入高壓區(qū)的軸封蒸汽，軸封系統(tǒng)停運時應(yīng)先切斷高壓區(qū)的軸封蒸汽，再停運軸封風(fēng)機。運行人員在某次軸封系統(tǒng)停運操作中，軸封蒸汽仍在不間斷正常供氣的情況下，先停止了軸封風(fēng)機的運行，導(dǎo)致大量軸封蒸汽漏出，蒸汽進入軸承箱后，造成潤滑油中含水量達7000ppm。

3.4 冷油器管束滲漏

AP1000汽輪機潤滑油冷油器為管式冷油器，主油泵的設(shè)計壓力為1.67MPa，潤滑油泵設(shè)計壓力為0.36MPa，直流應(yīng)急油泵設(shè)計壓力為0.31MPa，為冷油器提供冷卻水的閉式冷卻水系統(tǒng)設(shè)計壓力為1.0MPa。機組正常運行時，冷油器內(nèi)油壓高于冷卻水水壓，即使管束發(fā)生滲漏，冷卻水也不會進入潤滑油中。但是在停機階段，即主油泵退出運行、潤滑油泵或直流應(yīng)急油泵運行時，冷油器內(nèi)部冷卻水壓力高于潤滑油壓力，如果管束發(fā)生滲漏，冷卻水即進入潤滑油系統(tǒng)。

3.5 其他原因

除上述原因外，造成汽輪機潤滑油系統(tǒng)進水的其他原因有：氣缸結(jié)合面變形、軸封抽汽管線堵塞、軸封加熱器內(nèi)負壓小、停機時軸封風(fēng)機停運過早、汽封齒倒伏等。

汽缸前后汽封所在的區(qū)域汽缸結(jié)合面緊固螺栓跨度較大，在啟、停機過程中如果沒能很好地控制汽缸上、下半的溫差，容易使汽缸結(jié)合面變形，造成蒸汽從汽缸結(jié)合面漏出，進入軸承箱。

在軸封系統(tǒng)運行過程中，軸封加熱器內(nèi)的負壓、水側(cè)進出水溫度及溫差、軸封風(fēng)機排氣量的大小以及水側(cè)的水位，都應(yīng)在巡檢時加以關(guān)注。如果發(fā)生軸封加熱器內(nèi)負壓偏小、水側(cè)進出水溫度異常、進出水溫差變小、軸封風(fēng)機排氣量變小，則可能是軸封抽氣管線有堵塞、軸封風(fēng)機抽吸能力下降所造成。

在停機后不久，由于二回路中還有一定壓力的蒸汽，主蒸汽管道上游的主蒸汽隔離閥關(guān)閉不嚴(yán)密或者關(guān)閉不到位，主蒸汽到達汽輪機主汽閥閥芯前部，通過閥桿漏氣管道進入氣缸軸封之后漏出，進入軸承箱。

4 潤滑油系統(tǒng)進水的應(yīng)對措施

4.1 合理調(diào)整軸封間隙

汽輪機各汽缸軸封間隙過大是軸封漏氣，從而引起潤滑油進水的主要原因之一。在檢修中應(yīng)加強對軸封間隙的監(jiān)管，仔細調(diào)整、測量并確認高中壓缸、各低壓缸的軸封間隙，防止軸封間隙過大，避免因軸封間隙超標(biāo)而導(dǎo)致軸封蒸汽的漏出。另外，此處如果出現(xiàn)軸封間隙超標(biāo)導(dǎo)致蒸汽泄漏的情況，調(diào)整起來也相當(dāng)麻煩。

4.2 合理調(diào)整軸封壓力及軸承箱內(nèi)負壓

軸封壓力的調(diào)整包括軸封高壓腔室內(nèi)蒸汽壓力的調(diào)節(jié)、低壓腔室內(nèi)負壓的調(diào)節(jié)，以及兩者的相互協(xié)調(diào)。將高壓腔內(nèi)供氣壓力及自密封階段形成的壓力及時調(diào)整在合理的范圍之內(nèi)，可以最大限度減少軸封漏氣。另外，由于高壓軸封和低壓軸封工作位置和所需蒸汽參數(shù)不同，可將高壓軸封供氣和低壓軸封供氣分開，以消除軸封高壓供氣和低壓供氣的不協(xié)調(diào)情況。按照設(shè)計值合理及時調(diào)整軸低壓腔封負壓，最大限度減少蒸汽的外漏。

軸封漏氣很難完全消除，軸承座兩端難免會處于有蒸汽的環(huán)境之下，如果軸承箱內(nèi)負壓過高，則蒸汽比較容易被吸入軸承箱凝結(jié)成水。軸承箱內(nèi)的負壓由主油箱上的排煙風(fēng)機產(chǎn)生，因此，可調(diào)節(jié)主油箱排煙風(fēng)機入口閥門，在滿足需要的情況下，盡量減小主油箱內(nèi)和軸承箱內(nèi)的負壓，使軸承箱和外界的壓差降至最小，以減少進入軸承箱的蒸汽量。為了力求準(zhǔn)確，可以將主油箱沒負壓壓力表的精度提高，如將此壓力表的精度級別由0.5級調(diào)整到1.5級。

4.3 嚴(yán)格按照規(guī)程操作

軸封系統(tǒng)的投運和退出均有詳細的操作規(guī)程。在機組沖轉(zhuǎn)前、沖轉(zhuǎn)以及升負荷過程中，軸封系統(tǒng)需要根據(jù)機組的狀態(tài)，密切監(jiān)視，根據(jù)轉(zhuǎn)子溫度選擇與控制其參數(shù)，避免轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力過高、轉(zhuǎn)子與靜止部件脹差過大，從而影響轉(zhuǎn)子使用壽命以及使動靜部件發(fā)生摩擦。在此過程中，必須嚴(yán)格按照運行規(guī)程操作，使高壓腔室的蒸汽量與低壓腔室軸封風(fēng)機所帶走的蒸汽量相匹配，防止蒸汽向外漏出。

4.4 加強檢查，防止冷油器管束滲漏

AP1000汽輪機潤滑油冷油器管束采用銅制管束，易與冷卻水中的含硫離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進而導(dǎo)致銅管腐蝕穿孔。機組運行中，加強冷卻水的檢查，如發(fā)現(xiàn)有潤滑油滲出，應(yīng)立即對可以滲漏的冷油器進行處理，以防止冷卻水水壓在可能的波動時進入潤滑油。此外，由于潤滑油泵出口設(shè)計壓力低于冷卻水壓力，及時處理冷油器管束滲油，可確保停機時只有潤滑油泵供油的情況下冷卻水不會進入潤滑油中。冷油器抽芯清理、大修后必須經(jīng)打壓試驗合格后方可投入系統(tǒng)運行。

4.5 提高檢修質(zhì)量，加強巡檢力度

汽封在檢修及安裝時，應(yīng)徹底清理、仔細檢查各部件，使用合格有效的零部件，合理預(yù)留汽封間隙。啟、停機過程中，運行人員遵照規(guī)程準(zhǔn)確控制，以免上下缸溫差過大、汽缸進水等使汽缸變形。特別是轉(zhuǎn)子的振動情況必須正確處置，避免造成軸封碰磨、碰磨加劇振動這樣的惡性循環(huán)的發(fā)生。機組運行期間，巡檢時注意觀察汽封漏氣情況，軸封風(fēng)機排氣量、軸封加熱器汽測水位變化，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時作出準(zhǔn)確判斷，消除漏汽封氣隱患。如果汽封已經(jīng)發(fā)生漏氣現(xiàn)象，在不嚴(yán)重且已做好充分評估的情況下，有必要在軸封和軸承箱之間架設(shè)一道屏障，以減少進入軸承箱的蒸汽量。

5 結(jié)語

汽輪機潤滑油系統(tǒng)中進水后，會導(dǎo)致潤滑油的乳化，惡化潤滑油油質(zhì)，影響汽輪機各軸承的潤滑效果，甚至造成軸承磨損、汽輪機內(nèi)部設(shè)備損壞，影響汽輪機的安全運行。根據(jù)汽輪機潤滑油進水的原因，采取針對性的預(yù)防措施，是必須要做的工作。另外，需按照規(guī)程要求監(jiān)測油質(zhì)，發(fā)現(xiàn)含水量超標(biāo)及時處理，消除油中多余水分，優(yōu)化潤滑油油質(zhì)，以避免汽輪機潤滑油含水量超標(biāo)。最終通過一系列的工作，保持汽輪機運行期間的油質(zhì)符合要求，保證汽輪機的安全穩(wěn)定運行。