汽輪機潤滑含水量升高的原因分析及處理措施

張力

摘 要：秦山第三核電廠CANDU6 重水堆核電站汽輪機曾多次發生過潤滑油水含量異常升高事件，對機組安全運行造成較大的危害。本文通過介紹汽輪機潤滑油和軸封系統的運行特點，結合不同工況下系統參數的變化情況，采用排除法分析可能導致滑油水含量上升的原因，并在此基礎上提出避免潤滑油進水事件發生的運行策略。

關鍵詞：汽輪機；軸封；潤滑油；含水量

中圖分類號：TK263 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0045-01

1 概述

CANDU6 重水堆核電站汽輪機采用日立公司TC4F-52型汽輪機，轉速1500r/min，額定功率700MW。該汽輪機采用三級迷宮式軸封系統，以防止汽輪機高壓缸端部蒸汽外漏和空氣從低壓缸端部漏入凝汽器。汽輪機潤滑油系統向8個汽輪機徑向軸承提供潤滑油，并配備兩臺潤滑油排煙風機，用于防止運行時潤滑油煙氣向廠房內排放。按照設計要求，正常運行時汽輪機潤滑油水含量應低于100ppm，在實際運行中多次在機組啟停階段發生汽輪機潤滑油進水事件，潤滑油水含量最高達到1345ppm，對機組安全運行造成危害。根據系統設計特點進行分析，可能導致潤滑油系統進水的原因有：

（1）潤滑油冷卻器泄漏，設備冷卻水進入潤滑油系統；

（2）雨水通過排油煙風管進入主油箱或油凈化系統；

（3）汽輪機軸封系統存在蒸汽泄漏，蒸汽進入汽輪機軸承箱后冷凝成水，造成潤滑油水含量升高。

由于我廠在設備冷卻水中添加氫氧化鋰以保持較高的PH值，所以當潤滑油冷器傳熱管泄漏時可以對潤滑油進行化學取樣，通過分析潤滑油中是否存在鋰離子的方法進行排除。如果雨水通過排油煙風管進入油凈化系統，可以檢查風道的U型管段是否有殘余積水的方法進行排除。除此之外，潤滑油系統進水最可能來源為軸封系統蒸汽泄漏。下面對汽輪機軸封蒸汽進入潤滑油系統的可能原因和途徑進行分析。

2 軸封蒸汽進入潤滑油系統的原因分析

從事件的發生時間序列分析可知，潤滑油進水通常發生在軸封系統投運和停運過程中，機組正常功率運行時從未發生過潤滑油水含量超標事件。從系統的工作原理和現場布置可知，要讓軸封蒸汽進入潤滑油箱，必須具備兩個條件：潤滑油排煙風機啟動，在潤滑油箱及汽輪機軸承箱內形成負壓；同時汽輪機軸封處有蒸汽漏出。在軸承箱內負壓作用下軸封泄漏蒸汽被吸入，蒸汽冷凝成水造成潤滑油水含量上升。下面結合機組啟動、停運、正常功率運行階段不同工況對進水原因進行分析。

2.1 啟動階段

通過對系統參數分析和現場觀察對比發現：在投運在軸封系統過程中，凝汽器真空尚未建立。如果軸封蒸汽壓力較高，會造成軸封供氣量偏大；同時若為軸封提供負壓的軸加風機出力不足，無法將汽輪機軸封內過量蒸汽收集并排走，則會在汽輪機軸封端部出現蒸汽泄漏。此時，如果立即投運潤滑油抽油煙風機，就將導致軸封漏氣進入潤滑油。

實驗證明，機組啟動過程中，將軸封供氣壓力由28kPa降低到22kPa，將軸加風機入口壓力有-3kPa降低到-5kPa，能有效減少汽輪機軸封端部漏氣情況。因此，在啟動階段可以通過以下運行策略有效防止潤滑油進水：

（1）在投運汽輪機軸封初期，應將軸封母管壓力降低到運行手冊允許的低限；

（2）在投運汽輪機軸封初期，應將軸加風機入口壓力調整到運行手冊允許壓力的低限；

（3）在軸封系統穩定前，盡量不要投入潤滑油排煙風機；

（4）化學部門加強對潤滑油水分的監視。

2.2 停運階段

機組停運后，當凝汽器真空已經破壞，但軸封供氣母管內尚有殘余蒸汽。如果先停運軸加風機，而保持潤滑油排煙風機運行，也會造成軸封泄漏蒸汽被吸入潤滑油回路。特別當軸封蒸汽隔離閥存在輕微內漏，汽輪機停機后持續向軸封供應蒸汽，則會更容易導致潤滑油進水。因此，在軸封系統停運后應將軸封供氣管道的疏水閥打開，卸除軸封母管殘余壓力；并盡可能保持軸加風機運行直到機組完全冷卻。這樣能有效防止潤滑油進水事件的發生。

2.3 功率運行階段

正常功率運行時，潤滑油排煙風機運行，汽輪機軸封端部仍有極少量蒸汽漏出。為什么正常時潤滑油水含量能維持正常水平呢？經過分析有以下幾個原因：

首先，正常運行時軸封的汽源主要是高壓缸漏氣、調門和主汽門閥桿的漏氣，這些蒸汽的品質比較低。而在汽輪機啟動前，軸封的供氣為輔助蒸汽或主蒸汽，品質都遠遠高于正常運行情況下的軸封蒸汽。同樣的軸封供氣壓力下，這種高品質的蒸汽進入軸封體后更容易泄露，故在啟動過程中軸封蒸汽泄漏量遠大于正常運行工況。

其次，潤滑油凈化系統具有一定的脫水能力。潤滑油溫度及油凈化系統的負壓決定了脫水能力的強弱。根據設計要求，汽輪機盤車階段為保持較高的潤滑油粘度，油溫設定點為32℃；汽機正常運行時潤滑油溫度設定點自動提高到46℃，軸承回油溫度更達到55℃至60℃。由此可見正常運行時潤滑油溫比啟動過程中高，在潤滑油排煙風機的負壓作用下，潤滑油凈化系統的脫水能力比停運和啟動過程中強。因此，正常運行時即使有少量水汽進入潤滑油系統，也不會顯著的影響潤滑油含水量。

3 結語

本文通過對不同運行工況下可能導致滑油水含量上升的原因進分析，并得出預防潤滑油進水的措施。因此在運行過程中，通過采取合理的運行策略能有效防止潤滑油進水事件發生。

參考文獻

[1]汽輪機軸封蒸汽系統培訓教材[J].98-41150-TMT-FA504，1A版.

[2]汽輪機軸封蒸汽系統運行手冊[K]. 98-41150-OM-001，6B版.