[摘 要] 汽轮机润滑油系统是保证汽轮机安全的重要系统,系统故障会造成断油烧瓦事故。文章简述了某135MW汽轮机停机惰走过程中,两台润滑油泵同时不能正常供油所引起的断油烧瓦事故,调查了事故的经过,分析了油泵不正常工作的原因。检查、测量轴瓦的磨损情况,编制轴瓦更换及系统处理方案,从保证转子正常盘车、轴瓦处理、油系统检查及滤油处理、高压汽封处理、转子定位几个方面进行处置,保证不弯轴,轴系中心不发生变化及油系统清洁。处理后开机,瓦温及振动正常,结果理想。
[关键词] 汽轮机惰走 润滑油泵不起压 气体 断油烧瓦 处理措施
汽轮机润滑油系统是保证汽轮机安全运行的重要系统,一旦发生故障不能正常供油,将造成机组跳闸甚至发生断油烧瓦事故。在全国发电机组的调试和运行期间,有过多起案例。从原因看,造成断油的原因是各异的。本文所讲述的汽轮机烧瓦事故,其主因也是断油,但发生交、直流润滑油泵同时不能供油的现象尚是罕见,很有特殊性。本次事故的基本情况是:新疆天业4X135MW机组工程在4号机组运行中,因2号电动给水泵底部排水管漏水需停泵进行检修。当时机组带125MW负荷运行,在进行倒泵操作过程中,因操作失误,在1号电泵还没有转入正常供水的情况下,就把2号液力偶合器退出了运行,有60秒左右时间不能正常供水,致使汽包水位低保护动作,锅炉MFT,汽轮机跳闸,发电机解列。在转子惰走过程中,发生交、直流润滑油泵同时都不能起压,有5分钟时间轴承断油,使轴瓦烧坏,产生了严重后果。事故发生后,有关方面迅速采取了应对措施,组织各方专家对事故原因进行了勘查和分析,成立了检修组织机构,编制了检修方案,并制定了相应的防范措施。
汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的C135/N150-13.24/535/535/1.3型高温超高压、一次中间再热、双缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机,发电机为哈尔滨电机厂QF-150-2型空冷发电机。额定出力:纯凝工况150MW,抽汽工况135MW。汽轮机由一个高中压缸和一个低压缸组成,高中压转子和低压转子为无中心孔整锻结构,两转子之间采用刚性联轴器连接,整个汽轮机转子为三点支承,前、中、后轴承座均为落地式结构,其中2号为推力支承联合轴承,轴承支持瓦体部分为球面,可自定位;发电机轴承座单独安装在基础上,为椭圆轴瓦[1]。
汽轮机润滑油系统由主油泵、冷油器、射油器、溢油阀、顶轴装置、盘车装置、排烟系统、油箱、启动油泵、交流润滑油泵、直流事故油泵、油位指示器、油压降低保护装置、油净化系统、连接管道、阀门及仪表等组成。油箱为卧式油箱,外径2532,长度6500,正常运行油位容积为18.5m3,停机最高油位时有效容积为22.5m3。交流润滑油泵为立式离心油泵,转速2950r/min,流量2800 l/min,出口压力0.343MPa,功率37KW。直流事故油泵为立式离心油泵,转速3000r/min,流量2400 l/min,出口压力0.2MPa,功率17kw,直流220V电源[2]。
汽轮机烧瓦事故发生后,通过查阅给水泵切换各参数、润滑油压、轴瓦金属温度、油泵电流等参数的DCS历史记录,询问了调试人员现场发现的故障现象及所作的处理过程等,基本明确了事故起因及断油烧瓦的原因。各参数的历史记录见表1。
表1 汽轮机润滑油压、主油泵出口油压与汽轮机转速历史数据表:
时间 | 汽轮机转速(r/min) | 主油泵出口压力(MPa) | 顶轴油泵入口压力(MPa) | 润滑油压 (MPa) | 主油箱油位 (mm) |
13:31:18 | 3000 | 1.94 | 0.19 | 0.11 | -167 |
13:32:06 | 2769 | 1.68 | 0.19 | 0.10 | -167 |
13:34:12 | 2068 | 0.90 | 0.17 | 从0.10降至0.05 | -147.0 |
13:35:02 | 1853 | 0.63 | 0.10 | 从0.05降至0.04 | -125.8 |
13:35:48 | 1687 | 0.27 | 0.10 | 0.04 | -105.1 |
13:37:06 | 1435 | 0 | 0.07 | 从0.04降至0 | -42.1 |
13:40:39 | 576 | 0 | 0.06 | 0 | +20.9 |
13:42:00 | 305 | 0 | 0.05 | 从0升至0.05 | -0.2 |
13:42:09 | 280 | 0 | 0.22 | 从0.05升至0.10 | -0.2 |
13:43:42 | 0 | 0 | 0.22 | 0.10 | -62.7 |
13:44:14 | 0 | 0 | 0.22 | 从0.10升至0.14 | -62.7 |
13:59:57 | 0 | 0 | / | 从0.15升至0.20 | -41.8 |
14:02:09 | 0 | 0 | / | 从0.20升至0.21 | -167.5 |
15:57:59 | 0 | 0 | / | 从0.21降至0.15 | -167.0 |
汽缸温度降至150℃,停止盘车,停润滑油系统,打开轴承箱盖检查,揭开轴承上瓦,发现#1上瓦有轻微磨损,但#2、#3、#4、#5轴承的上瓦没有损伤,#1、#2、#3、#4轴承的下瓦口堆积有钨金碎片,#1、#2、#3、#4轴承处轴颈有黑色磨痕。翻出下瓦检查,钨金已经烧损剥落,#1、#2瓦钨金大块剥离,#3、#4瓦钨金成膜状剥离。油挡处有一圈黑色磨痕,表明轴颈与油挡发生摩擦。推力瓦工作瓦正常无磨损,非工作瓦共10块,其中5块局部有黑色摩擦痕迹但没有烧蚀,用金相砂纸打磨后测量厚度为39.62、39.62、39.62、39.60、39.59、39.57、39.57、39.56、39.59、39.58mm,与原始值比较没有变化,不需进行更换。5号瓦没有看到金属碎屑,轴颈光亮,翻瓦检查确认完好。
测量轴颈顶部间隙,与原始安装值比较,发现1号轴降低2.70mm,2号轴降低1.22mm,3号轴降低0.47mm,4号轴降低0.36mm,5号轴未发生变化。
检查主油泵轴瓦,没有问题。
检查轴封间隙,高压端汽封间隙1.00mm,比原有值增加0.50mm,需要进行调整。中压端与低压汽封无法测量。
检查交、直流润滑油泵,出口没有排气孔,出口逆止门灵活无卡涩。
从现场故障现象看,主要是油泵中积聚有气体不能及时排出造成油泵不能及时起压供油,两台油泵都有气体的原因,分析主要存在以下因素:
烧瓦事故发生后的处理工作,主要包括保证转子正常盘车、轴瓦处理、油系统检查及滤油处理、高压汽封处理、转子定位几个方面。要确保转子不弯、轴瓦更换及处理后对汽轮发电机整个轴系不发生变化,维持安装时状态,保证油系统清洁,实现汽轮机安全运行。
6.1 盘车不正常情况的处理措施
因轴瓦已经烧坏,使盘车电机过负荷,盘车装置的热保护烧坏,只有采用手动盘车,同时紧急调用检修盘车装置到现场,迅速换上并投入连续盘车。当连续盘车5个小时后,检修盘车也出现异常,就采取每15分钟让转子翻转180度的措施,防止转子弯曲。在此期间由专人负责操作,测量转子挠度及电机电流,作好记录。行车24小时值班,做好人工盘车及检修准备。
采取翻边措施时,要在轴承箱上架好千分表,测出转子弯曲值变化的最高点和最低点,并在大轴上做好标记,保证翻转时停留在正确位置。
当监测到电机电流下降到额定值的60%时,说明盘车的阻力已经显著减小,这时迅速装复正式盘车。要做好充分准备,工具材料准备好、人员分工明确,行车准备好,不停润滑油系统及顶轴油。
在停盘车前,要找准轴弯曲的最高位置,并把轴停在这个位置,同时要注意转子的弯曲方向。转子是向下弯还是向上弯,要根据上下缸温差来判断。根据上下缸温差接近40℃,上缸温度高的情况,温差造成的热应力可能大于转子的重力作用,转子向上弯曲,实际试验验证判断正确,所以要把转子弯曲最高点转到正下方,达到校正作用。
6.2 轴瓦处理
6.3 油系统检查处理
6.4 端部汽封的处理
从这起事故,我们要吸取以下教训:
轴瓦更换完毕验收合格,系统进行冲洗,取油样化验合格。启动汽轮机运行,从开机结果看:汽机打闸试验,油泵联锁工作正常,油压正常;中压及低压轴封漏汽都没有明显增加,说明磨损不太严重。4号轴振有10um波动,不稳定,并网带负荷后振动波动呈发散增加,经振动分析为4号瓦负载偏小,发生油膜振动,停机进行处理。解除低发对轮,调高#4瓦的轴承高度0.2mm及调整轴颈顶部间隙至允许最小限值,汽轮机再次启动后,振动波动消除,但相对于事故前3号及4号轴振有所增加,为合格范围,轴承振动全部优良。机组135MW负荷时各轴承振动数据如下:
#1瓦 1x 37.2um 1Y 38.1um , #2瓦 2x 45.0um 2Y 31.9um,
#3瓦 3x 109.7um 3Y 65.7um , #4瓦 4x 108.5um 4Y 75.8um,
#5瓦 5x 42.3um 5Y 22.5um,
轴承振动 #1 3.9um,#2 4.6um ,#3 7.5um,#4 8.5um,#5 6.7um。
各轴承金属温度正常,推力瓦温度最高值为65℃,各支持瓦金属温度为:#1瓦62.5,#2瓦72.0℃,#3瓦69.0℃,#4瓦53.2℃,#5瓦54.3℃。
[1] 哈尔滨汽轮机厂C135/N150-13.24/535/535/0.981型汽轮机本体说明书 136.000SM-7 2004年9月
[2] 哈尔滨汽轮机厂 C135/N150-13.24/535/535/0.981型汽轮机润滑油系统说明书136.551SM-34 2007年1月
[3] 哈尔滨汽轮机厂 油箱附件总装图 136.421Z-35
[4] 哈尔滨汽轮机厂 交流润滑油泵设计图136.451Z-34
[5] 蔡大巍 汽机润滑油系统断油烧瓦事故技术分析与处理 广东电力 第20卷第10其 2007年10月 第85页