核电厂汽轮机油进水的原因分析及处理
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【摘 要】秦三厂汽轮机油系统曾发生过进水事件，通过轴封系统、排烟管道及冷油器泄漏等途径，水进入油系统中，导致油的油质恶化，影响系统功能的实现。本文简要介绍油系统的主要功能及系统控制，重点分析油系统进水的原因，并提出处理方法和改进措施，以防止油中进水，保持油品质合格，使油系统实现和冷却功能。
【关键词】油；进水原因；处理
【Abstract】There was event occurred in lubricating oil system TQNPC，water may enter the lubricating oil system through the gland sealing system，lampblack piping and the oil heat exchanger.As a result，the oiliness of the lubricating oil will be deteriorated，and the system function is impacted.The article recommends the main function and the system control.It also mostly analyses the reason of the water entered into the oil system， and tables some proposals on how to avoid it happens，and prevent the water entered into the lubricating oil，ensure lubricating oil system revolve normally，
【Key words】Lubricating oil；Reason；Treatment
0 概述
秦三厂汽轮机油系统的主要作用是正常运行及启动和停机时为汽轮发电机各轴承提供一定压力、温度和流量的油，同时也可提供盘车装置用油；为发电机密封油系统提供已被冷却的油；为汽轮机机械超速注油试验装置和复位装置供油以及顶轴油系统提供已被冷却的油。
油系统主要设备有主油箱、两台冷油器、主油泵（MOP）、涡轮增压泵、盘车油泵（TOP）、电动吸入泵（MSP）、急油泵（EOP）、两台排油烟机、油电加热器、主油箱液位计（LIS5301）、油系统套装管道、仪表、温度控制器等。汽轮发电机正常运行时应急直流油泵EOP、盘车油泵TOP、电动吸油泵MSP都在热备用状态。主油泵在汽机大轴的驱动下提供足够压力和流量的油经过涡轮增压泵降压后再经过油冷器冷却，经冷却的油直接供给汽轮发电机的8个径向轴承和一个推力轴承，同时供给顶轴油泵和密封油系统经过冷却的油，而涡轮增压泵在主油泵出口高压油驱动下，吸入足量主油箱内存油，升压后再送入主油泵吸入口，确保主油泵入口有足够的吸入压头和吸入流量。而在汽轮机的启动和停机阶段，由于汽轮机停运或转速较低，油涡轮增压泵在缺乏充足动力油情况下无法为主油泵入口提供足够压力和流量的油，所以系统所需油也就无法靠主油泵来承担，此时电动吸油泵MSP、盘车油泵TOP或是应急直流油泵EOP则需投运，来提供油，油系统向汽轮机轴承供油参见图1。
汽轮发电机正常运行时其转子以每分钟1500转的转速在高速运转，转动轴承需要持续不断油供给，保证转子转动期间轴径和轴承之间形成稳定的油膜避免直接金属摩擦，减少滑动阻力。大轴的热传导及金属油液间摩擦热若不及时被释放，久之轴承瓦面会被烧毁，解决上述问题的有效方法是连续不断地向机组各段轴承提供适当温度、压力及一定流量油，并配置一定换热能力的冷油器，将产生的热量持续交换出去。为此进入各个轴承油的温度须被控制在允许值范围内，油温度过高，油脂粘度降低，油膜难以形成，且回油温度太高会导致油质恶化；油温过低，则形成的油膜易破裂，不能保持稳定，不能有效防止主轴、瓦间摩擦，油量过大或过小、喷入压力过大或过小等都不利油膜建立与稳定。因此，根据油系统设计目的，对进入汽轮机各轴承的油的温度、含水量及压力等都有严格的控制要求，油供油温度需控制在38～49℃范围内，油回油温度被控制在60～70℃以下，最大不能超过75℃（报警值80℃），供油至轴承处油压控制在200-220kPa（g）。
1 油系统控制简介
油压力控制和油温度控制：
1.1 油压力控制
汽机转子高速（1500RPM）运转时，由汽机大轴驱动的主油泵提供油，供油压力为200―220kPa；油系统设有3个压力开关，如果油供油总管压力低于69kPa，三取二逻辑压力开关动作，触发汽轮机跳机。
1.2 油温度的控制
油温度控制主要由油冷器温控器67134-TC4254、温控阀7134-TCV4254和主油箱油电加热器共同控制。油电加热器的控制在前面已经阐述过，在此不再说明。油冷器温控器67134-TC4254通过控制油冷器的冷却水（RCW）温控阀7134-TCV4254的开度来控制油温度，温度高时阀门开度增加，温度低时阀门开度减小。如图1所示：汽轮机运行的不同阶段对油温度的要求不同，其中盘车阶段油温设定点为32℃；当盘车齿轮脱开后温控器67134-TC4254的温度设定点自动上升至40℃，油温度也上升，当油温度超过40℃时油温设定点将自动在20min内上升到46℃，汽机正常运行时设定点就为46℃；在停机过程中，满足图2所示的四个条件之一时油温度设定点将在120min降低到32℃，盘车齿轮啮合后油温设定点将保持在32℃。
2 油进水的原因分析
从油系统的组成及运行工况等方面分析，油系统进水的原因，比较典型的主要有以下几种：
2.1 汽轮机轴封蒸汽进入油中凝结产生凝结水
机组正常运行期间，汽轮机轴封蒸汽压力控制在20～28kPa范围内，实际上轴封压力稳定在26kPa，而油系统运行期间，其供向各轴承的油油压在200～220kPa，轴封蒸汽压力控制较为稳定，轴封蒸汽一般不会进入到油系统中；然而，当汽轮机停运后，在轴封系统停运后，如果轴封母管有一定压力的蒸汽存在，汽轮机各段轴承室在正常通以油情况下，排油烟风机作用，使其内略显负压（但不会很高，大约0.05～0.098kPa）。而当盘车油泵停运，停止向各轴承供油，却保持排油烟风机继续运转，其各段轴承室内负压应有很大程度提高，接近油箱内负压（-0.20kPa），轴封母管内有一定压力的蒸汽存在，轴封会有一定程度漏汽，在轴封端部汽室与轴承室内形成一定的差压，增大了向轴承室漏汽量，水汽通过轴封端部进入轴承室，水汽冷凝后形成水进入油系统，使得油中含水量增加。
秦三厂大修期间，1号机组停机后，当打开2号轴承箱时，发现轴承室内有明显积水，怀疑油中水分增加，立即要求化学人员对油进行取样分析，在8月14下午对油净化入口提取油样，发现油中含水量突然升高到约6900ppm（要求小于1000ppm），而且油的外观明显有混浊，从而确定有水进入油系统。102大修期间，油进水的原因分析如下：根据记录资料，机组在8月14日1：45破坏真空，并于1：54停止向轴封母管送辅助蒸汽，几乎同时停止轴抽风机运行，使得轴封母管内气体未能被充分释放，加之可能除氧器加热蒸汽管线上残存汽体并通过41150-MV5121漏流到轴封母管上引起，轴封母管一直存有一定压力（2.0～1.6kPa）蒸汽存在，曾经在2号机组6月26日停运期间也出现过同等情况，但不同的是，8月14日8：36分，操作员停运盘车油泵TOP后，未能在较短时间内停运抽油烟风机而是在10：10才停止其运行，时间间隔有1小时34分，各段轴承室在正常通以油情况下，排油烟风机作用，使其内略显负压，而当停止向各轴承供油，却保持排油烟风机运转，其内负压应有很大程度提高，接近油箱内负压。前述提到轴封母管尚有残存或漏流，轴封端部会有一定程度漏汽，比较而言，增大了向轴承室漏汽量，使得油中含水量增加。而且8月14号，1号机组停运过程中，油P车油泵TOP停运而排油烟风机运转期间，轴承回油温度升高很快。在8月14日8：34停运盘车油泵TOP后，而排油烟风机保持运行，这样如上推断各轴承室内负压将提升很高，这时轴封母管内尚有一定压力和温度的蒸汽（1.6kpa左右，温度在124度左右）存在轴封端部漏汽可能，且低压缸此时的排汽温度也从正常的32度上升到77度，开缸时蒸汽外冒现象也较为明显，从各轴承回油温度出现明显上升来看，应该有热汽体涌入各轴承室并沿着各回油管流动，使得各回油管线温度探头感受到的温度有所升高，而此时已不存在回油，虽各段轴承尚存一定温度，有将回抽气体加温趋势，但不致如此明显。根据上述现象分析判断，已经有一定量的水蒸汽进入油系统。
2.2 油冷却器泄漏，RCW水进入油中
油冷却器的冷却水采用RCW进行冷却，油冷却器中油走壳侧，由于冷却水压力比油工作压力大，一旦传热管破损，RCW冷却水就会进入油当中去。运行期间，由于RCW压力波动或者在停机过程中油油温设定值的下降，会使其温度调节阀突开造成对油冷却器内部部件的压力冲击，可能会使油冷却器传热管破损，导致RCW冷却水泄漏到油中；另外，随着运行年限的增长，加上压力波动的冲击、腐蚀以及冲刷等消耗，也会导致传热管的泄漏，导致油中含水量增加。虽然RCW水通过油冷却器漏人油的可能性较小，但是不能忽视。一旦RCW水泄漏到油中，后果相当严重，一方面，油中的含水量大幅增加，油质迅速恶化，严重威胁汽轮机的安全运行；另一方面，RCW系统是一个封闭的循环水冷却系统，当出现大量水外漏时，系统压力会急剧下降，系统震动加剧，对设备运行产生不利影响。
2.3 雨水通过排油烟管道进入主油箱和油净化箱
从系统现场布置可知，主油箱、油净化油烟排放管道的户外端头均微曲朝下，一般情况下，雨水不会通过排烟管线进入油系统当中；但是，我厂地址位于大海边上，如果发生特大的台风来袭，在狂风暴雨的肆虐下，雨水就可能通过主油箱、油净化油烟排放管线进入油中，使得油的含水量大幅增加，造成油质恶化，影响油系统正常运行。
2.4 油中本身的含水量超标
油是经油罐车运来，经隔离阀4131-V4635充装到油储存箱4131-TK4001，如果油纯度不高，加上充装过程中因连接设备中有水分，那么当油装入油储存箱后，油中的水分就会增加；另外，油系统运行期间，若主油箱排烟风机、油净化排烟风机工作不正常，没有有效的将油气、水汽等排除，那么油中的水份也会增加。
3 油中含水量过大的危害
3.1 秦三厂汽轮机油化学控制指标
秦三厂汽轮机油为Mobil DTE Light，油的化学控制指标参见表1。
3.2 油中含水量过大的危害
油中含水量过大，使得油品质变差，供向汽轮机各轴承的油粘度大幅下降，导致轴瓦油膜受到破坏，容易造成汽轮机烧瓦事故，严重影响汽轮机运行安全，所以，必须保证油中含水量小于100ppm，以防发生事故；油中含水量过大的危害表现在以下几方面：
1）油中含水量过大，造成油乳化，油粘度大幅降低，导致汽轮机各轴承内难于形成油膜。
2）油的效果变差，油循环遭到破坏，严重影响轴瓦散热，导致轴瓦烧毁。
3）油中的水份使得供油管线，轴瓦内部等腐蚀加剧，油中杂质含量增加；这些杂质会使汽轮机机械超速注油试验装置和复位装置等发生卡涩，影响其安全功能。
4）发电机密封油来源于油，所以密封油中含水量增大后，氢油压差不能维持在合适范围内，其密封性能变差，影响发电机运行安全。
5）顶轴油也是由油供给，若顶轴油中含水量增大，其注入轴承内的油质变差，在汽轮机启动及停机阶段，不能有效实现其功能，将会影响汽轮机安全启动及安全停机。
4 处理和改进措施
4.1 防止轴封蒸汽漏入油系统的处理方法和改进措施
油系统运行时，对油质的要求较高，不仅要保证其供油压力稳定、油温能有效控制在正常范围、供油流量足够，而且还必须确保它的各项化学性能指标满足要求（详见表1），尤其是油中的含水量要求更为严格，以防油乳化，油粘度下降等异常发生。
油系统在正常运行期间，为了防止轴封蒸汽漏入油，我们应从如下几方面着手：
1）加强轴封系统的巡检、压力控制器及参数监视，保证轴封蒸汽压力稳定控制在正常范围。
2）因轴封蒸汽品质变差需切换轴封蒸汽汽源时，在切换过程中，一定要确保轴封压力稳定，防止轴封蒸汽压力大幅波动；如果出现轴封蒸汽品质变差而导致轴封出现积水、产生啸叫声等异常而导致轴封通路堵塞，必须及时采取调整轴封加热器壳侧负压、适当提高轴封压力等措施进行吹扫，使轴封系统运行恢复正常，确保其不会漏入油系统中。
3）加强对油系统运行参数的监视和控制。油净化在线自动除水装置投入使用，可以除去油中水份；为了随时检测机组汽轮机油的水份含量，在汽轮机油净化系统安装一台油中水份分析仪（如图3所示），以便随时检测油系统是否有水进入，分析仪的探头安装于油净化系统出口管线上，在巡检过程中，需要关注分析仪的读数，如果读数上升较大，应立即联系化学人员取样分析油中水分含量；若油中含水量超过1000PPM，则要执行GOP004降功率至冷态卸压，尽快停运汽轮机。
图3 油净化出口水份分析仪安装示意图
机组停运时，轴封蒸汽系统停运过程中，若发现轴封母管内尚存余汽的话，在停运轴封供汽后，5分钟后再停止轴抽风机运行，并将母管前疏水至地漏排放阀开启，排水降压；同时监视和控制油箱内负压变化，不能过高，盘车油泵停运后，不宜较长时间保持排油烟风机运行；在启动轴封蒸汽系统时，应先停运油抽油烟风机，以免轴封蒸汽漏入油系统，在轴封系统启动后再重新启动油抽油烟风机。
4.2 油冷却器泄漏的预防和处理
对于油冷器泄漏将导致高压侧的RCW冷却水进入油的情况，由于RCW水中含锂离子浓度相对较高，如果油冷却器的传热管破损导致RCW冷却水漏入油中，可以通过化学分析就能确认是否是RCW系统中的水通过油冷器传热管泄漏进入油，此时RCW补水流量也会增加。如果确认是油冷器泄漏，且油水份含量持续升高，则需要对冷油器隔离查漏。首先切换至备用油冷器运行，然后将泄漏的油冷器隔离疏水，进行查漏，对泄漏的传热管进行堵管处理。在操作中需要注意的要点如下：
1）在进行冷油器切换以及冷油器放油和放水之前需要将以下参数调出：
油压力 AI0312
油温度 AI0375
RCW 系统压力 AI0245
RCW 补水流量 AI2165
并且主控和现场随时保持热线联系。
2）冷油器 RCW冷却水隔离后需要观察一小段时间，油温度稳定后再进行后面的操作，防止出现隔离错误。一旦油温度出现异常变化则恢复至操作前状态。
3）已经处于隔离状态的冷油器放油前，需要监视油压，在开冷油器至污油储存箱的放油阀时开始应当缓慢进行，一旦发现油压出现明显下降情况则暂时停止操作或恢复放油阀门原来的状态。
4）冷油器 RCW 冷却水侧放水操作时主控严密监视RCW 系统压力和RCW 补水流量。如发现参数变化较大则停止操作并恢复到操作前的状态。
需要强调的是：进行隔离查漏操作前，必须确认即将被隔离的冷油器是处于溆米刺，错误打开正在运行的冷油器至储存油箱的放油阀门将造成油供油压力大幅度下降，甚至可以引发低油压跳机。
由于汽机油冷却器中油走壳侧，RCW冷却水压力比油工作压力大，传热管破损会出现水进入油的情况。原设计中油冷却器入口油管隔离阀与油冷却器本体间没有接入装置，无法实现加压空或抽真空的目的。因此，对系统进行设计改进，在冷油器检修排油阀41350-V4801/V4802上游各加装一根1"支管，并安装两只截止阀进行隔离，端部再装上堵头，新加装阀门编号为41350-V8001/V8002。这样在需要加压力或抽真空时便可接入，而正常运行期间又保证密封。所以当出现冷却器传热管泄漏时，可以从壳侧加压空或抽真空，在管板上用检漏液检查或贴膜检查以快速查找到漏点以缩短故障排除时间。
4.3 雨水经排烟管道进入油系统可能性的一些思考
雨水通过排油烟管道进入主油箱的情况，从目前的分析来说这种情况只是存在一种可能，由于主油箱、油净化油烟排放管道的户外端头均微曲朝下，所以一般情况下，可不考虑雨水从该管道进入。笔者认为，可以考虑将排烟管线中的回油与油气分离器中回油同时引至一个U形管，再从U形管回油至系统，在U形管上加油位计和疏油阀，当出现台风正面来袭等恶劣天气，就加强对该油位计的监视，若油位异常升高，则可打开疏油阀取样和排水，可以有效防止雨水进入油系统的风险。
4.4 从油采购、充装、系统控制、设备优化运行及合理维护等方面，有效控制油中的水分含量在正常范围，保证油系统正常运行，从而保证汽轮机安全稳定运行。
5 结束语
综合上述分析，油中进水危害极大；笔者结合所学知识和十多年的工作实践经验，认真分析了可能导致汽轮机油进水的各种原因，并提出了相应的处理措施；可有效防止汽轮机油中进水，保持油品质合格，防止汽轮机轴承因油质恶化而发生轴间磨损等事故，对汽轮机长期安全可靠运转具有重要的意义。
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