汽机轴封系统风机故障全停时机组控制策略分析

汽机轴封系统风机故障全停时机组控制策略分析

王帮义

（福建福清核电有限公司 福建省 福清市 350300）

摘要：汽轮机轴封系统（CET）为汽机提供密封蒸汽，对其安全运行起着重要作用。而CET抽风机则用于保证轴封回汽，当CET风机故障全停时，系统功能无法保证，将严重威胁汽轮机安全运行，机组需降功率并停机。本文主要分析CET风机故障全停时机组降功率速率的选择，以实现保证机组安全的同时，经济效益最大化；以及如何避免故障期间汽轮机润滑油系统（GGR）进水而进一步威胁汽轮机安全。

关键字：汽轮机轴封系统、降功率、润滑油进水

一、前言

当前在CET风机同时停运且无法启动时，相关文件要求以5MW/MIN 速率进行降功率至停机，根据该降功率速率，从满功率降至50MW需要耗时约3.5h。但根据历史经验反馈，CET风机全停会导致汽机轴封蒸汽外泄，进入负压区的轴承箱，进而导致GGR油箱进水，影响汽轮机可靠运行和发电机密封瓦绝缘，存在较大风险。因此CET风机全停时降功率速率的选择至关重要。

另外：在CET风机全停时，通过调整GGR油箱负压，可以减少轴封进水量，但文件未明确GGR油箱负压值调整至多少，导致可执行性不足。

故障风险分析及注意事项：

1、CET风机全停运会造成轴封蒸汽外泄，进入负压区的轴承箱，导致GGR系统进水；

2、GGR润滑油进水会造成其物理性质的改变，影响轴承油膜动压的建立，继而影响机组安全。另外，在大量进水且处理不及时的情况下，油水乳化，将导致整个油箱的润滑油报废。

二、CET风机全停时降功率速率如何选择的决定性因素

当CET风机故障全停后，降功率至停机过程中，若降功率速率太慢，将因GGR润滑油油质变差而影响汽轮机可靠运行和发电机密封瓦绝缘，威胁汽机安全；而太快则容易导致汽机本身变形不均匀而引起振动，使汽机受损。

因此，当CET风机全停，降功率速率的选择实质上取决于GGR润滑油油质的受影响程度。即GGR润滑油油质变化对汽机有何影响是决定降功率速率的核心因素。

所以，CET风机全停后，汽机能继续正常运行的时长或可接受时长是我们接下来讨论的关键。在GGR润滑油油质能保证汽机安全运行的前提下，可选择适中的降功率速率，以减小汽机受损程度。

三、GGR润滑油进水机理

1、GGR润滑油进水，从运行工艺方面，主要来源有两个：

1）汽缸内蒸汽通过轴封、经轴瓦油挡进入轴承箱，蒸汽冷凝油水混合进入润滑油系统。

原则上：主油箱排烟风机运行，轴承箱带负压情况下，只要蒸汽在轴承箱外油挡附近，就会被吸入轴承箱，导致GGR润滑油进水。

2）润滑油板式热交换器泄漏，SRI水进入GGR润滑油系统。

2、GGR润滑油进水后主要现象：

1）GGR主油箱液位呈上涨趋势；

2）各轴承回油视窗上有水珠或者回油带泡沫。

在润滑油系统运行情况下，为保证回油顺畅，确保轴承腔内油雾和油不外泄，启动一台GGR主油箱排烟风机维持油箱微负压状态（正常为-500Pa至-1000Pa），轴承箱为微负压。所以，只要轴承箱外侧有蒸汽，就会被轴承箱内微负压吸入（经轴承外油挡间隙）。

四、CET风机全停，GGR润滑油油质变化对汽机影响

GGR润滑油油质要求：

GGR润滑油油质变化对汽机影响

此部分我们通过历史经验反馈分析，可以得出如下结论：

1、CET风机全停的7小时内（且期间GGR主油箱负压较大，为1.7 KPa），在无人干预的情况下（包括润滑油除水、调整GGR油箱负压等）。油箱油位由1449.4mm升高至1463.5mm，仅上涨14.1mm。在后续处理过程中主油箱换油约1.5m³。

2、CET风机全停的7小时内；以及因缺陷存在漏气的14小时内。在无人干预的情况下，期间汽机运行（盘车状态）未出现任何异常报警。

3、CET风机全停的直接后果就是GGR润滑油进水，而GGR润滑油持续进水3-14h左右的时间内，汽机在盘车状态运行无明显异常及相关报警。

4、GGR润滑油进水，到恢复可用时间均在一天左右，处理时间较短。

但也存在一定问题：上述分析的相关经验反馈都是在盘车期间GGR进水未直接导致汽机状态恶化，而功率运行在降功率期间汽机都在全速运行，两者会有一定差别。对此，进一步分析：

1、全速运行和盘车状态下，轴瓦回油速率差别是否可以量化，两种状态下相同的进水量对汽机振动的影响是否有初步判断标准？另外，是否可以通过CET轴封进汽阀门开度随汽机转速和负荷变化，找出最坏工况，得出最保守的结论？

2、国标或相关资料是否明确：GGR润滑油含水量多少时汽机不能继续运行？

经与维修汽机专业人员沟通并结合机组实际参数，结论如下：

1、全速运行和盘车状态下的回油量暂时没有具体值，但可以肯定的是全速时的润滑油量能达到盘车状态时的约1.5倍。同时CET轴封进汽阀门开度几乎不随汽机转速和负荷而变化，可以判断在轴封供气压力一定的情况下，CET供气量几乎不受随汽机转速和负荷影响。

2、目前没有相关标准规定GGR润滑油含水量多少时汽机不能继续运行，但是润滑油进水严重后（要求100ppm）会导致发电机励端轴承的绝缘不合格，同时会导致轴瓦表面产生电化学腐蚀；另外会降低所有轴承的润滑效果，水掺杂太多（无法量化具体值）会导致转子与轴瓦间歇性碰磨甚至干摩擦，最终结果就是轴瓦温度升高，直至达到跳机值。

对此专业给出建议：如发生CET风机全停异常，在保证各轴承不甩油或甩油量可控的情况下调低GGR邮箱负压，3.5h内是可控的。

另：结合《轮机运行通用导则》中机组实际运行经验：“3MW/min 的速率升/降功率容易引起机组振动大，因此，建议机组正常升负荷率设定为0.5~2 MW/min”。降功率速率也不宜过快，否则汽机易受损。

且在降功率期间，同步进行下方人为干预，可有效降低该故障风险：

1）对GGR油质进行处理：排水、滤油、换油、实时监测。

2）持续监测汽轮机运行参数，若达到要求的跳机定值时，可立即执行汽机打闸，破坏真空并及时停运CET，参考规程稳定机组状态，进一步确保设备安全。

3）可考虑调整CET供汽压力，调整至正常运行区间（2-15KPa）的下限，以减少GGR油箱进水量。

4）对于CET风机故障全停时，通过调整GGR油箱负压，可以减少轴封进水量，对于未明确GGR油箱负压值调整至多少的问题。经商专业人员，得出如下结论：此时建议调整至-0.5 KPa（正常区间的下限，保守考虑），可以减少水分吸入。

注：GGR负压范围正常为-0.5～-1KPa，负压太大可能导致油箱进水，负压太小可能导致轴瓦甩油，即：正常运行时一般设置在-1KPa。

同时，从运行角度出发，正常运行期间还可从以下几方面减轻上述故障后果：

1、GGR运行期间保持GTH系统运行，每班巡检关注其运行情况。

2、加强对轴加风机运行状态的关注，主控日常期间增加轴加风机负压巡检项。注：当前轴加风机负压CET403MP保持在-3KPa.g左右，低至-0.5KPa.g时会在KIC触发报警。

3、GGR邮箱负压会随时间的推进产生动态偏移，运行日常巡检发现如有变动则及时调整（正常运行时保持-1KPa）。

4、日常运行期间运行及专业人员定期对汽机各轴承回油管窗巡检，查看回油管窗是否有结水珠现象。

综上：功率运行期间，在CET风机故障全停时，以5MW/MIN 速率进行降功率至停机（若初始为满功率，用时约3.5h），期间及时调整GGR油箱负压值至-0.5 KPa。从汽机安全方面考虑，该方案可控。

五、结论

1、功率运行时CET风机故障全停，建议降功率速率维持5MW/MIN，同时严密监视轴瓦温度、振动等参数，如异常则按报警信息操作。

2、CET风机故障全停时，将GGR油箱负压调整至-0.5 KPa，可以减少润滑油水分吸入，同时防止轴瓦甩油。

参考文献

[1]东方汽轮机有限公司 CET汽机轴封系统手册