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1、一起汽轮机停机烧瓦事故的调查及处理张新闻 刘新民（湖南省火电建设公司 湖南株洲市 412000）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
2、处理措施1、引言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
3、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。2、系统概况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
4、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
5、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。3、事故调查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（
6、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 -16713：32：06 2769 1.68 0.19 0.10 -16713：34：12 2068 0.90 0.17 从 0.10 降至 0.05 -147.013：35：02 1853 0.63 0.10 从 0.05 降至 0.04 -125.813：35：48 1687 0.27 0.10 0.04 -105.113：37：06 1435 0 0.07 从 0.04 降至 0 -42.113：40：39 576 0 0.06 0 +20.913：42：0
7、0 305 0 0.05 从 0 升至 0.05 -0.213：42：09 280 0 0.22 从 0.05 升至 0.10 -0.213：43：42 0 0 0.22 0.10 -62.713：44：14 0 0 0.22 从 0.10 升至 0.14 -62.713：59：57 0 0 / 从 0.15 升至 0.20 -41.814：02：09 0 0 / 从 0.20 升至 0.21 -167.515：57：59 0 0 / 从 0.21 降至 0.15 -167.03.1 2008 年 9 月 22 日， 机组带 125MW 负荷运行。13:31:18 水位低保护动作，锅炉MFT。
8、同时大联锁保护动作，汽轮机跳闸、发电机解列。汽轮机跳闸后，交流润滑油泵联锁启动运行。当 13:34:12 转速下降到 2068r/min 后，润滑油压降至 0.05MPa。在13:33:50 时，润滑油压低至 0.07MPa，联锁启动直流油泵，但电机电流只有 10.2A（正常时为 71A） ，油压仍下降。于 13:37:06 油压降至 0，轴承完全断油，此时转速为1435r/min。这说明联锁保护功能正常，不存在问题。3.2 当发现直流油泵仍不能起压后，调试人员迅速到就地主油箱上察看，发现交、直流油泵出口压力表没有压力，就拧开了压力表进行排气。当时的情况是，交流油泵没有排气声，出口压力仍没有上
9、来，但直流油泵的压力表管排出了大量气体。从记录看，13:40:57 直流油泵电流开始增加， 13:42:24 电流达到 70.9A。13:42:00 油压上升到0.05MPa，13:42:09 上升到 0.10 MPa，开始正常供油。从完全断油到正常供油，时间有5 分钟左右，轴瓦处于惰走干磨状态。3.3 交流油泵继续排气，交流油泵出口压力逐步建立。13:59:42 直流油泵电流下降至58.4A，润滑油压提高至 0.2 MPa，说明交流油泵已转入正常工作状态。进行压力调整后，于 14:13:54 停止直流油泵，由交流油泵供油，润滑油压力 0.15MPa。3.4 发现供油不正常后，凝汽器在 13:
10、37:54 破坏真空，13:46:18 真空下降至-16.6kPa。13:42:06 停止高压轴封供汽， 13:50:24 停止低压轴封供汽。13:43:42 汽轮机转速降至 0，投入盘车，但盘车电流很大，造成盘车电气控制柜热保护器烧坏。出现这个情况后，采取焖缸措施，进行手动盘车，同时迅速调用电厂检修用盘车装置到现场。拆除正式盘车装置更换成临时盘车装置，投入连续盘车，检测电机电流在额定值偏上，呈周期性变化。临时盘车运行 5 个小时后，齿轮磨损，减速箱有异常尖叫声，后采取每 15 分钟进行大轴 180 度翻边的措施。待电机电流下降到额定值的一半左右，装上正式盘车装置，投入连续盘车，直至缸温 15
11、0停止。3.5 查看支持轴承和推力轴承金属温度曲线，发现推力轴承最高点#3 为 89、#4、#10 等3 个瓦块温度上升到 79以上，其余 6 个瓦块温度较低。支持轴承的温度#1 瓦 164，#2 瓦 110，#3 瓦 110 度，#4 瓦 86，#5 瓦 62。初步判断，推力瓦块部分有轻微问题，支持瓦#1-#3 瓦应已烧坏，#4 瓦不能确定，#5 瓦没有损坏，待最终翻瓦检查确定结果。3.6 汽轮机从 31:18 跳闸到 43:42 转速到 0，时间为 12 分 24 秒，比正常破坏真空惰走 15 分钟左右时间短，说明汽轮机转子阻力增加，这与轴瓦烧坏或大轴与汽封片摩擦有关。用探针可以听到大轴与
12、汽封的摩擦声。3.7 查油位历史记录，在跳机前的正常运行中，油位在-167mm 的位置，在油压降至 0 时，油位上升至+20mm ，随着油泵转入正常工作，油位又降至 -167mm。根据说明书参数知道，油位计的正常油位（0 油位）在油箱中性线上 224mm，低一值报警-180mm，低二值为-230mm 3。说明当时油箱油位离中心线还相差 57mm，是正常的安全油位。根据现场测量的油泵安装尺寸，油泵安装法兰到油泵底部滤网入口 1900mm，油泵叶轮入口距中心线 390mm，油箱顶部到油箱中心线的距离 1266mm4，在中心线下油泵有634mm 的长度，停机油位在中心线下 6mm，距油泵叶轮入口 3
13、84mm，在此位置仍能保证油泵浸没在油液中，不会存在空泵的问题。3.8 停盘车，停润滑油系统检查油位计的指示值，与就地油标一致，在10mm 范围，合符要求。经过实际测量油位与油标核对，油位计指示正确。检查油泵出口逆止阀，灵活无卡涩。4、轴瓦及油系统检查结果汽缸温度降至 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
14、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
15、.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。5、油泵不能供油的原因从现场故障现象看，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：（1） 在理想化循环状态下，油在油箱中停留的时间在 7 分钟左右。实际上，油箱两端部分润滑油参与循环的时间要慢很多，而中间部分循环较快。因此润滑油回油在油箱中的静置时间没有这么长，油中气体含量可能增加。（2） 从设备布置图看出，启动油泵、交流油泵、直流油泵布置在回油滤网与两台射油器之间。回油经过滤网后回到油箱，析
16、出油中所含的水分及气体后，经过三台油泵的位置，供给两台射油器。在油流经过交、直流油泵时，未析出的气体分离出来，积聚在油泵的吸入口，当油泵启动后，气体又无法排出，造成油泵不起压。（3） 正常油位在油箱的中心线上 224mm 的位置，当时油箱油位-167mm，在中心线上57mm 位置，比正常油量偏少。（4） 油泵没有排气孔，工作后，油泵中的气体不能及时排出。（5） 油泵出口逆止门可能有轻微泄漏，致使射油器出口的润滑油有少量回流到油泵中。润滑油所含少量气体，回流到油泵后分离出来，慢慢积聚了较多气体。6、事故处理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
