9F.05型燃气-蒸汽联合循环发电机组高压油系统存在问题分析及处理

9F.05型燃气-蒸汽联合循环发电机组高压油系统存在问题分
析及处理
摘要：介绍了某燃机电厂两套9F.05型燃气-蒸汽联合循环发电机组从基建到生
产阶段燃气轮机与蒸汽轮机高压油系统（控制油、顶轴油）出现泄漏问题并进行
分析，提出整治措施并完成处理，提高控制油、顶轴油系统的可靠性，解决控制油、顶轴油系统在基建期遗留的问题，确保机组设备的安全稳定运行。

引言
天然气发展“十三五”规划提出，2020年天然气发电装机规模达到1.1亿kW
以上，占发电总装机比例超过5%，装机年增长率超过10.8%。

联合循环机组具有
发电效率高、启动快、调节灵活、污染物排放低等突出优点，在环境压力逐渐增
大的形势下和电网调峰调频方面具有相当的优势。

高压油系统是燃机-蒸汽联合循环发电机组重要组成部分，其包括燃气轮机与
蒸汽轮机的顶轴油系统、控制油系统等。

顶轴油系统的作用是在机组低速阶段提
供高压顶轴油，顶轴装置所提供的高压油在转子和轴承油囊之间形成静压油膜，
代替转子高速旋转时产生的油膜将转子顶起，避免汽轮机低转速过程中轴颈和轴
瓦之间的干摩擦，防止低速碾瓦，对转子和轴承起着重要的保护作用。

控制油系
统主要作用是向燃气轮机和蒸汽轮机提供调节用的压力油，作为阀门执行机构的
原动力，从机组控制系统接收燃气和蒸汽阀门的电位信号，从而调节阀门开度。

因此高压油系统的稳定运行对于机组安全有着非常重要的实际意义。

本文以某大型燃气-蒸汽联合循环发电电厂发生的高压油系统出现泄漏问题为例，对存在问题进行分析和处理，总结了燃气轮机与蒸汽轮机顶轴油、控制油系
统出现问题的原因及处理方法。

通过深入分析和处理，解决了高压油系统漏油问题，为同类在建机组及在役机组类似问题的分析和解决提供有效的处理方法。

1 机组及高压油系统概述
某燃机电厂配置两套9F.05型高效一拖一双轴联合循环发电机组，每套机组
包括一台低NOx燃气轮机、一台燃机发电机、一台蒸汽轮机、一台汽机发电机、
一台无补燃三压再热型余热锅炉及其相关的辅助设备。

燃气轮机与蒸汽轮机的顶
轴油、控制油均为高压油系统。

燃气轮机顶轴油系统设置两台交流顶轴油泵，系统油源来自燃机润滑油系统，其作用是在燃机盘车装置投入前及投入过程中，向燃气轮机及其发电机轴承上的
静压油腔通入高压油，将转子轴颈顶离轴瓦，防止轴瓦与轴颈间发生干摩，保护
轴瓦和轴颈不被损坏。

燃机顶轴油系统额定压力为18.96MPa。

燃气轮机控制油系统为独立供油，在燃机正常运行时为压气机入口导叶（IGV）、燃气速比阀（SRV）、抽气加热阀（IBH）及燃气控制阀（GCV-1~4）提
供高压动力油，并回收执行机构的回油，同时为跳闸电磁阀模块提供跳闸油。

燃
机控制油装置由油箱、油泵-电机组件、控制块、滤网、磁性过滤器、溢流阀、蓄
能器、冷却系统、加热/过滤系统、温控阀、控制箱和相关仪表等组成。

燃机控制油系统额定压力为11.2MPa。

蒸汽轮机顶轴油系统设置两台交流顶轴油泵，系统油源来自汽机润滑油系统，其作用是在汽机盘车装置投入前及投入过程中，向汽轮机和发电机轴承上的静压
油腔通入高压油，将转子轴颈顶离轴瓦，防止轴瓦与轴颈间发生干摩，保护轴瓦
和轴颈不被损坏。

汽机顶轴油系统额定压力为16.5MPa。

蒸汽轮机控制油系统的组成按其功能可分为三大部分：供油系统、危急遮断
油系统和执行机构部分。

其作用是为机组提供一定的压力油，用以实现机组正常
运行中阀门和设备的开度调节，并可实现异常工况时的快速遮断。

汽机控制油系
统额定压力为14MPa。

燃机/汽机润滑油及控制油型号号如下：燃机/汽机润滑油选用壳牌多宝涡轮
机油 Turbo T32；燃机控制油选用DOW TF-25 燃气轮机油；汽机控制油选用FYRQUEL EHC PLUS抗燃油。

针对以上型号润滑油/控制油，选择O型密封圈适合材料尤为关键。

常用O
型圈材料为：丁腈橡胶（NRB）、氟橡胶（FKM）、硅橡胶（VMQ）、乙丙橡胶（EPDM）、氯丁橡胶（CR）、丁基橡胶（BU）、聚四氟乙烯（PTFE）、天然橡
胶（NR）。

根据不同工况，有轴向、径向选择。

径向静密封：例如衬套、封盖、
导管、缸；轴向静密封：例如法兰、平板、顶盖；动密封情况：要受到其密封的
速度和压力的限制，密封往复运动的活塞、活塞杆、柱塞等密封在传动轴、主轴、旋转导杆等上慢速的摆动、转动或螺旋运动。

2 燃气轮机与蒸汽轮机顶轴油、控制油系统出现的问题
#1、#2机组分别于2018年9月和12月投入商业运行，在投产前后将近1年内，多次出现因高压油系统故障造成机组非计划停运或减负荷事件，已严重影响
机组设备可靠性和安全运行。

故障事件如下：
（1）事件Ⅰ：2018-12-11，#2机组汽机高压主汽联合阀主汽阀卸荷阀漏油，
紧急停机处理。

处理情况：发现卸荷阀4个O型密封圈中，有一个断口，断口表面不规则，
更换新O型密封圈。

（2）事件Ⅱ：2019-03-14，#1机组汽机控制油母管油压低跳机，紧急停机处理。

处理情况：通道1进口手动截止阀的垫圈破裂漏油，检查发现O型密封圈破损、断裂，更换新O型密封圈。

（3）事件Ⅲ：2019-05-27，#1机组汽机中压主汽联合阀调阀执行机构漏油，
降负荷并当晚停机处理。

处理情况：停机处理检查发现执行机构O型密封圈爆裂，已变形有缺口，更
换新O型密封圈。

（4）事件Ⅳ：2019-07-09，#2机组燃机顶轴油出口至#2轴承母管接口漏油，紧急停机处理。

处理情况：停油检查发现O型密封圈变形，更换新O型密封圈。

（5）事件Ⅴ：2019-09-23，#2汽机低压补汽调阀控制油进口手动阀处发生泄漏，机组降负荷处理。

处理情况：检查发现手动阀接头O型密封圈爆裂，更换新O型密封圈。

3 故障分析及处理效果
3.1 故障分析
燃气轮机与蒸汽轮机顶轴油、控制油系统工作压力较高，承受高油压的设备、管道、元件部件及密封面等环节多、制造厂家不同、规格不一，从以上几起漏油
事件的检查处理情况看，都出现在O型密封圈的变形、爆裂、缺口损坏上。

图1：O型圈挤出间隙范围
从密封机理上分析，橡胶密封圈可以想象成为不可压缩的，具有很高表面张
力的“高粘度流体”。

不论是受周围机械结构的机械压力作用，还是受流体传递的
压力作用，这种“高粘度流体”在沟槽中“流动”，形成“零间隙”，或者说阻止了被
其密封的流体的流动。

橡胶的弹性补偿了制造和配合公差，其材料内弹性记忆是
维持密封的重要条件，如图1所示，O型密封圈安装后，未施加系统压力。

此时
O型密封圈受沟槽的机械压力，其截面已不是圆形，它关闭了流体的通道。

在系
统压力作用下，O型密封圈被迫挤向（但未挤进）配合面之间的狭窄间隙，从而
获得了更大的接触面积和密封应力，O型密封圈所受压力达到了它的压力极限，
有一小部分密封材料被挤进了沟槽间隙。

进一步加大系统压力，密封件的表面张
力已不足以阻止“流动”，材料挤出到开放的通道或间隙中，导致O型密封圈挤出
失效。

结合设备异常所处于基建到生产过渡阶段实际情况，主要原因分析如下：
（1）设备工厂制造原因而造成泄漏。

A.选用的O型密封圈尺寸加工不当。

致使密封槽过浅，短时间内可能并未出
现泄露，但挤在密封结合面间的部分橡胶被高压油挤出、破裂而漏油；密封槽过
深卡不住O型密封圈从而形成脱落甚至将密封圈挤压到结合面而漏油。

B.选材不当。

O型密封圈材质较软，密封间隙较大，处在高压往复运动的工
作环境下，容易被挤入间隙内咬伤。

C.选用的O型密封圈尺寸规格清单及备品备件不齐全。

（2）基建现场安装不当而造成泄漏。

A.连接管接头在紧固螺母和接头上的螺纹要配合适当，安装接头时应注意对中，过松或过紧都可能导致漏油。

B.安装过程造成密封圈表面损伤、间隙咬伤、压损及O型密封圈变形扭转都
可能导致漏油。

3.2 整治处理
为彻底处理机组高压油系统存在的问题，经过专业技术人员充分分析和组织
准备，利用在2019年10月#1机组首次A级检修机会对燃气轮机与蒸汽轮机顶轴油、控制油系统可能存在的漏油问题进行全面的检查和处理，措施如下：
#1机组A级检修开始前，由专业技术人员制定全面检查处理方案并开列详细
的顶轴油、控制油系统密封垫圈检查处理清单。

检修工作开始后，对燃气轮机与蒸汽轮机顶轴油、控制油系统所有密封垫圈（垫）一一进行解体、全面重新测量，详细准确记录其规格、尺寸及材质要求等，登记造册并安排生产制造，详见表1，并逐渐形成详细、齐备的密封圈（垫）备
品备件库存。

密封圈（垫）在回装过程中，注意避免造成密封圈表面损伤、间隙咬伤、压
损及O型密封圈变形扭转情况出现，连接管接头在紧固螺母和接头上的螺纹要配
合适当，安装接头时应注意对中，松紧适度。

从表1清单开列、解体测量、数据
记录、材质选择、生产制造、到货验收、设备回装、试验操作等过程都需要一丝
不苟、严谨细致，确保不出差错。

O型密封圈是一种自动双向作用密封元件。

按负载类型可分为静密封和动密封；按密封用途可分为孔用密封、轴用密封和旋转轴密封；按其安装形式又可分
为径向安装和轴向安装。

安装时其径向和轴向方面的预压缩赋与O型密封圈自身
的初始密封能力。

径向安装时，对于轴用密封，应使O型密封圈内径和被密封直
径d2间的偏差尽可能地小；对于孔用密封，应使其内径等于或略小于沟槽的直
径d1。

轴向安装时，考虑压力方向内部压力时，O型密封圈外径应比沟槽外径
d3约大1～2％；考虑外部压力时，应使O型密封圈内径比沟槽内径d4约小1～
3％。

在进行O型密封圈安装时，注意以下事项：
（1）确保各棱边或过渡处已倒角或倒钝并去除毛刺。

（2）检查被密封表面有无缺陷。

（3）清除所有的加工残留物。

（4）安装路径上的螺纹需加防护套，以防螺纹尖角刮伤O型密封圈。

（5）为了方便安装，可对O型密封圈安装表面涂钼、石墨、敷上滑石粉等润滑剂。

（6）手动安装时，不可使用尖锐工具，但要尽量有效借助工具，以保证O
型密封圈不扭曲。

（7）禁止过分拉伸O型密封圈；由密封带制成的O型密封圈，禁止在其连接处进行拉伸。

合理利用#2机组停机备用时间，安排合适时间段对重点关注的顶轴油、控制油系统密封垫圈进行更换处理，直至最后全部处理完毕。

表1 部分密封圈、挡圈、垫片测量数据
3.3 处理效果
自2019年10月#1机组A级检修前，多次出现因两套机组高压油系统O型密封圈断裂、变形、损坏造成机组非计划停运或减负荷事件，是机组设备安全运行的严重隐患；自#1、#2机组燃气轮机与蒸汽轮机顶轴油、控制油系统密封垫圈重新测量、更换处理完成后至今，未出现过高压油系统泄漏问题，大大提高了控制油、顶轴油系统的可靠性，为机组安全稳定运行建立了良好基础。

4 结语
针对9F.05型燃气-蒸汽联合循环发电机组高压油系统存在泄漏问题制定了有效的治理办法，此方法可以在同类发电设备维护管理中加以推广应用并不断优化和总结提高，为进一步提高设备可靠性提供技术和管理手段；同时可以推广到新机组建设阶段的设备选型、安装调试过程中，从机组建设开始就可以对机组高压油系统进行有效管控，避免频繁出现高压油系统O型密封圈断损坏漏油而出现非计划停运或设备安全事故。