汽轮机油中带水原因分析及解决方案

汽轮机油中带水原因分析及解决方案

摘要：汽轮机油中带水会加速汽轮机油的破乳化超标，严重时会危机汽轮机组的安全稳定运行，为此分析了汽封间隙、大排烟系统、轴封套、汽缸轴承室负压等可能引起油中带水的原因，并分别提出了相应的改进措施。

关键词：汽轮机；油中带水；轴封系统；汽封间隙；轴承室负压

山东鲁抗医药公司现运行的3台汽轮机组：1台背压式汽轮发电机组（汽轮机型号为NG32/25，1989年杭汽产），1台背压式汽轮空压机组（汽轮机型号为NG32/25，1989年杭汽产，2000年由拖运发电机组改为空压机组），1台抽凝式汽轮空压机组（汽轮机为1997年杭汽产），主蒸汽进汽压力为3.2-3.6 MPa，温度为420-440℃，油系统中使用的是46号透平油。

3台机组油中带水现象在机组长期运行中特别在高负荷下反复发生，严重时可以从轴承室回油管视窗处发现附着于玻璃的水珠，微水含量曾达到273mg／L，大大超过标准，标准为＜100 mg／L，当空气和汽轮机内的水蒸汽进入油系统后凝结成水，油和水混合在一起后，由于油的循环运行被搅动油即被乳化，正常情况下乳化的油料可以重新分离成油和水，但乳化的油料被氧化后就变成永久性的乳化油，它将使润滑油功能发生问题，并导致调节系统各部件的腐蚀，严重时一些锈蚀物会进入调节系统导致调节系统部件发生卡涩而发生机组事故，为了能够避免油系统出现上述严重后果，加强了油箱的放水和滤油等，另外则是调低轴封供汽压力（对抽凝机组），从运行记录来看，母管供汽压力已经调低到0．019 6 MPa，低于机组正常运行时额定轴封供汽压力范围0．024 5 MPa～0．029 4 MPa，降低轴封供汽压力，同时也意味着减少轴封供汽量当机组调峰带低负荷时，高压段的工作压力会降低，轴封供汽量的减少使轴端密封作用削弱，空气会从低压缸前后，高压缸后三个方向进入汽轮机，真空将无法得到保证。

一、原因分析

1、轴封间隙调整过大造成漏汽。高压缸轴封（端部汽封）的作用在于阻止蒸汽沿着转子漏出，高压缸前后的端部汽封所承受的压差比较大，额定工况时调节级喷嘴处的压力为2.9MPa，对于11级后压力则为0.5 MPa，不但压差存在，而且为了不使动静机件发生碰磨，总要留有一定间隙，间隙的存在也必然要导致漏汽，漏汽量一般要达到总汽量的0.5％，由于上述两个原因，很容易使该处的蒸汽沿转子窜入轴承室，引起轴承温度升高，使油系统中带有由蒸汽凝结而成的水。可见解决油系统中带水的问题关键是消除轴封漏汽，如果汽轮机高压缸前段轴封间隙调整得不合适，导致轴封供汽从该处沿轴颈窜入轴承室，造成油中带水，油质恶化，轴封间隙的调整沿转子轴向分布的规律应该是外侧小里侧大因为轴封外侧端

部距离轴承很近，转子汽缸垂弧冷热态变化对轴封间隙影响很少，转子过临界转速时该部位的晃度小，不易发生摩擦即使发生摩擦，由于距支点近，刚度相对大一些，不易因晃度巨增而造成弯轴事故，而轴封里侧的情况则恰恰相反，这部分汽封间隙运行状态下的不确定度最大，正是易弯轴的部位，所以应该调大一点，可见，信号汽封由于在轴封段的最外侧，调得小些对避免轴封漏汽会有关键性作用。目前来看，由于检修人员考虑机组启动通过临界转速时发生动静摩擦引起振动，并可能使局部过热造成轴弯曲而尽量将汽封间隙调整到上限，实际上，信号汽封比端部汽封发生动静磨损的机率小，因此信号汽封间隙调整应该接近下限，信号汽封所给出的标准上下限范围过于大，最大达到0.30 mm，这也给检修人员留下了较大的调整裕量。

2、轴封系统的配置不太合理。高低压轴封供汽联在同一根母管而引起供汽分配不均的问题，高压前轴封段共留有4个腔室，后轴封则留有3个腔室，高压蒸汽漏入前轴封第1腔室后被引入第4段，抽汽加热给水漏入高压前轴封第2腔室，蒸汽与漏入高压后轴封第1腔室的蒸汽一同引至加热器凝结放热从除氧器的汽平衡母管和抽汽母引入蒸汽至高压前第3腔室高压后第2腔室，一方面可以阻止空气漏入汽缸，另一方面阻止高温蒸汽继续外流，这股蒸汽在泄漏到高压前后最外侧腔室后再与空气混合，被稍低于1个大气压的轴封冷却器引走由于供汽位置在轴端外侧，若它的压力调整不当可能使轴封供汽量大于轴封抽汽量而导致油中带水从外部引入的低温蒸汽首先进入供汽联箱，由此被分配成两根支路其中一根直接通向高压前轴封第3腔室；另外一根则是母管，高压缸后低压缸前及后轴封供汽并于其上高压前后轴封的供汽压力显然不能做分别调整，只能通过供汽联箱进口的轴封压力自动调整门统一调整，流量则由预先设计好的管道尺寸决定从整台机组来看：高低压轴封联在同一母管的系统造成压力难以分别调整，即使是用轴封调整总门进行调节也易使高压缸后部在高负荷时漏汽，而高压缸后部轴封正对前瓦轴承室。

3、控制好高压缸前轴封第二腔室漏汽是防止轴封漏汽的关键，试验表明，如果将该二段漏汽压力提升到0．014 MPa以上，汽封处就会有明显的漏汽存在所以在保证机组真空的前提下，二段漏汽压力应该尽量调低，防止油中带水在机组运行中，当机组增加负荷时，轴封漏汽量增加，需要开大二段漏汽至加热器门；当机组减负荷时，又要防止空气从二段漏汽进入轴封冷却器进入凝汽器影响机组真空，需要关小该阀门二段漏汽至加热器门均为手动门，随着机组负荷的变化，运行人员必须频繁地就地进行操作，增加了调整难度，对机组安全运行有不利影响。

4、轴封冷却器也应该作解体改造和检查，重点是考虑提高冷却能力以及检查喷嘴直径是否磨损以致影响抽汽能力，使轴封的排汽不畅从而引起轴端漏出蒸汽。

5、油中带水主要是由蒸汽混入油系统中引起的，但不一定只是轴封漏汽，还有可能是轴承附近的缸体结合面泄露的蒸汽结合面包括：高压缸结合面轴封套结合面。汽缸在受到快速加热和冷却时，尤其是汽缸端部靠轴封处，由于该部位的约束紧固螺栓跨距大，对汽缸的约束力明显弱于其他部位，所以最易发生变形，在靠近猫爪内侧凹窝处易产生蒸汽外泄，高温蒸汽冲刷到轴承箱上使油中带水。轴封套同汽缸一样，在汽机的启停和变工况中由于温差的变化出现变形，轴封套变形后将造成轴封段蒸汽泄露，蒸汽会冲到轴承结合面上另外轴封套变形后使汽封磨损严重，汽封间隙增大，漏汽量增大。

6、理想情况下轴承内的压力应该低于大气压，这种负压通常是轴承流出的油流有抽吸作用引起的，但是润滑油释放出的大量油烟在高速旋转的转子带动下，在轴承室内扩散，升压会充满整个轴承室，若不及时排出，会从油挡间隙漏出聚集在油挡外造成漏油，所以轴承室的负压必须通过排烟机加以保持，但负压不能太大，以防将泄露出的蒸汽和空气吸入轴承室，这是一个比较矛盾的问题，需要选取合适的负压同时满足二者，负压一般控制在12～30 mm水柱，具体应该根据各瓦的实际情况进行调整，选择最佳工作压力。

7、缺乏有效的脱水滤油设备虽然不是造成汽轮机油中带水的根本原因，但是也为机组的安全稳定运行留下了隐患。

二、处理措施

1、轴封间隙的调整应该严格执行质量工艺标准。如考虑到影响汽封间隙的因素很多（包括：上下缸温差转子偏心轴瓦磨损下沉等多方面），将信号汽封间隙调整范围控制在0.10～0.15 mm左右。另外，在具体检修中，确保轴封间隙调整测量工艺方法得当，不允许贴一次胶布就判断出间隙值，而是在有擦痕最多层数和无擦痕最少层数之间比较准确地确定轴封间隙范围，尽量使信号汽封间隙向下限靠拢，圆周间隙分布调成立椭圆形。

2、轴封系统的改进。轴封系统中管径配置应基本合理，能够做到高压侧泄得出、低压侧供得上、封得住。一般方案可为：（1）高压前轴封的供汽管路上加装阀门，（2）高压缸后轴封的供汽管路直接接在供汽联箱上，并加装阀门，力图增加该段轴封供汽的灵活性和独立性，（3）低压缸前后轴封供汽母管上加装阀门，可以单独进行操作，从而保证机组真空严密性，（4）原先的高压缸前后轴封供汽，低压缸前后轴封供汽应设有压力表，可以监视各段轴封供汽压力。

3、高压缸结合面修刮执行质量标准是：高压缸冷紧后0.03 mm塞尺不入，塞入深度不超过1／3。修刮采用空扣缸彻底刮研结合面，拧紧螺栓找硬点的方法，由硬点中心向外逐渐扩大修刮，增大接触面积对于汽缸变形量大的部位采取局部补焊的办法；对于轴封套中分面的刮研首先拆下所有的汽封块，将汽封块槽道的锈蚀物、盐垢清理打磨干净；修刮汽封套中分