謝尉揚(yáng)

（浙江浙能能源技術(shù)有限公司，杭州310052）

為了提高汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度和運(yùn)行可靠性，大型汽輪機(jī)的控制系統(tǒng)已普遍采用電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。汽輪機(jī)控制油供應(yīng)系統(tǒng)一般獨(dú)立于潤滑油系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)采用不銹鋼材料，以避免因系統(tǒng)污染和碳鋼材料銹蝕引起的問題，有利于防止控制系統(tǒng)中伺服閥、電磁閥等關(guān)鍵設(shè)備的腐蝕和卡澀，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。由于油動(dòng)機(jī)緊鄰高溫閥門，為防止漏油可能引起的火災(zāi)事故，控制油采用具有高自燃點(diǎn)的抗燃油。隨著汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)的提高，閥門控制需要更大的動(dòng)力，控制油一般采用高壓油系統(tǒng)，以減小油動(dòng)機(jī)的尺寸。

1 控制油站作用

汽輪機(jī)控制油站為汽輪機(jī)的主汽門和調(diào)門提供高壓控制油，同時(shí)還可以為汽輪機(jī)旁路、給水泵汽輪機(jī)（簡稱“小汽輪機(jī)”）提供高壓控制油?？刂朴驼景ㄓ拖洌捅?，加熱器，過濾器，溢流閥，冷卻器，蓄能器，再生油泵，再生過濾器，以及監(jiān)測(cè)油位、油溫、油壓的就地表計(jì)，變送器和繼電器等，為汽輪機(jī)閥門控制提供壓力、溫度和油質(zhì)指標(biāo)合格的控制油。為保證汽輪機(jī)調(diào)節(jié)過程中控制油壓穩(wěn)定，在油箱和油動(dòng)機(jī)附近還配置有一定容量的蓄能器［1］。

2 控制油再生處理

汽輪機(jī)控制油系統(tǒng)常用三芳基磷酸酯作為抗燃油。三芳基磷酸酯是一種很好的潤滑材料，具有優(yōu)良的抗磨性能，其粘度、閃點(diǎn)、自燃點(diǎn)、熱分解溫度均較高，并有較好的抗水解性和熱氧化安定性，能滿足大型汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)油質(zhì)的要求。需要注意的是，磷酸酯抗燃油對(duì)氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求很嚴(yán)格，氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)會(huì)加速磷酸酯的分解，并導(dǎo)致伺服閥的腐蝕。磷酸酯抗燃油中的氯來自合成中的副產(chǎn)物，也可能來自安裝、檢修過程中的清洗劑、密封材料、油漆和標(biāo)記等。

抗燃油在運(yùn)行過程中，由于環(huán)境溫度較高、油箱吸入濕氣等原因會(huì)導(dǎo)致抗燃油的劣化［2］。油質(zhì)劣化使酸值升高，而酸值升高又導(dǎo)致油質(zhì)進(jìn)一步劣化，將引起調(diào)速系統(tǒng)部件產(chǎn)生腐蝕、卡澀等故障，嚴(yán)重影響安全運(yùn)行［3］。為保證控制油品質(zhì)穩(wěn)定，使控制油中顆粒污染度、水分、酸值、氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)、電阻率、泡沫特性等各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，控制油站必須配置在線再生處理裝置。利用硅藻土、極性硅鋁、分子篩、離子交換樹脂、玻璃纖維濾器、真空過濾等材料或方法，對(duì)抗燃油進(jìn)行吸附、過濾、離子交換、真空等處理。硅藻土可除去油中酸性產(chǎn)物，極性硅鋁和分子篩可除去油中極性產(chǎn)物［4］，真空和波紋纖維濾器可除去油中水分，樹脂可以處理酸性物質(zhì)以及金屬離子［5］。通過合理選取再生材料和凈化方法，保證控制油品質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 控制油油泵容量

控制油油泵容量一般根據(jù)主汽輪機(jī)的需要來確定。由于汽輪機(jī)閥門數(shù)量、油動(dòng)機(jī)尺寸、調(diào)節(jié)方式（如噴嘴調(diào)節(jié)、節(jié)流調(diào)節(jié)）以及控制油壓力的不同，控制油泵的容量將有較大的差別。提高控制油壓可使油動(dòng)機(jī)尺寸縮小，從而減小閥門每次動(dòng)作的用油量，相應(yīng)地降低油泵容量。小容量油泵配置的電機(jī)功率較小，比較節(jié)能。為維持油壓穩(wěn)定，小容量油泵系統(tǒng)應(yīng)配置較大容量的蓄能器。如果控制油壓力較低，則需要尺寸較大的油動(dòng)機(jī)，相應(yīng)地要配置較大容量的油泵。大容量油泵更能保證油動(dòng)機(jī)的開啟速度，并且容易使油壓穩(wěn)定，在某些情況下還可提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。表1為國內(nèi)一些汽輪機(jī)配置的控制油泵參數(shù)，其中機(jī)組D的控制油泵容量較小，原因是獨(dú)立供油系統(tǒng)控制油壓力高，主汽輪機(jī)的閥門數(shù)量少，并且是節(jié)流調(diào)節(jié)方式。由表1可知：控制油壓力在11～12MPa的油泵，其容量普遍要大于控制油壓力在14～16MPa的油泵。

表1 汽輪機(jī)控制油泵參數(shù)

根據(jù)汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程，主汽門和調(diào)門需要定期進(jìn)行活動(dòng)性試驗(yàn)，以降低動(dòng)靜部件間氧化皮的沉積，防止汽門長期不活動(dòng)可能引起的卡澀。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)汽門活動(dòng)性試驗(yàn)設(shè)計(jì)有專門的試驗(yàn)電磁閥和試驗(yàn)程序。汽輪機(jī)長期運(yùn)行會(huì)使控制油品質(zhì)劣化，系統(tǒng)中一些控制油不經(jīng)常流動(dòng)的地方，也容易引起污染物的沉積，如果維護(hù)不當(dāng)可能會(huì)使控制油品質(zhì)超標(biāo)，影響機(jī)組的可靠運(yùn)行。例如表1中機(jī)組C和機(jī)組D，在進(jìn)行汽門活動(dòng)性試驗(yàn)時(shí)，均發(fā)生因跳閘電磁閥卡澀，致使控制油壓下降，造成汽輪機(jī)跳閘的事故。在事故分析中，控制油顆粒污染、跳閘電磁閥故障判斷、試驗(yàn)供油回路閉鎖、試驗(yàn)程序合理性等是重要因素，但系統(tǒng)配置的控制油泵容量較小，不能維持控制油壓穩(wěn)定也是不可忽視的原因。

4 公用控制油系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行的影響

在電廠設(shè)計(jì)時(shí)如不考慮公用的控制油系統(tǒng)，主汽輪機(jī)、小汽輪機(jī)、高壓旁路和低壓旁路均配置獨(dú)立的控制油站，每個(gè)系統(tǒng)的控制油泵容量、控制油壓力和蓄能器容量都可根據(jù)各自的需要來選定。這樣，每一套控制油系統(tǒng)均比較簡單，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不會(huì)相互影響，安全性和可靠性比較高；但設(shè)備數(shù)量多，檢修工作量大，備品備件復(fù)雜。

當(dāng)電廠設(shè)計(jì)考慮采用公用控制油系統(tǒng)時(shí)，主汽輪機(jī)的控制油站還需向汽輪機(jī)旁路甚至小汽輪機(jī)提供控制油。對(duì)于控制油泵的容量，由于汽輪機(jī)制造廠在油泵選型時(shí)往往留有一定的裕量，同時(shí)考慮到旁路和小汽輪機(jī)閥門都配有一定容量的蓄能器，一般不需要再增大控制油泵容量。如某制造廠600MW和1 000MW機(jī)組，無論是獨(dú)立供油系統(tǒng)還是公用供油系統(tǒng)，其油泵的容量和壓力完全相同。

從用油角度來分析，在主汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前，僅旁路調(diào)節(jié)需要控制油。當(dāng)汽輪機(jī)不帶旁路啟動(dòng)時(shí)，僅汽輪機(jī)閥門需要控制油。當(dāng)汽輪機(jī)帶旁路啟動(dòng)時(shí)，主汽輪機(jī)和旁路閥門同時(shí)需要控制油，因控制轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的需要，閥門開度調(diào)節(jié)量較小，供油量能滿足調(diào)節(jié)需要，即使短時(shí)供油緊張，系統(tǒng)中還有蓄能器可以補(bǔ)充。小汽輪機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間可與主汽輪機(jī)錯(cuò)開安排，兩者不會(huì)同時(shí)大量用油。當(dāng)機(jī)組升負(fù)荷或參與調(diào)頻時(shí)，由于負(fù)荷變化速率有限制，主汽輪機(jī)和小汽輪機(jī)的調(diào)門無需大量用油。當(dāng)汽輪機(jī)減負(fù)荷、快速切負(fù)荷、甩負(fù)荷或跳閘時(shí)，由于汽門是關(guān)閉方向，動(dòng)力靠彈簧，無需動(dòng)力用油。而機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷或跳閘時(shí)，汽輪機(jī)旁路閥需要快速打開，控制油正好供給旁路閥，由于旁路閥快開需要大量用油，不足部分則依靠蓄能器供給。因而在控制油用戶增加時(shí)，即使不增大油泵容量，各種工況下也能滿足控制需要。

由于汽輪機(jī)旁路和小汽輪機(jī)閥門所需要的控制油壓力不一定與主汽輪機(jī)的完全相等，雖然機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)能滿足這些閥門的開關(guān)需要，但在緊急工況時(shí)有可能會(huì)影響這些閥門的調(diào)節(jié)性能；同時(shí)，由于擴(kuò)大了壓力油系統(tǒng)的供應(yīng)范圍，管路接口大量增加，萬一某一部位發(fā)生泄漏，將降低整個(gè)供油系統(tǒng)的可靠性。某300MW機(jī)組公用供油系統(tǒng)在一次滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，小汽輪機(jī)進(jìn)油軟管破裂泄漏，造成整個(gè)控制油系統(tǒng)壓力下降至9.3MPa，主汽輪機(jī)跳閘。跳閘后高壓旁路閥僅能打開一半，低壓旁路閥不能打開，再熱汽壓力急升引起再熱器安全門動(dòng)作，從而對(duì)電廠的安全運(yùn)行造成威脅。

5 公用控制油系統(tǒng)優(yōu)化建議

對(duì)于設(shè)計(jì)采用公用控制油系統(tǒng)的電廠，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和保護(hù)邏輯上可以進(jìn)一步優(yōu)化。

5.1 系統(tǒng)設(shè)備選擇方面

由于工程上先采購主汽輪機(jī)，這樣就確定了控制油壓力，在采購汽輪機(jī)旁路和小汽輪機(jī)時(shí)，應(yīng)明確閥門油動(dòng)機(jī)必須按照主汽輪機(jī)的控制油壓力來設(shè)計(jì)和選擇。某電廠曾發(fā)生汽輪機(jī)甩滿負(fù)荷后低壓旁路閥無法打開的情況，后查明是油動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足，可能是油動(dòng)機(jī)活塞面積不夠，或者是控制油壓力不夠，由于無法改變控制油壓力，最后通過更換尺寸更大的油動(dòng)機(jī)來解決。

為減輕小汽輪機(jī)或旁路控制油泄漏對(duì)電廠安全運(yùn)行造成的威脅，建議在供應(yīng)小汽輪機(jī)及旁路的控制油管道上裝設(shè)逆止閥和隔離閥。由于旁路閥本身配有蓄能器，根據(jù)嚴(yán)格的配置要求，蓄能器的容量應(yīng)能保證旁路閥開關(guān)兩次，這樣即使發(fā)生小汽輪機(jī)油管泄漏，在汽輪機(jī)跳閘后也能保證汽輪機(jī)旁路的開啟和關(guān)閉，防止鍋爐過熱器或再熱器超壓。

5.2 保護(hù)邏輯方面

在保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)上，應(yīng)提高汽輪機(jī)跳閘時(shí)控制油壓的整定值。該整定值可以通過試驗(yàn)方法來確定，在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前進(jìn)行試驗(yàn)，分別調(diào)整過熱蒸汽和再熱蒸汽的壓力到汽輪機(jī)最大負(fù)荷工況時(shí)的壓力，緩慢降低控制油壓力，分別進(jìn)行打開高壓旁路閥和低壓旁路閥的試驗(yàn)，當(dāng)控制油壓力降到剛好還能打開旁路閥時(shí)，得到一個(gè)控制油的最低壓力。該最低壓力也可以通過計(jì)算取得，利用蒸汽壓力、油動(dòng)機(jī)活塞直徑、旁路閥閥座直徑，根據(jù)力平衡原理計(jì)算出所需的控制油壓力。在該最低壓力的基礎(chǔ)上考慮一定的余量，并結(jié)合汽輪機(jī)原來的設(shè)定壓力，選取一個(gè)合適的汽輪機(jī)跳閘壓力。這樣即使在控制油壓力低汽輪機(jī)跳閘時(shí)，高壓旁路閥和低壓旁路閥還能自動(dòng)打開，避免鍋爐安全閥動(dòng)作。

6 結(jié)語

采用獨(dú)立的汽輪機(jī)控制油供應(yīng)系統(tǒng)，能提高汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性，通過在線再生凈化處理，可以保證控制油品質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)主汽輪機(jī)、汽輪機(jī)旁路和小汽輪機(jī)采用公用控制油系統(tǒng)時(shí)，一般不需要增大控制油泵容量，但大容量油泵有利于維持控制油壓的穩(wěn)定，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。汽輪機(jī)旁路和小汽輪機(jī)閥門的油動(dòng)機(jī)必須按照主汽輪機(jī)控制油的壓力來設(shè)計(jì)和選擇。建議在去汽輪機(jī)旁路和小汽輪機(jī)的控制油管道上增設(shè)逆止閥和隔離閥，同時(shí)對(duì)控制油壓力低跳閘汽輪機(jī)的保護(hù)定值進(jìn)行優(yōu)化，以防止因控制油壓低跳閘汽輪機(jī)時(shí)無法打開汽輪機(jī)旁路而引起的安全隱患。

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