盧曉新

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

0 前言

汽機(jī)潤滑油主要作用是為汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的徑向軸承、推力軸承提供潤滑油；油質(zhì)不良可能引起軸頸磨損、軸瓦磨壞等故障的發(fā)生，影響到汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，因此，通過對汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)油質(zhì)的控制避免由于腐蝕、侵蝕及油質(zhì)污染而引起的設(shè)備運(yùn)行故障或設(shè)備損毀。

為了保證汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)油質(zhì)，我廠制定了相應(yīng)的潤滑油控制策略和總體要求按照要求頻度對設(shè)備油進(jìn)行取樣分析。

雖然對油品質(zhì)量、油運(yùn)行等各環(huán)節(jié)的把控都十分細(xì)致完善，但秦山核電30萬MW機(jī)組自2019年10月結(jié)束119大修進(jìn)入C20燃料循環(huán)后，潤滑油的重要控制指標(biāo)之一——顆粒度，在3個(gè)月內(nèi)仍然頻繁出現(xiàn)顆粒度超控制值（NAS7級(jí)）的異?，F(xiàn)象，顆粒度最高達(dá)到NAS10級(jí)，期間多次開啟分子濾油機(jī)進(jìn)行濾油，效果不明顯，在增加外設(shè)的脫水濾油機(jī)進(jìn)行濾油后，顆粒度勉強(qiáng)控制在NAS7級(jí)附近。2019年12月以來，潤滑油顆粒度依然反復(fù)出現(xiàn)超標(biāo)的現(xiàn)象，本次燃料循環(huán)期間機(jī)組潤滑油超標(biāo)現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間之久，反復(fù)出現(xiàn)次數(shù)之多前所未見。針對顆粒度反復(fù)超標(biāo)的現(xiàn)象，機(jī)組成立專門的行動(dòng)小組以期徹底解決顆粒度問題。

1 潤滑油顆粒超標(biāo)原因排查及分析

行動(dòng)小組分多個(gè)階段采取相應(yīng)措施對可能存在的導(dǎo)致潤滑油顆粒度超標(biāo)的原因進(jìn)行排查。

1.1 油系統(tǒng)的密封問題導(dǎo)致外界污染物進(jìn)入的排查

通過分析潤滑油的歷史取樣數(shù)據(jù)，在2018年的大修期間，由于檢修的在汽機(jī)現(xiàn)場有打磨的作業(yè)，粉塵較多，曾經(jīng)出現(xiàn)過當(dāng)天潤滑油的取樣顆粒度為NAS8級(jí)的異常情況，為了排查可能存在的外界污染物對潤滑油顆粒度的影響，行動(dòng)小組著手制定并實(shí)施了下列措施：

（1）通過前期優(yōu)化調(diào)整抽氣管位置，以防止灰塵被抽氣管可能吸入軸承。

（2）安排維修對8瓦集電環(huán)底座涂抹密封膠。防止有碳粉從底板漏出來，通過油檔的負(fù)壓區(qū)進(jìn)入潤滑油。

（3）對汽機(jī)軸瓦處的清灰，以防止油檔處的微真空可能會(huì)將灰塵吸入軸承等措施。

但是這些措施實(shí)行后，在濾油機(jī)持續(xù)投運(yùn)的情況下取樣結(jié)束顯示顆粒度高的現(xiàn)象依舊穩(wěn)定存在，由此可見外部污染物進(jìn)入潤滑油導(dǎo)致顆粒度超標(biāo)不是主要原因。而汽輪機(jī)廠房的內(nèi)部環(huán)境較去年2019年1月無變化，初步排除外界雜質(zhì)環(huán)境對于潤滑油顆粒度的影響。

1.2 機(jī)組內(nèi)部的機(jī)械磨損導(dǎo)致金屬雜質(zhì)的增加的排查

根據(jù)以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)顆粒度超標(biāo)后，投入分子濾油機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行持續(xù)濾油能改善顆粒度并使之在較短的時(shí)間內(nèi)回到限制之內(nèi)。但是在這次潤滑油顆粒度超標(biāo)的一段時(shí)間內(nèi)，投入分子濾油機(jī)進(jìn)行濾油，效果不明顯。

此外金屬顆粒超標(biāo)的預(yù)期影響并未出現(xiàn)，機(jī)組各瓦的軸振，軸溫，在顆粒度持續(xù)高的時(shí)間內(nèi)未見異常。

根據(jù)多次取樣結(jié)果顯示，樣本中顆粒尺寸65%集中在5～15μm；20%的顆粒尺寸集中在15～25μm；微量顆粒尺寸在25～50μm；大于50μm的顆粒始終沒有發(fā)現(xiàn)。

同時(shí)通過與以往的金屬雜質(zhì)含量檢測結(jié)果相對比發(fā)現(xiàn)金屬含量并沒有異常增高。因此由上判斷，此次潤滑油內(nèi)的顆粒度并非真實(shí)超標(biāo)；由機(jī)組內(nèi)部的機(jī)械磨損導(dǎo)致的顆粒度增加的情況并不適用于本次油質(zhì)超標(biāo)現(xiàn)象。

1.3 油系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境的變化導(dǎo)致顆粒度的變化的排查

通過對比各個(gè)大修所用的油品以及取樣結(jié)果顯示油樣中出泥、乳化、金屬銹質(zhì)等指標(biāo)與各個(gè)大修的數(shù)據(jù)變化不大，內(nèi)部環(huán)境的變化導(dǎo)致顆粒度的變化的理由并不充分。

1.4 取樣偏差的干擾原因的排查

通過以上措施進(jìn)行驗(yàn)證排查后，排查小組的研究重心開始轉(zhuǎn)向?qū)θ咏Y(jié)果有偏差的干擾因素的研究。

油樣中的水分含量偏大時(shí)，極易乳化成半透明狀。有水聚集在一起，會(huì)造成測量儀器出現(xiàn)顆粒度超標(biāo)的偏差現(xiàn)象。為了監(jiān)測潤滑油顆粒度的情況，排查小組特意增加了潤滑油的取樣頻度。并通過對潤滑油取樣管線持續(xù)沖洗后再取樣，以及增設(shè)4個(gè)不同位置的取樣點(diǎn)來增加樣本的可靠、真實(shí)程度，使之具有代表性。

為了驗(yàn)證水分對潤滑油的顆粒度的取樣結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響。2019年10月31日，在顆粒度持續(xù)出突破8級(jí)后通過對潤滑油僅投運(yùn)分子式濾油機(jī)（不過濾水）進(jìn)行連續(xù)濾油經(jīng)過24小時(shí)后取樣結(jié)果顆粒度仍然是8級(jí)。而當(dāng)投入外設(shè)的脫水濾油機(jī)持續(xù)運(yùn)行之后，含水量下降的同時(shí)，顆粒度的指標(biāo)也開始出現(xiàn)下降的趨勢。

2 潤滑油中出現(xiàn)水分增加的原因分析

通過與多個(gè)機(jī)組循環(huán)的數(shù)據(jù)的對比，發(fā)現(xiàn)119大修之后，含水量雖然沒有超過控制值（100 mg/L）但持續(xù)在處于一個(gè)相對高的數(shù)值。

汽輪機(jī)油中出現(xiàn)水分增加的情況一般由如下幾個(gè)原因?qū)е拢?/p>

（1）冷油器管束泄漏；

（2）冷油器底部存有雜質(zhì)；

（3）環(huán)境濕度對油質(zhì)的影響；

（4）汽輪機(jī)軸封有漏氣現(xiàn)象。

經(jīng)過排查小組對與以往的機(jī)組運(yùn)行狀況相對比，在排除其他原因后通過對汽機(jī)的軸封系統(tǒng)及潤滑油系統(tǒng)的工作原理分析初步認(rèn)定潤滑油水分增高主要為機(jī)組現(xiàn)存的缺陷汽輪機(jī)高壓缸前軸封漏氣所導(dǎo)致。

故障原因分析以及驗(yàn)證如下：因機(jī)組滿功率運(yùn)行期間，高壓缸的排汽壓力隨汽機(jī)功率增加而增加較大，導(dǎo)致高壓缸前軸封Y腔室的排汽壓力增大，部分蒸汽不能及時(shí)被軸封抽汽管抽走，從前軸封處外漏，外漏蒸汽透過汽機(jī)前軸承箱外檔的間隙吸入潤滑油系統(tǒng)中，導(dǎo)致潤滑油含水量增加。該類似現(xiàn)象在OT-116大修期間也出現(xiàn)過。在116大修后啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)過程中由于汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)真空建立不正確。各汽缸兩端軸封未能有效防止軸封蒸汽從轉(zhuǎn)子外伸端處漏出進(jìn)入大氣，該事件直接導(dǎo)致潤滑油進(jìn)水，油質(zhì)惡化。

2020年2月份春節(jié)期間，由于電網(wǎng)調(diào)峰需要，汽輪機(jī)組降功率200 MW運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)高壓缸前軸封漏氣量有較大變化，現(xiàn)場觀察只有微量漏氣，維修人員停止現(xiàn)場所有濾油工作，經(jīng)過低功率運(yùn)行20多天內(nèi)，化學(xué)分析多次取樣結(jié)果顯示潤滑油顆粒度和水分都處于極低的水平。

2020年2月26日，機(jī)組升至滿功率后，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)軸封漏氣量增大，潤滑油的水分、顆粒度也隨著大幅升高。

通過以上排查可以基本判定高壓缸前軸封漏氣作為此次潤滑油水分、顆粒度持續(xù)幾個(gè)月反復(fù)超標(biāo)的原因。

3 采取措施及取得的效果

為了限制軸封漏氣對含水量的影響，從而控制潤滑油顆粒度超標(biāo)的現(xiàn)象。運(yùn)行維修共同配合，通采取了多種措施來控制：

（1）現(xiàn)場已安裝臨時(shí)抽吸及接水裝置；

（2）每天對高壓缸前軸封漏氣情況及各汽機(jī)軸封壓力進(jìn)行跟蹤；

（3）調(diào)整就地軸封壓力至0.021 MPa（表壓）；

（4）潤滑油定期取樣，跟蹤油質(zhì)水分及顆粒度，視情況安排潤滑油脫水/濾油工作；

（5）在現(xiàn)場增加了第二臺(tái)脫水濾油機(jī)。

而后排查小組針對軸封漏氣故障原因，在現(xiàn)場安裝臨時(shí)抽氣管，抽走外漏的蒸汽，減少漏入軸承箱的蒸汽總量，以達(dá)到降低潤滑油含水量的目的。對現(xiàn)有臨時(shí)抽氣裝置上進(jìn)行改進(jìn)了優(yōu)化具體方案是：

現(xiàn)場增加兩臺(tái)臨時(shí)抽氣的軸流風(fēng)機(jī)，分別從高壓缸左側(cè)、右側(cè)抽走軸封漏氣。其中抽氣管吸入端選用φ130 mm的圓管，從高壓缸底部與前軸承箱底部之間的空隙送至前軸封附近，并可靠固定；抽氣管吸入端與軸流風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口通過柔性風(fēng)管連接，軸流風(fēng)機(jī)安裝至04#廠房凝汽器底部坑內(nèi)，直接將吸入的蒸汽排入坑內(nèi)。

現(xiàn)場安裝在高壓缸軸封處的臨時(shí)抽氣裝置改為臨時(shí)鼓風(fēng)裝置。維持現(xiàn)有安裝位置不變，將原軸流風(fēng)機(jī)的排風(fēng)口與風(fēng)管連接，向高壓缸前軸承箱與前軸封處送風(fēng)，形成正壓，便于底部的抽氣裝置及時(shí)抽走泄漏蒸汽。

自2020年3月，高壓缸前軸封處的臨時(shí)抽氣裝置在進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化后，潤滑油顆粒度超標(biāo)的現(xiàn)象極少出現(xiàn)。

4 結(jié)論

機(jī)組大修自發(fā)現(xiàn)顆粒度反復(fù)異常升高，到最終發(fā)現(xiàn)原因并解決問題，確認(rèn)超標(biāo)是由于軸封漏氣進(jìn)入潤滑油干擾了潤滑油顆粒度測量的分析結(jié)果，歷時(shí)將近5個(gè)月，整個(gè)分析處理過程分為3個(gè)階段，分別為降低顆粒度處理、對潤滑油顆粒度超標(biāo)原因的排查、解決問題。根據(jù)處理過程可得出下列結(jié)論：

（1）潤滑油顆粒度是表征潤滑油油質(zhì)的重要指標(biāo)之一；顆粒度真實(shí)偏高會(huì)嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)的正常運(yùn)行，必須要予以重視。而影響潤滑油顆粒度的因素很多，因此，在出現(xiàn)顆粒度超標(biāo)的現(xiàn)象必須立即處理并組織排查從而可靠判斷是否存在真實(shí)性的顆粒度異常升高。

（2）潤滑油顆粒度的測量容易受到軸封漏氣的干擾。根據(jù)幾個(gè)月的油質(zhì)分析數(shù)據(jù)顯示在軸封漏氣情況下即使含水量在規(guī)定的限值內(nèi)，也會(huì)對測量的結(jié)果才是比較大的影響，而當(dāng)水分控制在40×10-6以內(nèi)時(shí)顆粒度的測量結(jié)果較為準(zhǔn)確。本次事件雜質(zhì)的測量數(shù)據(jù)分析表明如果是由軸封漏氣引起的測量結(jié)果誤差，會(huì)對5～15微米級(jí)別的顆粒產(chǎn)生極大影響，而其他文獻(xiàn)[5]也有一致的論斷。這一結(jié)論可對今后出現(xiàn)類似情況時(shí)對顆粒度是否真實(shí)超標(biāo)提供參考。

（3）機(jī)組現(xiàn)有濾油機(jī)由于現(xiàn)場缺少冷卻水源，正式的脫水濾油機(jī)無法使用，潤滑油脫水處理能力限制予外接的臨時(shí)移動(dòng)濾油機(jī)的脫水能力，外接移動(dòng)濾油小車投入情況下一般要連續(xù)運(yùn)行48 h才能將潤滑油油質(zhì)達(dá)到油清潔度脫水能力有限；而能正常使用的分子濾油機(jī)濾油應(yīng)對水分引起的油質(zhì)超標(biāo)時(shí)效率低下，不能起到應(yīng)有的效果。因此，濾油系統(tǒng)需要進(jìn)行改造（相應(yīng)改造在計(jì)劃實(shí)施中）以滿足分子濾油和脫水需要。

（4）高壓缸前軸封漏氣作為此次潤滑油水分、顆粒度持續(xù)幾個(gè)月反復(fù)異常的原因，在機(jī)組運(yùn)行期間內(nèi)，很難將該缺陷徹底解決。因此，在后續(xù)大修期間汽機(jī)檢修、安裝過程中要注意對軸封間隙做精細(xì)化控制和有效調(diào)整，保證間隙合適，以減少前軸封漏氣的可能性。在機(jī)組功率運(yùn)行期間如果出現(xiàn)軸封漏氣，可以采取其他措施進(jìn)行緩解。在此次事件中通過，在高壓缸軸封漏氣處增加的臨時(shí)抽氣裝備設(shè)置，就降低了軸封漏氣對潤滑油油質(zhì)的影響，這個(gè)措施可作為良好運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)為其他機(jī)組在處理類似狀況時(shí)提供借鑒。