廖世偉

（國電蚌埠發(fā)電有限公司，安徽蚌埠 233000）

0 引言

頂軸油系統(tǒng)是電站關鍵的汽輪機輔助配套系統(tǒng)，其可靠性和穩(wěn)定性對汽輪機的運轉影響極大。本文主要研究了某電廠二期3#、4#機組頂軸油系統(tǒng)故障率高的問題，并提出相關整改措施，取得了良好的治理效果，可以為同類機組的運維提供參考借鑒。

1 系統(tǒng)設備及故障問題

1.1 系統(tǒng)概況

某電廠3#、4#機組為660 MW 超超臨界二次中間再熱凝汽式汽輪機組，汽輪機潤滑油系統(tǒng)配套有主機頂軸油分系統(tǒng)（圖1）。主機頂軸油系統(tǒng)配套3 臺頂軸油泵，每臺泵出口經過1 個模塊后，3 路匯聚到1 個總模塊再經母管分配套各個軸瓦。

圖1 主機潤滑油系統(tǒng)

1.2 存在的問題

3#、4#機組自2018 年投產以來，頂軸油系統(tǒng)故障率較高，主要故障現(xiàn)象為系統(tǒng)油壓低、油壓波動、不起壓等。頂軸油系統(tǒng)的頻繁故障嚴重了威脅汽輪機的正常運行。2021 年，該電廠在3#、4#機B 修期間對各軸瓦進行檢修，檢查發(fā)現(xiàn)多個瓦的烏金損壞，特別是1#～3#瓦出現(xiàn)烏金大塊脫落，破損嚴重。主機頂軸油系統(tǒng)運行異常導致汽輪機軸瓦損壞，影響機組安全。

由圖2 可以看出，3#、4#機組頂油油系統(tǒng)故障次數(shù)呈上升趨勢。頂軸油系統(tǒng)頻繁故障已經成為影響機組安全可靠運行的重大威脅，急需進行系統(tǒng)的分析和處理。

圖2 3#、4#機組頂軸油系統(tǒng)故障統(tǒng)計

2 頂軸油系統(tǒng)故障原因分析

電廠頂軸油系統(tǒng)故障主要分為液壓模塊故障和其他故障，其他故障主要集中在頂軸油管脫落故障，且故障頻次有上漲趨勢。

表1 頂軸油系統(tǒng)故障原因統(tǒng)計

對頂軸油系統(tǒng)故障率高的原因進行系統(tǒng)查找，對人、機、料、法、環(huán)5 個要素進行要因分析，最終找到了5 個影響因素，分別是預防性檢修計劃周期設置過長、油泵出口模塊設計不合理、軸封漏汽量大、在線濾油機流量不足、軸承軟管接頭選型不合理等，具體分析結果如下。

2.1 預防性檢修計劃周期設置過長

頂軸油系統(tǒng)模塊為進口設備，按照說明書要求每3年執(zhí)行1 次檢修，每次檢修需外委給專業(yè)的液壓檢修公司進行檢修和試驗。另外，由于二次再熱汽輪機軸瓦的特殊設計，有的軸瓦在檢修過程中翻入、翻出時，需要投運頂軸油系統(tǒng)頂起汽輪機轉子，否則無法翻瓦。這就造成3#、4#機組在每次等級檢修時，如果有軸瓦檢修項目，為了保證順利翻瓦，頂軸油模塊都未能外委出廠檢修。

由此可知，設備未能按規(guī)定進行針對性的檢查檢修，預防性檢修計劃沒有進行及時調整，檢修周期不能適應設備實際運行狀況的需要，導致頂軸油系統(tǒng)每年故障率居高不下。

2.2 油泵出口模塊設計不合理

根據(jù)圖3 可知，頂軸油油泵出口通道至逆止閥前，分別并聯(lián)接入了1 個調壓閥（溢流閥）和1 個電磁換向閥。在泵啟動前10 s 內，電磁換向閥處于失電狀態(tài)，與回油管路聯(lián)通，頂軸油泵出口油通道卸油。泵啟動10 s后，電磁閥上電，關閉油路，油泵對頂軸油母管正常供油。這樣設計可以很好地排出空氣，還可以避免油泵在啟動過程中突然全出力造成憋泵，以防止油泵損壞。

圖3 頂軸油泵出口模塊原理

該電廠的電磁閥設計了5 個通道，包括2 個回油通道、1 個壓力油通道、1 個A 路供油通道、1 個B 路供油通道。電磁閥的2 個回油口對稱布置，在電磁閥內部是導通的。而用于安裝電磁閥的模塊則只設計了4個油口，也就使電磁閥的一個回油口處于悶死狀態(tài)，這樣設計本身可以滿足系統(tǒng)泄壓流量要求。但是在當油質較差的情況下，這種設計方式導致悶死的回油口由于沒有油通過，使雜質容易在該位置聚集，長時間運行后會導致電磁閥閥芯卡澀（圖4）。因此，油泵出口模塊設計不合理也是頂軸油系統(tǒng)故障率高的原因之一。

圖4 電磁閥閥芯雜質聚集情況

2.3 軸封漏汽量大

頂軸油泵出口切換電磁閥故障是造成頂軸油泵不出力或者出力低的主要原因。除了模塊設計缺陷導致雜質聚集外，其閥芯本身以及閥體生銹也是造成卡澀的重要原因，而油中帶水是引起液壓系統(tǒng)電磁閥內部生銹的主要原因。

經檢測，3#、4#機組均存在潤滑油微水值經常超標的情況，導致電磁閥的閥芯容易生銹、閥芯卡澀，油泵啟動10 s 后，電磁閥上電后無法關嚴，壓力油從電磁閥處卸走，頂軸油母管油壓無法建立，造成系統(tǒng)故障。

經過系統(tǒng)檢查，發(fā)現(xiàn)油中水的來源主要是軸封漏汽。通過對3#、4#機每個缸的軸封進行專項檢查，確定3#機的高壓缸前、后軸封、4#機的超高壓缸前軸封漏汽較大，在機組長期高負荷工況下漏汽量加大，導致潤滑油微水超標，是造成頂軸油系統(tǒng)故障率高的原因之一。

2.4 在線濾油機流量不足

3#、4#汽輪機的潤滑油系統(tǒng)各配備了1 臺HCP100（PALL）型濾油機，最大處理流量為100 L/min。然而在水分較高的情況下，該濾油機無法滿足濾油出力要求。特別是機組長期高負荷運行期間，過濾時間長、過濾油質無法達到合格值，這種情況可能引發(fā)油泵損壞、電磁閥卡澀等問題。因此，配套的在線濾油機處理流量不足，無法對油質進行有效控制，是導致頂軸油系統(tǒng)發(fā)生故障的重要原因。

2.5 軸承頂軸油軟管接頭選型不合理

3#、4#機組軸承頂軸油供油軟管經常發(fā)生脫落故障，更換新接頭也無法解決脫落的情況。對3 家電廠同類型的6 臺機組進行調研，發(fā)現(xiàn)上汽二次再熱汽輪機的軸承頂軸油管普遍存在易脫落的問題，對軸承油膜剛度、頂軸油系統(tǒng)壓力造成不利影響。

頂軸油管頻繁脫落問題普遍存在于同類機型，說明該軟管接頭的選型存在嚴重問題。經過解體研究，該類型活接的云頭通過脹管方式固定在加長短管上，這種連接方式在長期高壓油作用下很容易脫開，造成泄漏、脫落。因此，軸承頂軸油活結頭選型不合理，是造成頂軸油系統(tǒng)異常的重要原因之一。

3 軸封漏汽問題解決

3.1 漏汽點分析

對3#、4#汽輪機軸封漏汽情況進行檢查，3#機組為高壓缸前、后軸封泄漏，4#機組為超高壓缸前軸封泄漏。由于二次再熱機組大修周期為10～12 年，而目前機組只運行了5 年左右，不具備開缸檢修條件。機組停機且盤車停運時用塞尺測量軸封間隙，發(fā)現(xiàn)3#機組高壓缸前后軸封左右間隙偏差較大，但總間隙在標準范圍內，說明是轉子與缸體因運行膨脹等原因發(fā)生了偏移，造成軸封某個方向間隙大，可以通過碰缸調整的方式來解決。

4#機超高壓缸前軸封上下、左右間隙均較大，說明軸封整體被磨損，已無法通過碰缸的方式進行修正，需考慮其他方法解決。

3.2 軸端漏汽擋汽裝置設計

為了解決4#機超高壓缸前軸封磨損漏汽大的問題，可以在軸封外側再設計一道密封，把漏出蒸汽引出，防止水汽通過軸承室進入油系統(tǒng)，造成頂軸油系統(tǒng)異常。

擋汽環(huán)材料設計為12Cr1MoV 鋼，可以耐受外缸高溫（圖5）。利用現(xiàn)有端面上的運輸環(huán)螺栓孔進行安裝固定，在保證機組安全運行的前提下安裝一個具有阻汽功能的擋板對端部汽封漏汽進行阻擋，同時在擋汽環(huán)上部開漏汽孔，將軸封漏汽回收至軸加。

圖5 擋汽裝置設計

擋汽裝置采用兩半的形式，在現(xiàn)場進行拼裝。為防止擋汽裝置與軸頸發(fā)生碰磨，設計和安裝時應充分考慮擋汽環(huán)的徑向定位。擋汽齒必須光滑，防止汽輪機運行時轉子與擋汽齒碰磨，以保證任何工況下?lián)跗h(huán)連接管道的膨脹、收縮不影響擋汽環(huán)與軸頸的徑向間隙，造成軸頸損壞。

擋汽環(huán)設計充分考慮軸向上與軸承座、油封環(huán)、汽缸、轉子等部件之間的空間限制和間隙要求，保證機組安全穩(wěn)定運行要求。應依據(jù)可能出現(xiàn)的最高工作溫度和壓力，并能在此溫度、壓力下長期正常工作。

擋汽環(huán)包含與擋汽環(huán)配套的8 套柔性管接、2 套壓力表、2 套鋼管及相關管件、2 套閥門、2 套緊固件、2套擋汽環(huán)外表面保溫噴涂材料、2 套密封材料等配套輔材以及現(xiàn)場安裝所需的消耗性材料等。

4 綜合整治

4.1 完善頂軸油設備的預防性檢修計劃

4.1.1 研究頂軸油模塊原理和檢修工藝

由于頂軸油模塊為進口設備，檢修需要交給專業(yè)的外委廠家處理，一般外委工期需要10 d 左右。因盤車冷卻需要投運頂軸油，每次頂軸油設備外委檢修往往在機組檢修開工20 d 以后才能回廠。而上汽二次再熱機組汽輪機軸瓦檢修需投運頂軸油，受工期限制，頂軸油系統(tǒng)液壓設備無法送出檢修。依靠外委廠家檢修的方式無法滿足設備維護的需要，因此研究在現(xiàn)場檢修頂軸模塊的方法非常必要。

在沒有內部結構原理圖的情況下，為了弄清頂軸油泵出口模塊原理，對換下的舊模塊進行拆卸研究，畫出內部原理結構圖。對電磁閥進行解體，做好每個拆解步驟的詳細記錄，并拍照留存。設計試驗裝置，包括壓力氣瓶、試驗底座、測量儀表等部件，可以對模塊進行相關性能試驗，驗證檢修質量，確保設備能夠正常使用。通過不斷的試驗與改進，電廠設備管理人員最終成功地研究出頂軸油系統(tǒng)模塊檢修技術，并制成檢修文件包，方便后續(xù)的日常檢修。

4.1.2 修改檢修規(guī)程

2022 年1 月，該電廠對頂軸油系統(tǒng)檢修規(guī)程進行了修訂，將頂軸油系統(tǒng)檢修周期由3 年1 次檢修改為每年1 次本廠自修，3 年1 次外委檢修。自修主要以清理、檢查記錄為主，外委檢修主要是以修復試驗為主，保證了頂軸油系統(tǒng)的檢修質量。

4.2 頂軸油泵出口模塊改造

頂軸油模塊只有4 個油口，與電磁閥的5 個油口不匹配（圖6）。雖然在功能上滿足使用要求，但是在該電廠油系統(tǒng)環(huán)境中，會導致該電磁閥回油口對應的閥芯容易生銹、聚集雜質，造成電磁閥卡澀或開不到位，引起頂軸油系統(tǒng)異常。

圖6 頂軸油泵出口模塊改造前后對比

為了解決該問題，對模塊進行改進，直接把2 個回油孔打通。另外在模塊前新設置1 個前置濾網，對油顆粒進行過濾。

4.3 解決軸封漏汽量大問題

4.3.1 軸端漏汽擋汽裝置

為解決軸封漏汽問題，電廠專門設計了一個軸端漏汽擋汽裝置。該裝置為左、右兩半結構，包括管路、儀表、閥門等輔件，裝置鑲有密封齒，與軸的單邊間隙為0.6 mm，裝置底部設計有排汽管路，與軸加入口相連接。其原理是通過軸加風機抽氣作用，使裝置腔室保持負壓，軸封泄漏的蒸汽進入到擋汽裝置內腔室，通過裝置排汽管路引至軸加，有效避免軸封漏出的蒸汽漏出并進入軸承箱。

4.3.2 汽輪機碰缸調整軸封間隙

為解決3#機高壓缸軸封漏汽問題，考慮到軸封總間隙在合格范圍內，可用碰缸的工藝使軸封上下間隙和左右間隙在合格范圍內，從而解決軸封漏汽問題。用千分表測量軸與缸體的相對位置，拆卸缸體立銷、貓抓滑板，通過千斤頂、頂起螺栓對缸體進行整體移動，得到偏差值，再通過調整立銷和滑板厚度來調整缸體與轉子的相對位置。

4.4 在線濾油機流量不足

為了解決在線濾油機修理不足的問題，該電廠專門采購了1 臺PALL 公司生產的HVP200 型濾油機，其處理流量為12 000 L/h。大流量濾油機采用真空脫水，相比較原在線濾油機的聚結濾芯脫水方式，脫水效率更高、維護成本更低。

4.5 更改軸承頂軸油軟管接頭連接形式

由于頂軸油管與軸瓦進油口接頭的云頭脹接在短管上，在高壓使用環(huán)境下很容易脫落。為解決這個問題，電廠去掉了中間短管和中間云頭，直接用兩端的螺母接頭相連（圖7）。

圖7 優(yōu)化后的頂軸油管接頭

5 效果檢查

（1）修改頂軸油系統(tǒng)設備檢修計劃和規(guī)程后，根據(jù)設備的實際情況開展檢修，合理安排檢修計劃。經過本次活動，檢修人員成功掌握了進口液壓設備的檢修技術和技能，能夠更加方便靈活地開展檢修，使設備和系統(tǒng)保持在健康的工作狀態(tài)。

（2）頂軸油模塊改造后，經過1 年運行后對其解體檢查，結果表明電磁閥閥芯，特別是原悶死的單側回油口處，無任何雜質聚集。經過本次改造優(yōu)化，有效避免了雜質卡住電磁閥和模塊安裝部件，改造效果顯著。

（3）汽輪機軸封漏汽處安裝擋汽裝置以及碰缸調整后，在不同負荷工況下多次檢查汽缸外部，確認無任何漏汽，潤滑油微水值在濾油機不投運的情況下依然能在較長時間保持合格，說明本次優(yōu)化成功解決了軸封漏汽對頂軸油系統(tǒng)的影響。

（4）增加大流量濾油機后，整個油系統(tǒng)處理能力大大增強，而且能和原有的在線濾油機共同使用，總處理流量能達到18 000 L/h。在某次機組開機過程中，對濾油機性能進行試驗，油顆粒度由12 級過濾至6 級只需8 h，微水由532 mg/L 過濾至50 mg/L 以內只需5 h，較整治前的過濾效率提高了4～5 倍。濾油機的處理能力增強后，在面對未來油系統(tǒng)不可預知的油質變差情況能夠很快地對其處理，系統(tǒng)抗異常能力大大增強。

（5）頂軸油管接頭優(yōu)化后，經過1 年的觀察，3#、4#機組未再發(fā)生頂軸油管脫落故障。在2023 年4#機C 修期間，對各軸瓦接頭檢修檢查，每個接頭都非常牢固可靠，無任何泄漏，證明接頭優(yōu)化取得了非常好的預后效果。

頂軸油系統(tǒng)故障率高問題的綜合整治工作在2022 年3 月全部完成，對2022 年4 月—2023 年6 月期間的設備運行情況進行統(tǒng)計和檢查。在1 年多時間的運行中，頂軸油系統(tǒng)發(fā)生故障的次數(shù)為0 次，相較整治前故障頻發(fā)的情況，整治工作效果明顯，達到了預期效果，為汽輪機安全運行提供了可靠保障（圖8）。

圖8 綜合整治后頂軸油系統(tǒng)故障率走勢

6 結論

（1）頂軸油系統(tǒng)主要作用是為汽輪機轉子提供正常、穩(wěn)定的頂起油壓，其故障形式主要為油壓異常，而頂軸油系統(tǒng)異常往往是由油質異常引起的。

（2）為提高頂軸油系統(tǒng)的運行可靠性，除了要考慮維持油質合格外，還應考慮在油質異常等特殊工況下，頂軸系統(tǒng)是否能夠適應和滿足穩(wěn)定運行要求。如果不能滿足，則應該分析、研究改善的方法，通過技術改造等方式提高頂軸油系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）對于進口設備的維護，不應過度依賴外委檢修，要敢于擔當，大膽嘗試，吃透設備的工作原理和工藝流程，把設備維護的主動權掌握在自己手中。

（4）在設備管理和維修工作中，通過對某一問題的系統(tǒng)分析和研究，可以解決許多相互關聯(lián)潛在隱患。例如本文為解決頂軸油系統(tǒng)頻繁故障的問題，系統(tǒng)地摸排、尋找末端因素，同時解決了潤滑油系統(tǒng)油質差，汽輪機軸封漏汽等關聯(lián)系統(tǒng)中存在的隱患與問題，最終成功改善了機組設備的整體健康運行狀況。

（5）頂軸油系統(tǒng)運行狀況對汽輪機健康運轉的影響極大，作為設備管理者要引起高度重視，認真分析故障原因，及時消除故障隱患。