1、一起汽轮机停机烧瓦事故的调查及处理 摘 要 汽轮机润滑油系统是保证汽轮机平安的重要系统,系统故障会造成断油烧瓦事故。文章简述了某135MW汽轮机停机惰走过程中,两台润滑油泵同时不能正常供油所引起的断油烧瓦事故,调查了事故的经过,分析了油泵不正常工作的原因。检查、测量轴瓦的磨损情况,编制轴瓦更换及系统处理方案,从保证转子正常盘车、轴瓦处理、油系统检查及滤油处理、高压汽封处理、转子定位几个方面进行处置,保证不弯轴,轴系中心不发生变化及油系统清洁。处理后开机,瓦温及振动正常,结果理想。关键词 汽轮机惰走 润滑油泵不起压 气体 断油烧瓦 处理措施引言汽轮机润滑油系统是保证汽轮机平安运行的重要系统,一旦
2、发生故障不能正常供油,将造成机组跳闸甚至发生断油烧瓦事故。在全国发电机组的调试和运行期间,有过多起案例。从原因看,造成断油的原因是各异的。本文所讲述的汽轮机烧瓦事故,其主因也是断油,但发生交、直流润滑油泵同时不能供油的现象尚是罕见,很有特殊性。本次事故的根本情况是:新疆天业4X135MW机组工程在4号机组运行中,因2号电动给水泵底部排水管漏水需停泵进行检修。当时机组带125MW负荷运行,在进行倒泵操作过程中,因操作失误,在1号电泵还没有转入正常供水的情况下,就把2号液力偶合器退出了运行,有60秒左右时间不能正常供水,致使汽包水位低保护动作,锅炉MFT,汽轮机跳闸,发电机解列。在转子惰走过程中,
3、发生交、直流润滑油泵同时都不能起压,有5分钟时间轴承断油,使轴瓦烧坏,产生了严重后果。事故发生后,有关方面迅速采取了应对措施,组织各方专家对事故原因进行了勘查和分析,成立了检修组织机构,编制了检修方案,并制定了相应的防范措施。系统概况汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的C135/N150-13.24/535/535/1.3型高温超高压、一次中间再热、双缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机,发电机为哈尔滨电机厂QF-150-2型空冷发电机。额定出力:纯凝工况150MW,抽汽工况135MW。汽轮机由一个高中压缸和一个低压缸组成,高中压转子和低压转子为无中心孔整锻结构,两转子之间采用刚性联轴器连接,整个汽轮机转子为三
4、点支承,前、中、后轴承座均为落地式结构,其中2号为推力支承联合轴承,轴承支持瓦体局部为球面,可自定位;发电机轴承座单独安装在根底上,为椭圆轴瓦1。汽轮机润滑油系统由主油泵、冷油器、射油器、溢油阀、顶轴装置、盘车装置、排烟系统、油箱、启动油泵、交流润滑油泵、直流事故油泵、油位指示器、油压降低保护装置、油净化系统、连接管道、阀门及仪表等组成。油箱为卧式油箱,外径2532,长度6500,正常运行油位容积为18.5m3,停机最高油位时有效容积为22.5m3。交流润滑油泵为立式离心油泵,转速2950r/min,流量2800 l/min,出口压力0.343MPa,功率37KW。直流事故油泵为立式离心油泵,
5、转速3000r/min,流量2400 l/min,出口压力0.2MPa,功率17kw,直流220V电源2。事故调查汽轮机烧瓦事故发生后,通过查阅给水泵切换各参数、润滑油压、轴瓦金属温度、油泵电流等参数的DCS历史记录,询问了调试人员现场发现的故障现象及所作的处理过程等,根本明确了事故起因及断油烧瓦的原因。各参数的历史记录见表1。表1 汽轮机润滑油压、主油泵出口油压与汽轮机转速历史数据表:时间汽轮机转速(r/min)主油泵出口压力(MPa)顶轴油泵入口压力(MPa)润滑油压(MPa)主油箱油位(mm)13:31:1830001.940.190.11-16713:32:0627691.680.19
6、0.10-16713:34:1220680.900.17从0.10降至0.05-147.013:35:0218530.630.10从0.05降至0.04-125.813:35:4816870.270.100.04-105.113:37:06143500.07从0.04降至0-42.113:40:3957600.060+20.913:42:0030500.05从0升至0.05-0.213:42:0928000.22从0.05升至0.10-0.213:43:42000.220.10-62.713:44:14000.22从0.10升至0.14-62.713:59:5700/从0.15升至0.20-4
7、1.814:02:0900/从0.20升至0.21-167.515:57:5900/从0.21降至0.15-167.02023年9月22日, 机组带125MW负荷运行。13:31:18水位低保护动作,锅炉MFT。同时大联锁保护动作,汽轮机跳闸、发电机解列。汽轮机跳闸后,交流润滑油泵联锁启动运行。当13:34:12转速下降到2068r/min后,润滑油压降至0.05MPa。在13:33:50时,润滑油压低至0.07MPa,联锁启动直流油泵,但电机电流只有10.2A(正常时为71A),油压仍下降。于13:37:06油压降至0,轴承完全断油,此时转速为1435r/min。这说明联锁保护功能正常,不存
8、在问题。当发现直流油泵仍不能起压后,调试人员迅速到就地主油箱上观察,发现交、直流油泵出口压力表没有压力,就拧开了压力表进行排气。当时的情况是,交流油泵没有排气声,出口压力仍没有上来,但直流油泵的压力表管排出了大量气体。从记录看,13:40:57直流油泵电流开始增加,13:42:24电流到达70.9A。13:42:00油压上升到0.05MPa,13:42:09上升到0.10 MPa,开始正常供油。从完全断油到正常供油,时间有5分钟左右,轴瓦处于惰走干磨状态。交流油泵继续排气,交流油泵出口压力逐步建立。13:59:42直流油泵电流下降至58.4A,润滑油压提高至0.2 MPa,说明交流油泵已转入正
9、常工作状态。进行压力调整后,于14:13:54停止直流油泵,由交流油泵供油,润滑油压力0.15MPa。发现供油不正常后,凝汽器在13:37:54 破坏真空,13:46:18 真空下降至-16.6kPa。13:42:06停止高压轴封供汽,13:50:24停止低压轴封供汽。13:43:42汽轮机转速降至0,投入盘车,但盘车电流很大,造成盘车电气控制柜热保护器烧坏。出现这个情况后,采取焖缸措施,进行手动盘车,同时迅速调用电厂检修用盘车装置到现场。撤除正式盘车装置更换成临时盘车装置,投入连续盘车,检测电机电流在额定值偏上,呈周期性变化。临时盘车运行5个小时后,齿轮磨损,减速箱有异常尖叫声,后采取每15
10、分钟进行大轴180度翻边的措施。待电机电流下降到额定值的一半左右,装上正式盘车装置,投入连续盘车,直至缸温150停止。查看支持轴承和推力轴承金属温度曲线,发现推力轴承最高点#3为89、#4、#10等3个瓦块温度上升到79以上,其余6个瓦块温度较低。支持轴承的温度#1瓦164,#2瓦110,#3瓦110度,#4瓦86,#5瓦62。初步判断,推力瓦块局部有轻微问题,支持瓦#1-#3瓦应已烧坏,#4瓦不能确定,#5瓦没有损坏,待最终翻瓦检查确定结果。汽轮机从31:18跳闸到43:42转速到0,时间为12分24秒,比正常破坏真空惰走15分钟左右时间短,说明汽轮机转子阻力增加,这与轴瓦烧坏或大轴与汽封片
11、摩擦有关。用探针可以听到大轴与汽封的摩擦声。查油位历史记录,在跳机前的正常运行中,油位在-167mm的位置,在油压降至0时,油位上升至+20mm,随着油泵转入正常工作,油位又降至-167mm。根据说明书参数知道,油位计的正常油位(0油位)在油箱中性线上224mm,低一值报警-180mm,低二值为-230mm3。说明当时油箱油位离中心线还相差57mm,是正常的平安油位。根据现场测量的油泵安装尺寸,油泵安装法兰到油泵底部滤网入口1900mm,油泵叶轮入口距中心线390mm,油箱顶部到油箱中心线的距离1266mm4,在中心线下油泵有634mm的长度,停机油位在中心线下6mm,距油泵叶轮入口384mm
12、,在此位置仍能保证油泵浸没在油液中,不会存在空泵的问题。停盘车,停润滑油系统检查油位计的指示值,与就地油标一致,在10mm范围,合符要求。经过实际测量油位与油标核对,油位计指示正确。检查油泵出口逆止阀,灵活无卡涩。轴瓦及油系统检查结果汽缸温度降至150,停止盘车,停润滑油系统,翻开轴承箱盖检查,揭开轴承上瓦,发现#1上瓦有轻微磨损,但#2、#3、#4、#5轴承的上瓦没有损伤,#1、#2、#3、#4轴承的下瓦口堆积有钨金碎片,#1、#2、#3、#4轴承处轴颈有黑色磨痕。翻出下瓦检查,钨金已经烧损剥落,#1、#2瓦钨金大块剥离,#3、#4瓦钨金成膜状剥离。油挡处有一圈黑色磨痕,说明轴颈与油挡发生摩
13、擦。推力瓦工作瓦正常无磨损,非工作瓦共10块,其中5块局部有黑色摩擦痕迹但没有烧蚀,用金相砂纸打磨后测量厚度为39.62、39.62、39.62、39.60、39.59、39.57、39.57、39.56、39.59、39.58mm,与原始值比较没有变化,不需进行更换。5号瓦没有看到金属碎屑,轴颈光亮,翻瓦检查确认完好。测量轴颈顶部间隙,与原始安装值比较,发现1号轴降低2.70mm,2号轴降低1.22mm,3号轴降低0.47mm,4号轴降低0.36mm,5号轴未发生变化。检查主油泵轴瓦,没有问题。检查轴封间隙,高压端汽封间隙1.00mm,比原有值增加0.50mm,需要进行调整。中压端与低压汽封
14、无法测量。检查交、直流润滑油泵,出口没有排气孔,出口逆止门灵活无卡涩。油泵不能供油的原因从现场故障现象看,主要是油泵中积聚有气体不能及时排出造成油泵不能及时起压供油,两台油泵都有气体的原因,分析主要存在以下因素:在理想化循环状态下,油在油箱中停留的时间在7分钟左右。实际上,油箱两端局部润滑油参与循环的时间要慢很多,而中间局部循环较快。因此润滑油回油在油箱中的静置时间没有这么长,油中气体含量可能增加。从设备布置图看出,启动油泵、交流油泵、直流油泵布置在回油滤网与两台射油器之间。回油经过滤网后回到油箱,析出油中所含的水分及气体后,经过三台油泵的位置,供给两台射油器。在油流经过交、直流油泵时,未析出
15、的气体别离出来,积聚在油泵的吸入口,当油泵启动后,气体又无法排出,造成油泵不起压。正常油位在油箱的中心线上224mm的位置,当时油箱油位-167mm,在中心线上57mm位置,比正常油量偏少。油泵没有排气孔,工作后,油泵中的气体不能及时排出。油泵出口逆止门可能有轻微泄漏,致使射油器出口的润滑油有少量回流到油泵中。润滑油所含少量气体,回流到油泵后别离出来,慢慢积聚了较多气体。事故处理烧瓦事故发生后的处理工作,主要包括保证转子正常盘车、轴瓦处理、油系统检查及滤油处理、高压汽封处理、转子定位几个方面。要确保转子不弯、轴瓦更换及处理后对汽轮发电机整个轴系不发生变化,维持安装时状态,保证油系统清洁,实现汽
16、轮机平安运行。6.1 盘车不正常情况的处理措施因轴瓦已经烧坏,使盘车电机过负荷,盘车装置的热保护烧坏,只有采用手动盘车,同时紧急调用检修盘车装置到现场,迅速换上并投入连续盘车。当连续盘车5个小时后,检修盘车也出现异常,就采取每15分钟让转子翻转180度的措施,防止转子弯曲。在此期间由专人负责操作,测量转子挠度及电机电流,作好记录。行车24小时值班,做好人工盘车及检修准备。采取翻边措施时,要在轴承箱上架好千分表,测出转子弯曲值变化的最高点和最低点,并在大轴上做好标记,保证翻转时停留在正确位置。当监测到电机电流下降到额定值的60%时,说明盘车的阻力已经显著减小,这时迅速装复正式盘车。要做好充分准备,工具材料准备好、人员分工明确,行车准备好,不停润滑油系统及顶轴油。在停盘车前,要找准轴弯曲的最高位置,并把轴停在这个位置,同时要