usersale
轴承知识
给水泵汽轮机油中带水原因分析及处理
陈松杰
(福建省第一电力建设公司)
  福建华电可门火电厂Ⅰ期工程每台机组配备上海电力修造总厂有限公司提供的50%容量的汽动主给水泵2台,30%容量的启动(备用)电动给水泵1台。汽动主给水泵(型号为FK4E39S)安装在汽机房内13.7m标高层,汽动给水泵组采用迷宫密封,密封冷却水系统为开式回路。电动给水泵、汽动给水泵的密封水采用经调节后的凝结水,回流经多级水封后送入凝汽器。给水泵汽轮机为杭州汽轮机股份有限公司提供,型号为NK63/71,油系统设备的安装设计为集装式油站,给水泵润滑油与给水泵汽轮机共用一个油系统。
Ⅰ期工程自2006年双投以来,给水泵汽轮机油站的润滑油经常出现油中带水的现象,若油品监督不及时,还会发生油品乳化现象,严重影响汽动给水泵组的安全、经济运行。及时组织专业技术人员及专家共同分析,找出给水泵汽轮机油中带水的主要原因并能经过现场技术分析及改进,有效地避免给水泵汽轮机油站油中带水的现象,保证给水泵及给水泵汽轮机的安全、经济运行,是确保汽轮发电机组安全、高效、经济运行的重要前提。
  1 给水泵汽轮机设备情况及润滑油现状分析
  1.1给水泵汽轮机设备简介
  可门电厂给水泵汽轮机的型号为NK63/71;型式为单缸、单流、单轴、反动式、纯凝汽、再热器冷段蒸汽外切换;运行方式为变参数、变功率、变转速。最大连续功率约13200W;高压进汽为再热冷段汽源(管道调节阀前);调试用汽源为辅助蒸汽。结构设计允许从零负荷和转速不受限制地加速到额定运行工况,同时不需对汽缸的内外壁温差、胀差等进行监视,即能适应快速启动和负荷急剧变化情况。冷却水水源为闭式循环冷却水,水质为除盐水。每台机组的汽动给水泵为小汽机头对头镜面对称的布置型式。每台小汽机自身配置电动油泵供油系统,供小机本体轴承和被驱动的给水泵轴承润滑用油及小汽机保安用油。
  1.2给水泵及给水泵密封水系统简介
  汽轮发电机组所配套的汽动给水泵组为上海电力修造总厂进口英国韦尔公司给水泵芯包生产的FK4E39S型汽动泵、上海电力修造总厂生产的HZB253-640型前置泵。
  FK4E39S型汽动泵的密封系统为迷宫密封,主要原理是通过间隙控制泄漏的方式进行汽动给水泵的密封工作。
  汽泵密封水采用凝结水泵出口母管来水,在靠近泵组部位的注水管路中设置精细的滤网进行过滤来保证密封水的纯度;其回水分为2路:①经过密封水回水母管去地沟或凝汽器;②回到汽泵前置泵进口电动门前的前置泵进口管道(见图1)。密封水的泄漏程度是采用对轴套中部注入密封水的方式来控制的,故对于注入用密封水的质量应维持有高洁净度是基本要求。给水泵正常运行期间,给水从泵进口和泵的平衡腔室沿迷宫密封分别泄出;汽动给水泵作为备用泵时,给水仍从迷宫密封向外泄漏,流出泵的给水由来自正常运行的暖泵水所取代。
  泵装有固定衬套注射密封水卸荷型迷宫密封:迷宫密封是平行单直径布置,轴套和衬套分别加工有反向的双头螺旋槽。冷凝水注射到密封腔内,在卸荷环处与泵外漏的水汇合,并由联通管送到前置泵进口。只要保持密封水排水温度高于注入温度15℃,就可以用最小的密封水量封堵泵内的热水。排出的密封水经U形管回收到凝汽器。
  所有运行条件下,压力控制阀调节到迷宫密封水压力至如下数值:密封水压力=泄荷水压力+0.1MPa,凝结水以高于泄荷水0.1MPa的控制压力注入,压力控制阀保持密封水与泄荷水之间的压差在0.1MPa,压力阀必须安装一个差压控制执行器,自动执行器信号取自于密封水和泄荷水上的接头。每台泵传动端和自由端两只迷宫,只须一只压力控制阀控制。为减少控制阀和迷宫密封之间的管道损失,控制阀应尽可能的安装在靠近给水泵处。可门电厂汽泵密封水调节阀位置安装在汽机房6.9m层,汽动给水泵安装在13.7m层。
  1.3给水泵汽轮机润滑油运行状况
   可门电厂给水泵汽轮机油系统的安装设计为集装式油站,给水泵润滑油与给水泵汽轮机润滑油共用一个油系统,油品取样点为主油箱底部放油口。机组安装后整套启动前,根据汽轮机验评标准,润滑油经福建省中试所化验分析符合机组整套启动的要求,经检测油品等级为NAS8级,油中颗粒度及水分的含量在合格范围之内。机组连续运行168h后,由发电部化学专业组织油品跟踪,油品跟踪期间发现油中含有大量水分及部分悬浮颗粒,随即维修部组织滤油机滤油并开启在线滤油装置。
  2 给水泵汽轮机润滑油油中带水原因分析
  给水泵汽轮机油站油中带水,经检查冷油器及外部管路漏水情况,未发现异常现象,同时向汽轮机、给水泵及各同类型电厂了解,由于给水泵与汽轮机采用同一个油系统,我们大致可以从以下2个方面进行原因分析:①给水泵汽轮机轴端泄漏,由于油系统的负压,汽轮机轴承箱会将水汽吸入轴承箱体造成油中进水;②给水泵密封处密封水泄漏,密封水与轴承座共处一个箱体,很容易进入给水泵轴承内,导致润滑油油中带水。
  2.1给水泵汽轮机轴端泄漏影响分析
  给水泵汽轮机油箱的排油烟风机装于油箱上部,风量为7m3/min,当风机运行时,可以使油箱上部及轴承回油腔室形成一定的微负压,防止轴承油气外泄。但同时当汽轮机轴封处有蒸汽外漏时,外漏的蒸汽也很容易被吸入轴承腔室内,蒸汽凝结后的会有大量的水分,从而造成给水泵汽轮机油中带水。
关于给水泵汽轮机轴封部位的漏汽,我们从2个方面进行观察。首先,给水泵汽轮机由于是刚安装完的新机,安装过程中间隙数据均经过3级验收,轴封间隙均在合格范围内,同时检查轴封供汽压力正常;小机轴封汽是引入大机的轴封加热器,且检查轴封加热器及轴加风机工作正常,我们认为小汽机轴封蒸汽系统工作正常。其次,我们用简易测温仪现场测量汽轮机轴封部位的温度,该处温度平均在60℃左右,且未发现有蒸汽泄漏迹象。
  据现场对汽轮机轴封及轴封蒸汽的观察、试验、分析,我们排除了由于给水泵汽轮机轴封泄漏导致的润滑油中带水的原因。
  2.2给水泵轴端密封水进入轴承箱影响分析
  该型号汽动给水泵的密封系统为迷宫密封,主要原理是通过间隙控制泄漏的方式进行汽动给水泵的密封工作。汽泵密封水采用凝结水泵出口母管来水,压力为4MPa,经调压阀调压后进入给水泵轴端进行密封。其回水除泄荷水外,分为2路:①经过密封水回水母管在启停机过程中排地沟;②机组正常运行时通过U形管排入凝汽器。
  给水泵轴端密封水进入轴承箱体,导致给水泵润滑油中带水的现象我们从2个方面来分析:
  (1)机组启停机过程中,密封水运行状态对油中进水的影响。机组启停机过程中,由于密封水回水排地沟门为手动门,运行人员若疏忽未提前开启,将导致机组真空下降后密封水无法自吸入凝汽器,从而密封水回水不畅,引起密封水流入给水泵轴承箱。
  可门电厂2×600MW机组在调试、试运期间,我们通过跟踪,发现汽动给水泵密封水系统在紧急停机情况下,多次出现密封水回水不畅现象,造成小机油箱中进水,严重影响到汽动给水泵和小机的正常安全运行。根据汽泵密封水的结构设计,在紧急停机时需要在较短的时间内打开密封水排地沟门,否则将导致大量密封水无法正常排泄,造成密封水进入轴承室,使润滑油中大量带水,破坏润滑油的油质,影响汽泵的再次启动和轴承、油动机等重要零部件的安全运行。
  1#汽轮机热态启动过程中,汽轮机组因高压缸排汽温度达428℃而打闸停机。汽泵A、B跳闸。在运行人员打开密封水回水排地沟手动门时,小机油箱中已经有相当数量的密封水进入。此外还造成密封水从汽泵轴承座呼吸器中大量涌出,造成汽泵周围及平台满水,并且溢至6.9m、0m地面。在此后的油质化验中显示:小机润滑油水分严重超标。此后不得不对小机润滑油进行滤油工作,严重影响到机组的重新启动和并网、发电,使我厂的经济效益受到了一定的影响。
  此后在1#机组后续调试及2#机组整套启动过程中,经常发现由于密封水排地沟门未及时打开而造成油箱中进水现象。特别是一次厂用电中断后停机过程中,由于运行人员人手不够,未打开电动给水泵密封水排地沟门,造成给水泵润滑油箱大量进水,直至半乳化状态,影响了机组的再次启动,后因机组整套启动工期节点的需要,我们将整油箱润滑油进行了更换,从而造成了较大的经济损失。
  (2)机组正常运行过程中,密封水运行状态对油中进水的影响。汽动给水泵在轴封装置上采用反螺旋密封结构,即利用略高于前置泵进口压力的低温凝结水进行反螺旋密封,其密封水大部分流到靠近泵内侧的间隙处,并与泵内流出的高温给水相混合后从密封卸荷水腔室返回前置泵进口,另一部分混合水沿螺旋齿顶间隙节流降压后流出泵外,经多级U型水封槽回凝结器。由于采用反螺旋密封装置,使得给水泵在运行中的安全可靠性大为提高,减少了因更换填料而频繁起停泵带来的损失,同时也减少了运行当中的跑冒滴漏。但在现场的应用当中,经常出现给水泵发生密封水回水不畅,回水大量外漏,同时凝结水大量进入轴承室内,引起油质乳化等现象,U型水封装置无法实现正常的疏水作用。U型水封主要是利用U型管与凝汽器2容器间的压力差进行逐级疏水,同时利用水封中的水柱对2容器间的空气进行必要的封堵,使2容器的压力不发生变化。在机组投产后正常运行过程中,如果密封水引入凝汽口器的U形管安装、设计不合理,给水泵密封水回水装置U型水封高度在现场的实际安装值与设计状态参数不相符,必将导致凝汽器真空无法将U形管中的密封水引入凝汽器,造成密封水回水不畅,致使凝结水的大量流失和密封水进入轴承室,引起油质乳化。
  从化学专业提供的润滑油跟踪统计表中,我们不难看出,Ⅰ期工程4台给水泵汽轮机油箱中的油在运行过程中均不定期地出现油中带水的现象,虽经滤油后会有所好转,但1~2周后又重复出现此缺陷,给汽轮发电机组的安全运行带来严重隐患。经过向运行专业人员仔细了解给水泵密封水回水系统的操作过程,也证实了如果密封水回水切换至凝汽器,给水泵汽轮机很容易出现油中进水的现象。
  3 汽动给水泵密封水回水不畅问题方案研究
  根据汽泵密封水系统在运行过程中出现的各种问题,并结合汽泵密封水的构造和功能,我们从以下几个方面对该问题产生的原因展开了认真的分析:
  3.1运行操作方面的原因
  经过对汽泵密封水系统的原理和功能进行仔细的研究分析后,我们了解到该迷宫式密封系统在汽泵正常运行时,密封水回水是通过回水母管、U型水封回收到凝汽器。同时汽泵的迷宫式密封装置采用螺旋型构造,当汽泵运转时,密封水会沿着螺旋槽向汽泵内部流动,从而起到密封给水泵轴端的效果。而当汽泵停运以后,汽泵内的锅炉给水及密封水失去此动力,因此密封槽内部的水全部向外部流出,此时只依靠U型水封回凝汽器已不能满足排水需要。因此,必须及时打开密封水至地沟的排放门进行紧急排泄,如至地沟门不能及时打开,就会造成大量的水沿轴向串至轴承座中,导致小机润滑油系统中进水。
  从现场实际的设计情况来看,汽泵给水泵的密封水至地沟截门位置距离集控室太远,一旦出现汽泵紧急停运情况,运行人员缺少足够的时间来打开密封水排地沟门(从集控室到排水阀门大约需要4~6min),因此不能保证密封水在紧急情况下的正常排泄,分析认为该因素是导致密封水回水不畅的主要客观因素之一。
  3.2多级水封的安装、设计
  从工作原理上来看,汽泵密封水多级水封的制造、安装质量问题对密封水系统的正常运行也有直接关系。分析看来,我们认为主要有以下几个方面的因素:
  (1)轴封的回水管、泄荷管、多级U形水封槽尺寸:按照上海电力修造总厂的图纸要求,回水总管与旁路排地沟的管径均为89mm,泄荷管管径为57mm。U形水封槽底部应安装在凝汽器坑内(一般都大于-3m)。如果采用3级水封槽,引出管至凝汽器汽侧接口距U形水封槽的底部要控制在6~7m之间。
  (2)密封水压力调整:汽泵密封水进水通过调节阀进行调节,阀后压力不宜过高,比汽泵前置泵的进口压力大0.05MPa~0.1MPa即可。在回水母管上安装的温度表显示温度不能高于90℃(该温度与密封水差压<0.015MPa同时产生时跳泵。
  (3)密封轴套与衬套间隙:安装图纸要求是0.40~0.48mm(一般取小值);如果间隙过大,就会造成密封水作用失效,无法保证密封效果;而间隙过小,又会造成动静部分的摩擦,导致泵芯损坏。
  (4)泄荷水管道的隔离门误关或阀芯脱落,都会造成泄荷水无法正常回到前置泵进口。从(图1)我们可以看出,如果泄荷水不能正常回到汽前泵入口,那么汽泵密封水的泄荷水不可避免会增加到回U形水封的水量中去,造成密封水回水量大,导致回水不畅。
  3.3密封水回水不畅的原因
  (1)从调试跟踪情况和机组运行经验来看,汽泵密封水调节阀、泄荷水阀都处于正常运行状态,操作过程得当,因此对密封水产生的影响非常小;密封水回水温度一般在60℃左右,当密封水压差Δp=0时,密封水回水温度才为57.5℃,由此可以看出,阀门运行状况及密封水温度的影响可以排除。
  (2)在汽泵实际运行过程中,通过对密封水压力的监视发现,密封水压差在0.85~0.95MPa之间,符合0.05~0.1MPa的设计要求,对密封水温度的影响也可以忽略不计。
  (3)从汽泵的出厂记录上来看,汽泵密封轴套与衬套的间隙为0.42mm,也在要求范围之内,结合实际运行情况,由间隙产生的影响也可以排除。
  (4)通过对现场设备的安装跟踪调查,多级水封的安装制造均按照设计要求进行,管道尺寸符合规定要求当凝汽器绝对压力为0.003MPa(全真空)时,U形管回凝汽器出水高度为6m,h3=0.38m(h3为水封内水面与水槽底部相对高度),若出水高度再小下去,则U形水封就可能遭到破坏,凝汽器真空将下降。当凝汽器绝对压力为0.016MPa时,U形管回凝汽器回水高度为7m,h3=2.06m,若U型管底部布置得不够低,例如在0m,电泵也在0m,那么泵轴处将满水,使大量水进入轴承中。
  在实际安装过程中,经过实地测量发现:密封水回水至凝汽器管道高度与设计值有一定的偏差,实际高度比设计值约高出1m,因为设计值对密封水能否正常回收起到致关重要的作用,对于由此产生的影响我们认为是问题产生的主要因素,通过与厂家技术人员的协商和讨论,双方取得了一致的意见。
  4 汽动给水泵密封水回水不畅问题处理
  在进行技术论证的同时,我们对同类型设备的使用效果也进行了大量的调查研究,根据分析的主要原因,提出改造方案并进行了实施。改造分2个步骤进行。
  步骤1:将汽动给水泵密封水回水至地沟手动阀门改为电动控制阀门,开关信号来自DCS系统。凝汽器真空降低至停机报警值时,给水泵轴封密封水切换至地沟且把密封水回收至大气式疏水扩容器。
  步骤2:根据给水泵密封水回水至凝汽器管道高度与设计值有一定的偏差,实际高度比设计值约高出1m的现状,我们在机组停机检修中,对1#、2#机给水泵密封水回水至凝汽器的接口下降了1m,以利于密封水回水在凝汽器真空的作用下顺利回流至凝汽器。
  5 处理后给水泵汽轮机运行油质状况
  2007年4月22日,密封水系统改造工作结束,经过三级验收和质量监督验收一次合格。在1#机组小修结束后开机前后过程中,我们加强了对密封水改造效果的跟踪,在A、B小机冲转以及1#机组带负荷过程中,我们对汽泵密封水系统进行了全面的检查,发现改造后密封水在机组正常运行过程中能够保持良好的运行工况,密封水完全能够起到密封作用,回水可正常回到凝汽器。此外,1#机组发电机跳闸,汽轮机、锅炉联跳,我们随即对紧急情况下汽泵密封水的回水情况进行了检查,结果发现密封水回地沟门能及时打开,密封水回水畅通无阻。经油质跟踪检查,跟踪2个月期间没有出现密封水因为回水不畅而造成小机润滑油进水的现象。
  6 进一步改造建议
  给水泵密封水改造成功后,经过专业人员的精心整理及经验总结,为确保密封水回水通畅,防患于未然,普遍认为,对于轴端采用迷宫型式密封的给水泵,加装专门的密封水箱回收给水泵密封水回水,是解决因给水泵密封水回水不畅造成润滑油中进水的重要手段。我们同时准备在2008年1#机大修期间进行相应的技改。
  密封水箱主要是大气式水箱,主要接收给水泵密封水回水,节省凝结水的用量。密封水箱工作原理主要是采用浮球阀门式低位水箱,由于浮球阀门的关闭及凝汽器真空的作用,将低位水箱的水吸入凝汽器中,利用浮球阀门的打开与关闭来保证凝汽器的真空不被破坏,水箱的工作原理就是利用大气压与凝汽器内压力的压差来进行工作的。首先把低位水箱安放在凝汽器坑内靠近凝汽器附近即可,把低位水箱的出水口管子(57mm)接到高出凝汽器最高水位1m左右的位置,利用凝汽器的真空,可以将水泵的重力回水吸入凝汽器中。
  经过仔细研究、讨论,增加密封水回收水箱方案如下。
  (1)安装密封水箱。我们经过研究确定了水箱和进水管、回水管的具体位置,将水箱位置定在凝汽器坑西侧地面(见图2)。
  (2)管道、阀门连接。密封水箱入口管连接到原密封水水封入口管道(0m位置),水箱出口管连接到原密封水水封至凝汽器管道(0m位置)上。水箱入口前增加一截止阀(型号:J41H-25DN100),位置在零m密封水回水管处。汽泵密封水回水至水封压力应为微正压,我们在汽泵密封水回水封前管道上安装了负压表,调节水封注水门来消除汽泵轴封系统漏真空。将原U形水封后真空门关闭,作为紧急情况的备用保留。
  7 结论
  给水泵密封回水系统改进后已经受了各种工况的考验,证明改造是成功的,基本解决了给水泵汽轮机油站油中带水的现象,解决了给水泵密封回水一直不能回收的问题。4台汽动给水泵经改造若按每台泵设计回水量20m3/h、年运行300d计算,每年可回收除盐水约576000m3,对于可门电厂作为淡水水源极其缺乏(生产用水从距电厂29km以外水库引水)的沿海地区,经济效益和社会效益十分可观。更重要的是小机润滑油油质得到保证,减少现场滤油的次数,现场文明生产和设备安全运行系数都得到很大的提高。
  针对Ⅰ期工程给水泵密封水回水不畅的现象,在紧接进行的Ⅱ期工程建设中,可门电厂吸取Ⅰ期工程经验,采用了成熟可靠的机械密封技术,彻底解决了给水泵密封水泄漏及回水不畅带来的问题,提高了机组运行的安全可靠性,为接管好、运营好600MW机组奠定更好的基础。
(来源:能源与环境)
发布时间:2019-07-17