国内某百万电厂汽泵机械密封水温度高跳机事故分析

国内某百万电厂汽泵机械密封水温度高跳机事故分析

栾佳霖刘俊吴绪建

神华神东电力重庆万州港电有限公司重庆市万州区新田镇404027

摘要：2015年10月，国内某百万电厂2号机组发生了一起由于汽泵机械密封水温度迅速上升而造成机组非计划停机的事件。该项目为100%容量的汽动给水泵组在西南地区百万容量等级火力发电厂的首次应用，该项创新设计由西南电力设计院设计，在电力行业中引发密切关注，同时业内也对其安全性存在一定担忧。本文针对这起机组跳闸事件，对该公司汽泵机械密封水温度高的问题进行分析。

关键词：100%容量汽动给水泵组、机械密封水温度高。

1.设备概况

国内某百万电厂为2台1050MW容量机组发电厂，给水系统为单元制，给水系统按最大运行流量即锅炉最大连续蒸发量（BMCR）工况时相对应的给水量进行设计，每台机组设置一台35%容量的电动启动给水泵和1×100％B-MCR的汽动给水泵。

汽动给水泵密封与磁性过滤器为约翰克兰英国提供，换热器为博格曼提供，整体管路配置由Suzler完成。

2.事件概况

2.1事件前工况

2015年10月14日10时14分13秒，2号机组负荷905MW；四抽供小机用汽，压力0.92MPa，温度369.88℃；给水泵汽轮机主调阀行程1为90.13%，主调阀行程2为86.43%，小机凝汽器背压5.45Kpa；汽动给水泵转速4387r/min，汽泵非驱动端机械密封水温58.57℃，驱动端机械密封水温61.07℃。

2.2事件经过

10时16分37秒，#2机组负荷905MW，汽泵运行，汽泵转速4387r/min，汽泵非驱动端机械密封水温80℃（达到报警值）。

10时17分11秒，汽泵转速4396r/min，汽泵非驱动端机械密封水温升高至90℃（达到跳泵值），汽动给水泵组跳闸，锅炉断水保护动作，#2机组跳闸，首出为“汽泵全停MFT”。

10时18分41秒，汽动汽泵非驱动端机封水温达最高值109.33℃，随后温度开始降低。驱动端机封回水温度56.92℃正常。

10时39分40秒，汽动汽泵非驱动端机封水温降至58.57℃。

事故全过程，汽动给水泵密封水温度从开始变化到机组跳闸历时2分58秒，从报警至跳机历时仅34秒，事件发展迅速，令值班人员措手不及、无挽救时间。

2.2.1事故工况曲线

2.3事件检查结果

#2机组跳闸后，给水泵汽轮机顶轴油泵联启，顶轴油压正常，小机盘车正常投入运行，汽泵组盘车转速100r/min。

汽泵组盘车状态下检查各项参数均正常，汽泵非驱动端及驱动端机械密封均无外漏。汽泵盘车转速下解体检查汽泵两端机封水过滤器，发现非驱动端机封水过滤器滤芯堵塞严重，滤芯内壁附着大量黑色粉末状粘稠物（黑色附着物疑似碳粉末），附着物保留封存；驱动端机械密封水过滤器滤芯检查较为清洁。

汽动给水泵两端机械密封水过滤器清洗干净后复装（本次机组启动前，汽动给水泵两端机械密封水过滤器已进行清理）。经汽泵供货厂家与机械密封厂家技术人员现场检查分析，黑色附着物触感质滑、带絮状物，初步判断过滤器滤芯内壁黑色附着物为机械密封动静炭精环磨损颗粒。

为判断汽动给水泵设备状态，在汽动给水泵组盘车状态下，全面检查机械密封水冷却系统清洁度，通过开启机械密封水冷却系统管路排空门，适量排水并取样检测。发现汽泵非驱动端械密封水冷却系统内水质颜色呈深黑色，与上述初步判断结果一致。驱动端机械密封水冷却系统取样目测未发现明显异常。通过多次适量排水并取水样目测，汽泵非驱动端械密封水冷却系统内水质颜逐渐变淡，趋于清澈，接近驱动端械密封水冷却系统内水质。

汽泵供货厂家苏州苏尔寿泵业有限公司及配套机械密封厂家约翰克兰公司现场技术人员将上述现象反馈至各自工厂。经与其厂内技术人员多次反复讨论研究给与如下意见：

1.通过汽泵组运行工况及事故工况各相关参数、曲线、现象综合判断，整个过程汽动给水泵两端机械密封均无泄漏，虽然通过现象判断可能非驱动端机械密封有一定磨损量，但目前机械密封仍安全可靠，可以保证汽泵安全继续运行。

2.建议启动汽动给水泵组，在运行工况下进一步观察机械密封水过滤器堵塞情况。同时，通过适量排水取样观察水质情况。

3.根据厂家意见，启动汽动给水泵组，转速逐渐升至2700r/min，在此过程中，汽泵非驱动端机械密封冷却水温多次升高，过滤器多次发生堵塞，短暂开启过滤器旁路迅速清洗过滤器滤芯，恢复过滤系统运行。多次排水取样观察水质颜色由深逐渐变浅。最终非驱动端机械密封冷却水温在2h内稳定35℃不变，水质颜色维持较清澈稳定。

4.通过对汽动给水泵组整个运行过程现象、参数、曲线综合分析判断，认为在采取过滤器定期清洗、加强运行监控等措施的条件下，可保证汽动给水泵可长周期安全可靠运行。汽泵非驱动机械密封磨损情况待停机后解体检查测量确认。

15日00时58分，#2机组并网运行，至15日08：00，机组负荷1000MW，启动给水泵组非驱动端机械密封水温维持在52℃稳定运行。

2.4事件原因分析

2.4.1#2机组汽动给水泵非驱动端机械密封水过滤器堵塞，机械密封水温在2分48秒由58.78℃突升至90℃，达跳泵值，导致汽泵停运，锅炉断水，触发锅炉MFT，导致#2机组跳闸。

2.4.2#2机组汽动给水泵非驱动端机械密封动、静环运行过程中磨损，产生碳晶粉末堵塞该端机封冷却水系统过滤器滤芯是产生本次事件的间接原因。

2.5暴漏的问题

2.5.1电厂给水系统设计为1×100%汽动给水泵方案，给水设计流量3276t/h，电力行业应用该大流量、高扬程锅炉给水泵数量偏少，加之苏尔寿泵业该型给水泵配置进口约翰克兰品牌机械密封业绩偏少，在大型锅炉给水泵、大口径机封制造、装配等过程无大量经验可借鉴。

2.5.2厂家给定汽动给水泵机械密封水温度高报警值为80℃，跳泵值为90℃。报警值距跳泵值过近，当过滤器突发大面积堵塞时，使机械密封水温度高迅速达报警值时，此时运行人员无反应处置时间。

2.6整改措施

2.6.1按照厂家意见，将汽泵机械密封水温度报警值由80℃降低至70℃，提前报警，提示运行人员尽早采取措施。

2.6.2运行人员加强对汽动汽泵机封水温变化趋势的监视第一时间切换至过滤器旁路运行，并及时通知检修人员清洗过滤器。

2.6.3待机组停机后，解体检查汽泵两端机械密封磨损情况，进一步查找可能由于装配质量、工艺标准、机封本身质量等因素导致产生碳晶粉末剥落的根本原因并采取确实可靠的措施。

3.事件分析

3.1密封水滤网拆卸检验报告：

3.1.1通过化学成分分析，黑色粉末可以确定为石墨材料。

3.1.2肉眼观察，此密封腔中提到的纤维与零件19Bushseal唇口材料一致。堵塞过滤器物质主要为纤维并伴有黑色粉末，同时发现少量金属屑，此堵塞物与Brushseal内唇口的Kavlar材料肉眼观察为同一种材料，燃烧后呈灰烬状与杜邦公司提供的Kavlar材料现象相同。

3.2问题分析

根据现场的信息以及以上#2机组汽动给水泵密封拆检现象，对现场出现的循环管路温度升高的问题，从热源和换热效果两方面作如下分析：

3.2..1热源分析

机械密封Plan23系统需要带走的热量包括密封产生热和吸收热。

吸收热增加的原因：因为是浮动式设计，在密封运转过程中由于唇口与轴套之间存在摩擦力，可能发生密封与内端盖之间的相对转动，导致密封与端盖内径以及端盖背部配合面的磨损。同样密封与卡环之间的相对旋转也会导致卡环磨损断裂。由于上述原因会导致密封纤维材料的刷毛在径向的预变形变大，进而磨损加剧，节流间隙变大，节流效果降低，冲洗循环回路平衡温度升高。

密封产生热增加的原因：由于唇口Kelvar材料被磨下的纤维以及被磨损下的金属材料后进入到摩擦副之间导致摩擦副表面磨损加剧，产生更高的热量，这也可能导致循环温度上升。

3.2.2换热分析

换热效果主要受到循环效率与换热器效率有关。由于唇口Kelvar材料被磨下的纤维以及工艺管路中的铁屑出现了堵塞过滤器的现象，导致循环量降低。

根据现场换热器铭牌，换热面积为0.44m3，通过计算此换热面积偏小。

4.解决方案

4.1建议对机械密封系统进行改造，更改Brushseal结构为迷宫节流结构。

4.2建议对目前的循环管路进行彻底的清洗，确保管路洁净、提高换热效率。

4.3现场按照要求启动注氨系统，改善机械密封水水质环境。

参考文献

[1]范振宁600MW发电机组汽动给水泵机械密封温度高原因分析浙江电力2005年第三期。

[2]陈定兴300MW汽轮机汽动给水泵机械密封损坏原因及处理电力安全技术2009年第三期。

[3]王艳蕊汽动给水泵水力密封的设计应用《第九届沈阳科学学术年会论文集（信息科学与工程技术分册）》2012年。