汽轮机组油系统火灾事故与预防.docx

汽轮机组油系统火灾事故及预防
一、汽轮机组的火灾风险及火灾事故原因
1. 汽轮机组火灾危险
统计资料表明，在国内外电厂重大火灾事故中，汽轮机油系统火灾事故居多，且主要是喷、漏油引起，约占80%以上。汽轮机油系统一旦起火，火势猛烈，蔓延迅速，难以控制，后果不堪设想。汽轮机组火灾危险主要在于：
(1) 汽轮机设备为了调节、控制、保安、顶轴、发电机密封和轴承润滑的需要，必须由汽轮机油系统供给一定的汽轮机油。100MW机组油重约15t，200MW机组油重约20t，350MW机组油重约30t。汽轮机油是以石油润滑油馏分为原料，经酸、碱(或溶剂)精制和白土处理等工艺，再加入抗氧化剂而制成的油品。按其50°C的运动粘度分为20、30、40、45、55五个牌号。其中20号、301号汽轮机油主要用于汽轮发电机轴承和带润滑系统的汽轮泵、涡轮压缩机等设备的润滑和调节系统。40号、50号、55号汽轮机油则用于汽轮机的减速器上。汽轮机油对发电厂的安全运行影响很大，因此对其质量标准要求很高。
汽轮机油是可燃液体，闪点为180〜200C，燃点为240C左右，自燃点300〜350C，因此，当存在明火和高外部温度时，汽轮机油可能被燃着而成为大火。
(2) 汽轮机油系统管路长、分布广，与高温蒸汽管道交叉敷设，且管路的阀门多、法兰多、焊多，如果工艺差、质量差，容易泄漏。
汽轮机油系统管路有调速压力油管、润滑油压力油管、密封油压力油管、大轴顶进油管及其回油管和测量仪表管，总长度达数百米(N100-90 / 535，100MW氢冷汽轮发电机组，油管路总长达500多米)。从汽轮机头到发电机尾，从汽机零米到运转层(8m〜12m)都有油管路分布。特别是汽轮机头部调速油管、润滑油的压力油管与蒸汽管道穿叉敷设，且与主油箱、汽轮机自动主汽门、调速汽门、旁路门等相距咫
尺；有些油管与铁板、水泥台板或与其他管子相互摩擦；再加上油管路阀门多、法兰多、焊多，因此，汽轮机油泄漏机率很高，很容易漏油到高温蒸汽管道上。
各装置的油系统管道非常复杂，可能存在的隐患也就多，所以很容易发生火灾事故。
(3) 高温蒸汽管路、疏水管路本身温度很高，主蒸汽管温度多在435〜540°C之间，抽气管和疏水管的表面温度都在150〜300°C之间。输油管道泄漏或向暴露或绝缘不良的高温蒸汽管道或高温热体表面注油，可立即燃起大火。
(4) 集中电力电缆敷设在汽轮机油系统附近，尤其是在机头、控制电缆、保护电缆。油系统着火后，会马上引燃电缆，电缆又会很快延燃至主控制室、电缆夹层，使火灾事故进一步扩大。如某电厂油系统漏油失火后，大火沿着汽轮机平台下面的电缆迅速向控制室蔓延，2〜3min后，集控室内就发现有烟气，6〜7min后即出现浓烟，11〜12min集控室内已烟雾迷蔓，20min后，大火已烧至集中控制室，很快将集控室全部烧毁。汽轮机油系统着火将电缆引燃事故扩大的例子很多，在电缆火灾事故中有详细介绍。
(5) 油管路压力高，着火后，如不及时将油源切断，喷油可使大火“火上加油”，燃烧更加猛烈。汽轮机调速油压，通常都在1.176MPa以上，600MW汽轮机组调速油压为3.14〜3.43MPa，国产600MW汽轮机组的电液调节系统油压高达13.72MPa。如此高压油流喷向大火会使大火越烧越烈。如某电厂油系统火灾事故中，误启动了调速油泵，使喷油继续保持1.18MPa的压力，致使火势进一步扩大，最后将15t油全部烧光。某热电厂3号机油动机旁路起火，停机时忘记切断电动油泵联动开关，造成停机后，继续有压力油喷出，扩大了火灾事故。
(6) 汽机房空间大，窗户多，天窗在打开中，因此，它具有平滑的空气对流，氧气充足，“火借风势，风助火威”，油系统火灾可迅速扩大。
2. 汽轮机油系统火灾的具体原因
油系统火灾事故统计表明，输油管道的法兰垫片在运行过程中破裂，油被注入未绝缘或绝缘不良的高温蒸汽管道(或疏水管道)等热体上引起火灾的，约占火灾事故的60%以上；调速油管和油压表管断裂，喷油引起火灾的约占15%左右；检修质量不良，维护不当而漏油起火的占20%左右；其他原因约占5%。引起油系统起火的各种具体原因分述如下。
(1) 油管道、法兰等喷油、漏油是引起火灾的根本原因。引起喷油和漏油的原因有：制造质量不良；设备本身存在缺陷，安装质量差，检修工艺不严格；管子选型不当，小管径(dV30mm )的油管管壁太薄(V1mm)，强度不高，刚度也差，焊薄弱，加之油管振动大，很容易发生爆管喷油事故；部分油管通流面积小，造成流速过高，使油管产生高频振动；锁母接头管壁太薄，制造厂供应的套管焊接接头的外套管很薄(0.7mm左右)，很容易断裂；油系统零部件加工精度差，调速系统设备接头平面不平，螺纹和平面中心线不垂直，常引起渗油漏油；焊焊接不符合规范要求，使油管在运行中焊根部裂开喷油；油管路支吊架布置不合理，尤其缺乏刚度大的吊支架，使振动振幅或频率加大，增加了管子断裂机率；油管路与机体连接部位末安装减振装置，使机组的振动能量传递到油系统管路上，导致部分油管路发生共振，使油管路断裂喷油；法兰垫误用胶皮垫或塑料垫；法兰垫末放平、末放正或受力不均衡；法兰或阀门螺丝松动、不牢；油管法兰与热体没有隔离装置；维护不当，穿过台板、铁板或与其他构件相摩擦；其他原因，如火灾、法兰垫片燃烧等，可使油系统注油或漏油。引起油系统火灾的原因还有：汽动油泵超速震动，引起油管法兰垫破裂喷油至高温热体；汽轮机严重超速事故中(近几年来曾发生多起)，压力油管路断裂或法兰垫破裂，喷油至高温热体；有些电厂油系统放空气方法不对，用松温度计套管的办法来放空气，致使油喷至热体，引起火灾事故发生。漏油部位多是高压油管法兰、汽动油泵出油管法兰、油动机、表管或锁箍接头等处。
(4 )因为氢冷发电机组的氢压过高，油封遭到破坏、氢气窜入主油箱，遇到明火将引起爆炸起火。
(5)前箱下部或凸轮下方的油底壳，如不定期清理，或回油孔堵塞，使油溢出便可起火。
(6 )汽动油泵超速而引起火灾事故。当发生重大事故(如厂用电中断等)而启动汽动油泵过程中，由于运行人员过分紧张，看错表计或操作中发生错误，将进汽门开得过大，引起超速；在发生大火的情况下，事故排油门开启，开始汽动油泵运行正常，当主油箱中的油位低于蒸汽油泵的进油时，不及时停止油泵运行，使小汽轮机空载，引起超速。转速升高后离心力增大，当离心力超过销钉的剪切应力时，叶片陆续飞出，叶轮极度不平衡，从而产生振动使出油管振裂，压力油喷出引起火灾事故。
(7) 主油箱含氢量增大，明火爆炸也会引发火灾事故。
二、汽轮机油系统防火措施
从汽轮机油系统发生火灾的原因和部位来看，要避免火灾事故，应从设计、制造、安装、检修、维护、运行管理等诸多方面采取措施，主要是：消除漏油、喷油；搞好设备保温和防护隔离；加强运行管理、检修维护和消防管理；严格执行国家和电力部颁布的法规中关于油系统防火的规定，以保证设计合理，设备完好，运行安全，从而杜绝汽轮机油系统火灾事故的发生。
1.油系统的设计、制造和安装应符合规定、规范和防火的要求
(1)油管路的设计、安装和布置应层次分明，整齐美观，布置集中，安全可靠。应便于检修、维护、检查和事故处理。尽量减少法兰、阀门和接头，并有足够的吊支架和一定数量的固定吊支架，还尽量避免纵横交错、与热力管道交叉和靠近，避免与其他管道、部件摩擦和碰撞，避免管道震动。油管道在安装敷设时，应有伸缩补偿器，以防止有附加应力存在，更不应该有别劲现象。一些大油管因热膨胀而移动时，与其相连的小油管若没有补偿，其根部应接一加强短管，以防根部断裂。油管与设备本体的连接应设置必要的补偿段或补偿器，过渡连接可采用金属软管，解决热膨胀和收缩的补偿，减少设备本体振动能量对输油管道系统的影响。当采用丝扣配件时，其内部应有保护套或短管，并密封焊牢。油管道与热力管道应分层布置，平行管道之间应加装防护挡板或防火平台，防火平台的积油能由平台最低处的事故油管直接排入事故油箱。靠近油系统的热力管道和热力设备表面要装铁皮罩，铁皮罩应重叠30〜50mm，搭应咬死，铁皮罩应严密不漏，表面应光滑。对油管路集中区域应设置完整的防爆箱，防爆箱应密封且底部有较大的坡度，输油管径应大些，管应高于箱底并加装防护网，以防油管堵塞。防爆箱应定期清理，输油管道应保持畅通，避免防爆箱积油或溢油。高压泄油应设置专门管道，将高压泄油直接排人油箱，防止将高压油排入回油管内导致满油溢油事故发生。
(2) 油管路系统除检修和维护必须拆卸的部位采用法兰连接外，“绝大部分应采用焊接结构(焊接时采用氮弧焊打底)。高压油管的焊
接，根据其工作压力，采用相应压力等级的蒸汽管道焊接标准和工艺。油管道的阀门均应采用无法兰的铸钢门，与油管道的连接采用焊接连接，确需法兰连接时应采用止扣法兰或带阴阳脐的法兰。法兰连接必须严密，并不准减少或改细紧固件。法兰盘应加装铁皮防护罩，起可靠的防护隔离作用。
(3) 油系统管道、阀门、接头、法兰和其他附件的承压等级应根据试压压力选择，一般应为工作压力的2倍以上。油系统管子的壁厚应不小于2.0 mm。压力油管道应采用无缝钢管及钢制阀门，禁止使用铸铁和铸铜的阀门，新安装的油系统管道应经过水(油)压试验，试验压力应为额定工作压力的2〜2. 5倍，并仔细检查有无裂纹和渗漏现象。所有油管路上的三通、大小头均应采用与管道压力相适应的焊接件。
(4) 设计院和制造商应对汽轮机油系统的布局进行最终设计，采用隐蔽式油管路(套装式油管路)或隐蔽储油设备更为合理。
为防止高压油泄漏或油喷至高温热体，将高压油管（调速油管、保安油管）布设在前轴承箱回油总管里边；通向各轴承的润滑油管布置在轴承回油总管或专用保护管内；将全部保安设备与调速设备（包括调速器和油动机），都安装在特制的防爆油箱或前轴承箱内；将冷油器和各油泵都装在特制的油箱里边。由于回油管、专用油箱和保护油管等具有足够的强度、刚度和容积，实际上是一个密封的防爆油箱。套装式管路布置一般是自前箱底部穿越基础大梁，垂直向下并水平折向与油箱油面标高接近的高度引入油箱。这样高压油管路即使破裂发生渗漏或喷油，只能顺回油管或防爆油箱流回主油箱，减少了火灾隐患。
国外有些机组将冷油器、立式高低压油泵、出逆止门及五通（或三通）切换阀均布置在油箱之内，只有阀门手轮露在外边，便于切换操作，大大简化了供油设备之间的管道连接，这样就消除了油系统设备漏油到外部的可能性。
日本三菱公司生产的TC2F—33. 5型350MW机组，不仅主机油管路采用套装式油管路结构，而且汽动给水泵的小汽轮机油管道也采用了这种结构。陡河电厂125MW和250MW日本机组，大港电厂320MW意大利机组都采用套装式油管路结构。其结构是将高压油管全部套在回油管之内，所有管路接头均用短管采用角焊连接，除个别采用法兰以便供检查拆开之外，全部管路无法兰连接。回油管的直径为400〜660mm，内装4-6根高压油管，相当于全密封的防爆油箱。由于套装式油管结构对防火具有无可比拟的优越性，因此，国外大机组（容量在100MW以上）油系统均采用套装式油管路，这在结构上避免了压力油管破裂引起火灾的可能性。
（5）未采用套装式油管路结构的汽轮机油系统，在设计和安装时，调速器阀和主节流阀液压马达的压力油管和大小油管应尽可能布置在操作平台的主节流阀上、热力管道和高温热体的下边，或者布置在运转平台两侧开凿和专设的钢筋混凝土沟槽内，这样可以防止高压油喷射到高温热体和电缆等设备上。
油管道与蒸汽管道保温层外表至少应有15cm的间距，以便采取隔离措施。对于已经进入商业运行的汽轮机，机头附近的热力管道和高压油管平行交错布置，应采取可靠的防护隔离措施。
(6) 汽轮机油系统管道、法兰、在维护和安装过程中，应严格控制锁紧螺母接头的结合面，认真研刮，使结合面平整，接触良好。平面接触时，接触面应大于整个平面的75%，且为圆周连续接触，又无径向贯通的凹槽。球型接头接触时，其接触面必须呈一狭窄带状，全圆周不得有断续状。应采用合格的密封胶料和密封垫料，密封垫应放正，结合面螺丝材质和数量应符合要求。螺丝紧固用力应均匀适当，紧固件强度应足够，装配时，不应强力对，不应有别劲、歪斜。以达到不渗油、不漏油的要求。