汽輪機軸封漏汽的原因分析及改進措施

梁 柱,鄧雨生,柯史壁

(茂名石化動力廠,廣東 茂名 525021）

汽輪機軸封漏汽的原因分析及改進措施

梁 柱,鄧雨生,柯史壁

(茂名石化動力廠,廣東 茂名 525021）

分析了鍋爐給水泵驅動汽輪機軸端汽封泄漏的原因,分析后確認,造成汽輪機汽封泄漏的原因是汽輪機前、后汽封間隙均遠大于設計值。通過修正汽封環的尺寸并調整了汽封間隙,使間隙被控制在設計值以內,同時,在前、后軸承的油檔處采用了“氮氣封汽”技術措施。運行后的結果表明,這些改進措施有效地解決了汽輪機前、后汽封的漏汽問題。

鍋爐:給水泵;汽輪機;軸封;漏汽:間隙:改進:措施

1 概 述

某石化廠自備電站由2臺410 t/h循環流化床鍋爐和1臺40MW雙抽凝汽輪發電機組組成,汽機間布置有3臺鍋爐給水泵,其中2臺為電動給水泵,1臺為汽動給水泵。給水泵驅動汽輪機為背壓式汽輪機,采用電液調速系統,額定功率為2958 kW,汽輪機額定轉速為2985 r/m in,進汽壓力控制在4.1～4.6MPa,排汽壓力控制在0.78～1.18MPa,該汽輪機潤滑油系統中的潤滑油用于機組各軸承潤滑和汽輪機的轉速控制。

該電站自2006年投入運行后,汽輪機前、后軸封常出現漏汽和潤滑油系統中帶水現象。經檢查,是由于軸端汽封漏汽嚴重所致。在汽輪機運行時,從軸封外端逸出的高溫蒸汽,沿軸向穿過油封進入汽輪機的軸承箱中,蒸汽冷凝成水后,隨潤滑油的回油進入潤滑油系統,不斷積累的蒸汽冷凝水與潤滑油一起在機組中循環,這一過程使潤滑油不斷乳化,造成潤滑油品質下降。這種乳化后的潤滑油對運行中的汽輪機及水泵危害極大:不僅影響軸承的潤滑,加劇軸承的磨損,增加功率損耗,更主要的是引發汽輪機調速系統的故障,造成汽輪機轉速失控,從而導致機組的非計劃停機。[1]為解決軸封漏汽現象,在機組大修時,對該汽輪機進行了解體檢修,更換了汽輪機前、后汽封,重新調整了汽封間隙。在檢修后的投運初期,軸封漏汽并不明顯,但運行4個月后,發現油箱中含水量又會逐漸增大。一年后,軸封蒸汽泄漏更趨增大,嚴重時,必須每星期添加1桶180L的潤滑油對油箱進行補油,并定期從油箱底部泄油閥排出油水混合物,以防止油品乳化。軸封漏汽不但威脅安全生產,還增加了勞動強度。因此,必須對于汽輪機軸封漏汽引起足夠的重視,及時查清原因,采取相應的對策消除設備隱患,以確保汽輪機的安全運行。

2 軸封漏汽的原因分析

2.1 汽輪機軸封的結構分析

該機組軸端汽封采用平齒梳齒形汽封,見圖1所示。除汽封環上有密封齒,主軸上也有密封齒。密封齒與相對應部件形成若干個縮孔(齒間隙）,當蒸汽經過第一個縮孔時,由于流通面積突然減小,蒸汽壓力下降,汽流速度增加。高速汽流進入縮孔后的汽室后,由于摩擦、渦流等原因,速度降低,動能轉換成熱能,比焓值恢復到原來的值。然后蒸汽再依次經過以后各縮孔,重復上述過程。蒸汽每經過一個縮孔產生一次節流,壓力降低一次,最后由軸封抽汽帶走低壓力的蒸汽。

圖1 軸端汽封的密封齒

2.2 軸封間隙檢查結果分析

在2009年12月檢修期間,再次將該汽輪機解體檢修,處理軸封漏汽,經過貼膠布法測量汽封的密封齒間隙,發現汽輪機缸體嚴重偏移(汽輪機軸向為東西方向布置）,南側前、后汽封間隙平均值為0.12mm,北側前、后汽封間隙平均值為1.12mm。見圖2所示。該汽封組由4片汽封環組成,汽封環背有彈簧,原設計的汽封間隙為0～0.08mm,因為汽封環有彈簧擠壓,即使汽封間隙為零,作用在軸上的力也很小,汽封上的齒片對軸磨損較小。

圖2 軸封處截面圖

檢測各級汽封環齒片,沒有發現太大的磨損。特別是南側汽封環平均齒高3.15mm,北側汽封環齒高3.20mm(新汽封環齒高3.22mm）,相差不是很大,但發現存在兩個問題:

(1）下汽缸與主軸中心線平行度相差近1mm,下缸向南偏移。

(2）汽封安裝后總間隙達1.24mm,與設計值0.16mm相差過大。因此,北側汽封間隙過大,這是汽輪機軸封漏汽的主要原因。

3 改進措施

3.1 調整軸封間隙

經過解體檢查,確定了軸封漏汽是由于間隙過大造成。如何減少汽封的總間隙和消除下汽缸偏移是解決問題的重點。現場分析后認為,先從解決汽缸的偏移著手,微調下汽缸的安裝位置,因此,將下汽缸的定位銷拆除,用10 t導鏈向南偏移下汽缸,由于下汽缸過重,無法拉動,所以,調整下汽缸位置的辦法不太可行。重新考慮從汽封環入手,將汽封環的間隙調整至理想位置。通過繼續測量每塊汽封環間隙(如圖2）,發現下汽缸中心線與主軸中心線都在同一水平面上。南側汽封平均間隙差值不到0.04mm,而北側汽封2塊汽封平均間隙差值小于0.05mm。由于南側平均汽封間隙為0.12mm,與設計值較接近,決定不再考慮此處的間隙調整。所以,調整的重點位置是北側汽封環的間隙。從汽封環在汽封座上的安裝情況分析,汽封環背部有限位槽,利用彈簧的彈力將汽封環固定在汽封座。欲使汽封環更緊靠主軸,可車削限位槽,則汽封的間隙就會縮小。汽封環的車削位置如圖3、圖4所示。由于汽封環呈弧形,需在車床上車削,因此,應將4片汽封環組成一個完整圓形才能進行加工。汽輪機前、后汽封有4種不同寬度的汽封環,經過測量每組前、后汽封在北側位置的上下2塊汽封環的間隙,確定了車削量約為1.10mm。將待加工的每塊汽封環做好標記,并從庫房挑出舊的汽封環,按每種不同的寬度與現需改動汽封環進行組合拼裝后再進行車削,車削后的汽封環尺寸見圖5所示。

汽封環加工后,按原先的標記裝回,重新測量汽封間隙,間隙范圍在0.02～0.07mm,小于設計值0.16mm,符合安裝要求。對汽封座內的積垢進行了清除,檢查每片彈簧,并更換了已變形的彈簧。

3.2 采用“氮氣封汽”的措施

在處理汽輪機油系統帶水的問題時,還采用了壓縮空氣封住軸封漏汽進入油系統的“氣封汽”技術[2][3]:對軸承室油檔進行改造,引一路干燥的壓縮空氣,使油檔環腔內部形成環形空氣密封,借空氣來阻隔蒸汽進入油系統中,即可實現“氣封汽”的目的。送入的空氣壓力不宜太高,以免破壞軸承油膜損壞軸承。結合電站系統的實際情況,為了確保油系統的安全,確定了采用氮氣作為氣源來實施“氣封汽”技術。

首先,在前、后軸承油檔環外側上半部位鉆一約12mm通孔,攻絲后裝接頭,鉆孔時僅鉆通最外側油檔環,便于在油檔中形成空氣環流;從氮氣總管引一根管至汽輪機旁,與汽輪機前、后軸承油檔環鉆孔部位相連接,引入氮氣用減壓閥調節至0.1MPa左右,沿新增設管線送入汽輪機前、后軸承油檔槽內,利用氮氣在油檔環里形成的環流,阻隔汽輪機軸封漏汽進入潤滑油系統。氮氣管線的簡圖見圖6所示。

圖6 氮氣管線示意圖

4 改造效果

2010年1月9日機組檢修完成,在汽輪機投運后,機組運轉正常,軸瓦振動值正常。用減壓閥調節氮氣壓力至0.06MPa,運行時軸封處無蒸汽冒出,機組運行后,每天檢查油箱底部含水情況,沒有發現帶水現象。運行10個月后,檢查油箱底部含水情況,仍沒有發現帶水現象。運行結果表明,汽封間隙的調整和“氮氣封汽”的措施,較好地解決了汽輪機前、后軸封長期存在的漏汽問題。

5 結 語

通過測量和分析汽輪機軸封的結構與汽封形式,改變了汽封環的尺寸并對汽封間隙進行了調整,將間隙控制在設計值0.16mm之內,同時,在前、后軸承的油檔采用了“氮氣封汽”技術措施,較好地解決了汽輪機的軸封漏汽問題。經過約1年的運行結果證明,這些改進措施很有成效。

[1]王兆鑫,高忠,徐國平.B6—3.43/0.981型背壓汽輪機軸封漏汽的治理[J].潤滑與密封,2008,34(11）:109—110.

[2]伊旭東.中小型汽輪機油中帶水的防治[J].節能,2009,8:36—37.

[3]朱碧武.采用“氣封汽”的措施消除軸封漏汽引起的汽輪機油系統帶水問題[J].發電設備,2007,21(2）:168.

Analysis on Steam Leakage from the Shaft Seal of Turbine and its Countermeasures

LIANG Zhu,DENG Yu-sheng,KE Shi-bi
(Maom ing Petro-chem ical Company Pow er Plant,Maom ing,Guangdong,525021,China）

The cause of steam leakage has been analyzed from the shaft seal of turbine d riven by a feed-w ater pump of the boiler in the paper.The gap of both the front and back shaft seals of the turbine is found much bigger that the design value after analysis.Then the gap has been controlled w ithin the design value based on revision of the dimension of sea l ring and ad justment of seal gap.Meanwhile themeasure"nitrogen seal"is adop ted at the oil stem of both front and back bearings.The problem of steam leakageof both the front and back shaft seals of the turbine has been effectively solved by these im proved measures after operation.

boiler;feed-water pump;turbine;shaft seal;steam leakage;gap;improvement;measure

TK263.3+3

B

1672-0210(2011）02-0029-04

2011-04-11

2011-04-27

梁柱(1973-）,男,工程師。畢業于華東理工大學化工機械專業.現從事電廠設備的管理工作。