燃氣輪機聯合循環機組汽輪機軸封系統改造及控制邏輯優化

龔凱峰

（上海電力建設啟動調整試驗所，上海　200031）

燃氣輪機聯合循環機組汽輪機軸封系統改造及控制邏輯優化

龔凱峰

（上海電力建設啟動調整試驗所，上海200031）

針對某電廠燃氣輪機聯合循環機組汽輪機軸封系統的設計缺陷及使用過程中發現的問題，在調試期間進行了針對性的改造和優化措施。增加了軸封進汽疏水管道和軸封電加熱旁路管道，優化了軸封電加熱邏輯，修改了軸封母管疏水管道，優化了軸封系統控制邏輯。結果表明，相關措施有效地提高和穩定了軸封進汽溫度，杜絕了軸封母管進水隱患，提高了汽輪機運行的安全性。

燃氣汽輪聯合循環發電機組汽輪機軸封系統設備改造邏輯優化

汽輪發電機組軸封系統在汽輪機安全經濟運行中起到重要作用，為了汽輪機本體部件的安全，對送汽的壓力和溫度有一定的要求［1］。送汽溫度如果與汽輪機本體部件溫度（特別是轉子的金屬溫度）差別太大，將使汽輪機部件產生很大的熱應力，這種熱應力將造成汽輪機部件壽命損耗的加劇，同時還會造成汽輪機動、靜部分的相對膨脹失調，這將直接影響汽輪機組的安全［2］。因此，軸封系統是否安全高效地運行對機組整體安全性及經濟性都有著重要意義。本文基于某燃機電廠基建調試階段的汽輪機軸封系統，分析和論述了針對其進行的改造和優化，有效地提高了機組運行安全性，也為同類型電廠提供參考，避免發生相同問題。

1　某燃機電廠汽輪機軸封系統介紹

某電廠燃氣輪機聯合循環發電機組，其汽輪機軸封系統主要由軸封電加熱、汽封進汽控制閥、軸封母管、汽封排汽控制閥、汽封冷卻器、軸抽風機以及相關管道疏水等組成。該廠軸封蒸汽系統由啟動鍋爐供汽，通過輔助蒸汽管道進入汽機廠房，由軸封電加熱器把蒸汽溫度加熱至滿足軸封用汽的溫度；通過自動控制回路來控制軸封母管的壓力控制閥控制壓力恒定3.5kPa（表壓），溫度通過一個減溫水控制閥控制為150℃。汽輪機未沖轉時，軸封汽使用輔助蒸汽供應；汽輪機沖轉帶負荷后，汽輪機高中壓軸封自密封，靠溢流調節閥維持高中壓軸封母管壓力，低壓軸封依舊為外密封。高、中、低壓汽輪機兩端的最外面一擋軸封排汽分別進入一個蒸汽母管，該母管保持微負壓，蒸汽母管連接軸封冷卻器，在軸封冷卻器內蒸汽被凝結而空氣被排入大氣，通過軸抽風機保持真空。高壓缸兩端的最里面一檔軸封排汽在汽輪機未沖轉時進入凝汽器，在汽輪機帶負荷后自密封狀態下的高參數軸封漏氣進入中壓外缸下部與內缸的夾層內，與中壓缸排汽一起至低壓缸做功；兩種狀態切換由兩個氣動蝶閥控制完成。

2　軸封系統調試過程中發現的缺陷

該廠汽輪機軸封系統在調試階段，暴露出了一些設計和運行方面的問題，影響了機組整體安全性。

（1）軸封電加熱進汽溫度低。機組在調試階段，發現軸封電加熱進汽溫度164℃，小于170℃的最低要求，導致軸封電加熱出口溫度上升速率非常緩慢，且無法達到系統正常運行要求的275℃最低標準。（2）軸封進汽調節閥前蒸汽溫度上升速率過慢。汽機房內輔助蒸汽停用的情況下，機組啟動過程中，等待軸封進汽溫度達到標準的時間大約需要2個小時，系統檢測顯示軸封進汽溫度上升速率非常緩慢，導致聯合循環機組APS功能受到一定制約，機組啟動周期延長，影響燃機發電機組快速響應電網負荷要求的能力。（3）軸封母管疏水接至清潔疏水系統。高中壓軸封進汽母管一處疏水管設計為接至汽機房清潔疏水系統，并未同軸封母管其它疏水管道一樣接至凝汽器本體疏水系統。這一原始設計使得軸封系統存在進水的可能，而機組實際運行過程中確實發生一次疑似事故，說明這一原始設計存在著根本上的安全隱患，威脅機組的安全運行。（4）高中壓軸封進汽調門反應速度慢。在汽輪機脫扣停機過程中，汽機高中壓軸封從自密封切換至外密封時，高中壓進汽調門響應速度不夠，導致高中壓軸封壓力產生10min左右晃動，最低至負壓，最高至9kPa左右。（5）軸封漏汽至中壓缸閥門在汽機3000rpm前打開。由于邏輯設計問題導致在調試過程中，高壓軸封漏汽至中壓缸的蝶閥在汽機3000rpm前打開，使得中壓缸下部提前進汽，上下缸溫差超過規定值，啟動過程延緩。

3　軸封系統缺陷分析和處理措施

針對以上問題，分析其產生原因，確認主要涉及兩個方面，軸封系統機務改造和軸封系統控制邏輯優化。因此，提出了以下解決方案。

（1）針對進汽溫度低和上升速率慢的問題，從設計和實際運行角度分析確認為蒸汽流通量不夠導致蒸汽溫度無法在規定的啟動時間內滿足要求。提出了在汽輪機軸封進汽管道上增加合理的疏水點，保證汽輪機軸封進汽前蒸汽溫度能夠達到設計值。經過現場環境分析，提出在軸封電加熱器前后分別增加疏水點，同時增加軸封電加熱旁路的修改方案，增加了蒸汽流通量，有效地解決了這一問題。（2）針對軸封母管疏水至大氣，導致運行過程中存在的漏空氣情況，從而使得軸封齒部位進冷汽，引發軸封齒收縮，使得汽輪機盤車轉速下降的問題，經過事故分析以及參考廠家建議，采取了更改疏水管道至本體立管疏水系統，從而避免了漏空氣的可能性，杜絕類似事故再次發生。（3）針對軸封壓力控制問題，分析認為高中壓軸封進汽調門的控制邏輯在這種特殊情況下的控制方式不能夠保證安全快速地完成壓力控制，在比較其他機組的控制邏輯以及和專家意見后決定一條邏輯：增加汽機跳閘直接把高中壓進汽調門開度指令置為50%，之后再進行正常PID調節。經過實際運行情況反饋，控制效果比較理想，基本能在2分鐘左右控制住軸封壓力。（4）針對軸封漏汽蝶閥提前開的問題，增加了汽輪機轉速判斷邏輯條件，只有當汽輪機轉速大于48.5Hz時才允許開啟軸封漏汽至中壓缸的閥門，經過實際運行，再未發生該類情況。

4　結語

通過以上改進，該機組在整套調試后期及168h考核期間，軸封系統啟動過程溫度上升速率得到較大提高，能夠穩定維持在280℃～300℃的運行要求值，壓力響應迅速，機組運行穩定。

［1］梁娜，丁常富，郝文廣.機組軸封系統熱經濟性向量分析法及應用［J］.汽輪機技術，2010（3）：177-179.

［2］陳飛，胡念蘇.1000MW火力發電機組培訓材料——汽輪機設備系統及運行［M］.北京：中國電力出版社，2009：340-342.