汽輪機(jī)軸封蒸汽帶水的原因分析及對(duì)策

戴學(xué)光

摘要：因?yàn)檩S封蒸汽溫度如果與汽輪機(jī)本體部件溫度（特別是轉(zhuǎn)子的金屬溫度）差別太大或是蒸汽帶水，將使汽輪機(jī)部件產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力將造成汽輪機(jī)部件產(chǎn)生摩擦，使部件壽命損耗加劇。文章結(jié)合某電廠機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過程中因軸封蒸汽帶水造成機(jī)組振動(dòng)超限事故案例對(duì)軸封蒸汽帶水的原因做具體分析。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；軸封；蒸汽帶水；熱應(yīng)力；機(jī)組振動(dòng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK263 文章編號(hào)：1009-2374（2016）26-0061-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.029

軸封蒸汽系統(tǒng)作為熱力發(fā)電廠汽輪機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是向汽輪機(jī)主機(jī)、給水泵小汽輪機(jī)的端部動(dòng)靜部位提供軸向密封蒸汽，同時(shí)將各汽封的漏汽合理導(dǎo)向或抽出。在汽輪機(jī)的高壓區(qū)段，軸封系統(tǒng)的正常功能是防止蒸汽向外泄漏；在汽輪機(jī)的低壓區(qū)段，則是防止外界的空氣進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部，保證汽輪機(jī)有盡可能高的真空度，另外，軸封蒸汽系統(tǒng)還有回收汽封漏汽，減少系統(tǒng)工質(zhì)損失的作用，軸封蒸汽參數(shù)若控制不當(dāng)將影響機(jī)組安全運(yùn)行。

1 設(shè)備概況

某廠汽輪機(jī)是由東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的300MW純凝式汽輪發(fā)電機(jī)組。其軸封蒸汽系統(tǒng)是由軸封裝置、汽封冷卻器、軸封壓力調(diào)節(jié)閥、軸封風(fēng)機(jī)、壓力調(diào)節(jié)閥、噴水減溫器及相應(yīng)的管道、閥門等部件組成，為防止雜質(zhì)進(jìn)入軸封，各支管上設(shè)有Y型蒸汽過濾器。當(dāng)機(jī)組在啟動(dòng)時(shí)，軸封蒸汽系統(tǒng)的汽源主要來(lái)自輔汽母管（輔汽母管汽源正常運(yùn)行時(shí)來(lái)自四段抽汽或再熱冷段抽汽，啟動(dòng)時(shí)來(lái)自鄰機(jī)供汽）。輔汽進(jìn)入軸封調(diào)壓部件進(jìn)行調(diào)壓，調(diào)壓后的輔汽隨時(shí)由壓力表、溫度表監(jiān)測(cè)，使輔汽在各種工況下維持其壓力和溫度的正常值。另外，還有一部分軸封汽來(lái)自高、中調(diào)門桿的漏汽。正常運(yùn)行時(shí)，由高中壓漏汽經(jīng)噴水減溫后作為低壓端軸封供汽，多余漏汽經(jīng)溢流站溢流至低壓加熱器或凝汽器。在機(jī)組低負(fù)荷或啟動(dòng)階段，軸封供汽由外來(lái)（鄰機(jī)）蒸汽提供。

2 振動(dòng)超限經(jīng)過

某日14∶28機(jī)組轉(zhuǎn)速1100rpm，主汽壓力3.14MPa，主汽溫度410℃，熱再汽壓0.24MPa，熱再溫度396℃，真空-90.6kPa，高壓內(nèi)缸上下半壁溫174℃/189℃，軸向位移-0.372/-0.311mm；高中壓/低壓脹差1.53/3.38mm，偏心13.8um，高壓缸熱膨脹7.4/5.7mm，主機(jī)潤(rùn)滑油溫40℃，各軸承振動(dòng)為1X/1Y 20/24?m，2X/2Y 30/40?m，3X/3Y 39/65?m。機(jī)組1100r/min中速暖機(jī)結(jié)束，設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速2000r/min，升速率200r/min，準(zhǔn)備升速至2000r/min暖機(jī)，14∶30轉(zhuǎn)速升至1537r/min（高中壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速1750r/min）2Y軸振由40μm持續(xù)上升至272μm，軸振保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。15∶26汽機(jī)轉(zhuǎn)速至零，投入連續(xù)盤車運(yùn)行，盤車電流32A，大軸偏心10um、盤車電流無(wú)擺動(dòng)現(xiàn)象，傾聽缸內(nèi)無(wú)摩擦聲。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

（1）機(jī)組惰走過程傾聽缸內(nèi)無(wú)摩擦聲、無(wú)異音；（2）檢查主汽壓力3.14MPa，主汽溫度410℃，熱再汽壓0.24MPa，熱再溫度396℃，真空-90.6kPa，平穩(wěn)無(wú)突降現(xiàn)象；（3）檢查高壓內(nèi)缸上下半壁溫174℃/189℃，高壓缸熱膨脹7.4/5.7mm，高中壓/低壓脹差1.53/3.38mm，偏心13.8μm，軸向位移-0.372/-0.311mm，各參數(shù)正常；（4）檢查軸封供汽溫度發(fā)現(xiàn)13∶51中壓軸封溫度由177.56℃突降至98.9℃，軸封母管壓；（5）現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)中壓軸封進(jìn)汽手動(dòng)閥開度較小，大約只有4～5圈的開度，中壓軸封進(jìn)汽閥后濾網(wǎng)疏水直排管只有小量的蒸汽冒出，疏水閥的開度約有3～4圈。低壓軸封前后進(jìn)汽手動(dòng)門均處于全開狀態(tài)。

4 處理措施

（1）開大高壓、中壓軸封進(jìn)汽閥至1/2開度，全開高壓、中壓、低壓軸封進(jìn)汽閥后濾網(wǎng)疏水閥，對(duì)軸封系統(tǒng)進(jìn)行徹底疏水；（2）連續(xù)盤車2小時(shí)，17∶20全面檢查正常，重新掛閘沖轉(zhuǎn)至500rpm摩檢正常，17∶26轉(zhuǎn)速升至1200rpm中速暖機(jī)，17∶55中速暖機(jī)結(jié)束后繼續(xù)升速，過臨界轉(zhuǎn)速4Y大軸振動(dòng)最大值94.3μm，各軸振動(dòng)良好：1X：49.4μm，1Y：52.8μm；2X：40μm，2Y：90.2μm；3X：31μm，3Y：74.3μm；4X：52.6μm，4Y：94.3μm；過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)良好；19∶20轉(zhuǎn)速達(dá)3000r/min，19∶31并網(wǎng)成功。

5 振動(dòng)原因分析

（1）現(xiàn)場(chǎng)檢查軸封系統(tǒng)投入運(yùn)行后對(duì)高、中、低壓分路門開度不夠，低壓軸封較長(zhǎng)時(shí)間有吸空氣聲音，中高壓軸封開度才2圈左右，并且軸封母管壓力控制較低才30kPa，明顯偏低；（2）本次啟動(dòng)前鍋爐進(jìn)行水壓試驗(yàn)主、再蒸汽管道可能存在積水，而本次啟動(dòng)在鍋爐起壓以后才開啟投高低旁路，沒有提前利用旁路抽管道余水，造成暖管過程主汽門桿長(zhǎng)時(shí)間漏水，投旁路時(shí)間滯后；（3）本體疏水工作不及時(shí)，機(jī)組真空建立后未及時(shí)安排先疏水排盡管道死角余水；（4）高壓缸預(yù)暖控制不合理，未按要求調(diào)節(jié)缸內(nèi)壓力，預(yù)暖閥開度遲遲未開大到8∶30時(shí)，開度才10%左右，造成汽缸溫度、膨脹升漲緩慢；（5）沖轉(zhuǎn)后夾層加熱沒有根據(jù)上下缸，內(nèi)外缸及法蘭內(nèi)外壁溫度沒有及時(shí)調(diào)整，本次沖轉(zhuǎn)后夾層一直處于全開狀態(tài)，造成現(xiàn)場(chǎng)加熱過度；（6）機(jī)組軸系振動(dòng)異常原因分析：13∶51軸封供汽母管壓力由30kPa突降至15kPa，中壓軸封進(jìn)汽溫度由178℃突降至98℃，此時(shí)中壓軸封因疏水不充分，軸封供汽帶水進(jìn)入中壓軸封，導(dǎo)致中壓軸封急劇冷卻產(chǎn)生局部彎曲變形，在升速過程軸封處發(fā)生了局部碰磨，導(dǎo)致機(jī)組軸系振動(dòng)異常上升；（7）啟動(dòng)過程中壓軸封進(jìn)汽閥開度過小中壓軸封進(jìn)汽節(jié)流后壓力、溫度下降。

6 防范措施

6.1 機(jī)組啟動(dòng)階段

（1）啟機(jī)過程中軸封系統(tǒng)應(yīng)疏水充分，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)軸封管路實(shí)際布置，防止軸封積水，要求機(jī)組啟動(dòng)至定速3000rpm、軸封汽溫度正常后方可關(guān)閉疏水。投軸封前應(yīng)暖管、疏水徹底，使封汽達(dá)到要求溫度，各水水點(diǎn)都必須進(jìn)行檢查確保該疏水點(diǎn)疏水正常；（2）汽封供汽必須具有必要的過熱度，盤車之前不得投入汽封供汽系統(tǒng)，以免轉(zhuǎn)子彎曲，為了防止汽封部位由于熱應(yīng)力而造成轉(zhuǎn)子損壞；（3）在機(jī)組啟動(dòng)階段要監(jiān)視軸封加熱器負(fù)壓值在規(guī)定范圍，以確保軸封蒸汽回汽正常，另外需將軸封回汽母管上各疏水點(diǎn)閥門全開，徹底疏水；（4）機(jī)組啟動(dòng)前投軸封暖管疏水要充分，軸封投用初期應(yīng)維持較高壓力，各疏水門全開，特別是各進(jìn)汽門后濾網(wǎng)放水門應(yīng)保持全開，考慮到投入軸封到機(jī)組并網(wǎng)還有很長(zhǎng)時(shí)間，各排地溝疏水門應(yīng)在連續(xù)排出蒸汽，無(wú)水珠后關(guān)小或關(guān)閉，在機(jī)組沖轉(zhuǎn)前半小時(shí)左右再打開，注意軸封進(jìn)汽溫度無(wú)大幅波動(dòng)，否則不進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，待穩(wěn)定后再?zèng)_轉(zhuǎn)；（5）機(jī)組沖轉(zhuǎn)過程中保持軸封系統(tǒng)穩(wěn)定，維持軸封壓力略高于正常運(yùn)行壓力，保持45～50kPa（300MW機(jī)組），不投減溫水，疏水門開啟，特別要避免軸封溫度突升突降，若出現(xiàn)軸封汽溫突降情況，應(yīng)請(qǐng)示專工增加暖機(jī)時(shí)間，升速過程中若出現(xiàn)非臨界區(qū)振動(dòng)大幅上升立即打閘，傾聽機(jī)內(nèi)聲音，轉(zhuǎn)速至0后投入連盤，視情況再擇時(shí)沖轉(zhuǎn)；（6）機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷后，軸封投用減溫水要緩慢，發(fā)現(xiàn)軸封溫度下降較快，應(yīng)及時(shí)開啟有關(guān)疏水，實(shí)際操作過程中，低壓前軸封容易出現(xiàn)溫度大幅下降的

情況。

6.2 機(jī)組降負(fù)荷階段

在控制降負(fù)荷時(shí)，當(dāng)汽封母管壓力降低后，輔助供汽調(diào)節(jié)閥根據(jù)需要而開啟，以保持汽封聯(lián)箱壓力。當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，應(yīng)調(diào)整汽封供汽溫度，使之與高﹑中壓轉(zhuǎn)子金屬表面溫度的匹配能使轉(zhuǎn)子應(yīng)力（在汽封區(qū)內(nèi)）減至最小。

6.3 汽輪機(jī)事故跳閘階段

當(dāng)汽輪機(jī)跳閘時(shí)，汽封聯(lián)箱的壓力降低，輔助供汽調(diào)節(jié)閥快速開啟，以保持汽封母管壓力。由于汽封汽源的快速切換，使高壓供汽和汽缸端壁金屬之間的溫度匹配受到限制。然而如果在跳閘之前溫度匹配得好，則當(dāng)發(fā)生向外部供汽汽源的切換時(shí)，可避免產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)子金屬表面的溫度波動(dòng)。

6.4 機(jī)組停運(yùn)階段

（1）在機(jī)組停運(yùn)、軸封進(jìn)汽閥關(guān)閉后高、中、低壓軸封進(jìn)汽閥后的濾網(wǎng)疏水閥應(yīng)全開，以排除垂直管段內(nèi)的積水；（2）機(jī)組在停運(yùn)期間，保持各軸封進(jìn)汽門后濾網(wǎng)排水門全開，以防止管道內(nèi)積水。

7 軸封系統(tǒng)優(yōu)化建議

（1）要對(duì)軸封各段溫度測(cè)點(diǎn)做好跟蹤分析，看該溫度測(cè)點(diǎn)是否有異?；虿贾檬欠窈侠?，必要的話建議在高、中、低壓軸封進(jìn)汽門后多增加一組溫度測(cè)點(diǎn)（最好是在進(jìn)汽最低點(diǎn)處易積水的地方增加），這樣可以對(duì)運(yùn)行人員有更多的操作參考；（2）軸封系統(tǒng)不同壓力疏水管路不能直接匯入同一根疏水母管，以防止排擠現(xiàn)象發(fā)生，造成疏水不暢；（3）機(jī)組軸封系統(tǒng)若有存在U型管路的地方必須增加疏水點(diǎn)，特別是低壓軸封回汽管路，該管道至軸封回汽母管接口距離較長(zhǎng)且一般與軸封回汽母管形成U型管結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)階段經(jīng)常積水造成低壓軸封回汽不暢；（4）通常軸封蒸汽系統(tǒng)各疏水管路都有主路和旁路，主路上一般都裝有自動(dòng)疏水器，但往往隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，自動(dòng)疏水器就失去自動(dòng)疏水功能，所以機(jī)組啟動(dòng)時(shí)一定要檢查各疏水點(diǎn)有沒有正常工作，一般建議疏水盡量使用疏水旁路進(jìn)行。

8 結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)軸封蒸汽帶水不僅拖延機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷時(shí)間，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，甚至造成機(jī)組動(dòng)靜部件磨損、大軸彎曲或水沖擊，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全，降低機(jī)組運(yùn)行壽命，因此我們要用科學(xué)合理的方法避免該類事故。在軸封投運(yùn)時(shí)要進(jìn)行充分輸水暖管，嚴(yán)格控制軸封蒸汽參數(shù)。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中要對(duì)每個(gè)重要操作進(jìn)行制度化、常態(tài)化，并對(duì)任何事故的原因進(jìn)行科學(xué)分析。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：蔣建華）