某上汽1000MW機組試運期間軸封系統問題探討

楊森

（大唐三門峽電力有限責任公司，河南 三門峽 472143）

軸封系統是汽輪機組的重要組成之一，其主要作用，一是在壓力區段防止進入汽輪機的蒸汽外泄，確保蒸汽都能沿著汽輪機的葉柵通道前進做功，提高汽輪機的效率；二是在真空區段防止冷空氣進入汽輪機內，以免轉子遇冷出現熱彎曲，同時保證汽輪機組有良好的真空，提高汽輪機的做功能力。軸封系統若發生異常，可能會導致機組漏真空，降低經濟性，嚴重的會引起動靜部分摩擦，軸承振動變大，甚至發生磨軸現象，嚴重影響汽輪機組的安全運行。某廠新安裝的百萬機組采用上海汽輪機廠與西門子聯合設計的組合積木塊式HMN機型，其軸封系統對壓力和溫度要求較高，在調試和投運初期軸封系統發生了多起異常。

1 軸封系統簡介

該1000MW機組為四缸四排汽結構，采用“N+1”軸承支撐，即高壓缸由兩個徑向軸承支撐，中壓缸和兩個低壓缸各由一個徑向軸承支撐，所有軸承座直接落在基礎上。高、中壓軸封段固定在高、中壓外缸體上，隨缸體膨脹移動；低壓缸的軸封段直接固定在軸承座上，與支撐在凝汽器上的低壓外缸之間用補償波紋管連接。高壓缸前端軸封有4個腔室，后端有3個腔室，軸封供汽至前端第三個腔室和后端第二個腔室；前端第二個腔室和后端第一個腔室的漏汽直接引入中低壓連通管做功，以提高經濟性。中、低壓缸的軸封供汽均從內側腔室進入，從外側腔室回至軸封回汽母管上，如圖1所示。汽缸各端軸封回汽管道上均安裝有蝶閥，以調整各軸端的軸封回汽量。軸封系統采用自密封設計，當機組負荷大于70%時，高壓缸、中壓缸的軸端排汽量超過低壓缸所需的供汽量時，低壓缸的汽封用汽就由高、中壓缸軸端漏汽供應，此時供汽調節閥關閉，通過溢流調節閥將多余的蒸汽排入凝汽器或#8低加內，以維持軸封母管的壓力。

圖1

該機型軸封供汽系統設計較為獨特，有幾個顯著的特點，與常見的西屋機型軸封系統存在較大的差異。一是該機型所需軸封供汽壓力較低，僅為3.5kPa，遠低于常規機組軸封壓力定值，這有賴于其供汽接口的設計位置。二是軸封壓力測量裝置不設在軸封母管上，而是在母管上引出一個脈沖管，伸出汽輪機平臺地面，在脈沖管上與汽輪機中心線平齊的高度處安裝壓力測點，以此處壓力作為軸封供汽壓力的監測調整值（見圖2）。三是高、中、低壓缸軸封供汽為一根母管，不分設高壓軸封供汽和低壓軸封供汽母管，無低壓部分軸封溫度調節裝置。四是軸封供汽對溫度要求較高，由于軸封供汽為一根母管，為照顧各缸軸端金屬溫度，使供汽溫度與之相匹配，該機型要求機組正常運行時軸封供汽溫度為280～320℃。由于機組運行時輔汽的用戶較少，導致輔汽溫度偏低，難以達到軸封供汽溫度的要求，因此系統中設置電加熱器對軸封供汽溫度進行調節。

圖2

2 試運期間軸封系統發生的問題與措施

2.1 初次投運軸封時回汽不暢

初次投運軸封系統時將壓力設置為3.5kPa，發現高、中壓缸處軸封大量冒汽，而低壓缸各端軸封向內吸氣。逐步將軸封壓力提高至6.5kPa，發現各瓦處均大量冒汽，且軸封壓力波動較大，高輔至軸封供汽調門波動頻繁，此時各軸端回汽門均已全開，沒有其他的調節手段。分析懷疑回汽管道局部存在積水，導致回汽不暢，使蒸汽從軸封處冒出。將軸封母管上各處疏水門全部打開后依然無效。就地排查軸封系統管道，發現在中壓缸前端軸封回汽管處有一個“U”型低點，且該處無放水管道。將中壓缸前端軸封回汽門法蘭螺栓拆除后，發現該管道內積聚大量疏水，導致回汽無法正常進入軸封加熱器內。找到問題后，結合現場管道實際位置，在該低點處增加了一路疏水，將其直接接入軸封回汽至軸封加熱器的入口，使管道內積水直接排至軸加，解決了該處積水的問題。再次投運后狀況明顯改善，軸封壓力設置在6.5kPa后，調整各回汽門使各軸端均處于輕微冒汽的狀態。但軸封母管壓力為6.5kPa，高于設計值（3.5kPa）。

2.2 軸封母管壓力異常波動

該機組在初次沖轉并網后發現軸封母管壓力頻繁波動，調門反復調節始終無法維持在某一個壓力范圍內。經檢查調門、系統管道等均無異常。進一步核對設計圖紙發現，壓力測點安裝在汽機房8米層軸封供汽母管上，靠近高壓缸供汽接口處，這與設計的壓力脈沖管處安裝壓力測點不相符。根據上汽提供的測點布置要求，供汽母管的壓力應能夠真實反映汽缸中分面處的汽封壓力，據此設計院專門在軸封母管上設計壓力脈沖管，將一根φ89的管道從軸封母管上伸至17米平臺上，在平臺上與汽缸中分面水平的位置安裝壓力取樣裝置。而安裝單位由于未能理解該設計的用意，沒有按照圖紙要求安裝壓力脈沖管，導致測量的壓力不準，不能滿足系統要求，頻繁調節。后來利用調試期間機組停運的機會按照設計圖安裝壓力脈沖管及壓力取樣裝置，再次投運后軸封母管壓力較為穩定，沒有明顯波動，但軸封母管壓力高于設計值的問題未能解決。

2.3 軸封供汽母管溫度異常

該機組在初次沖轉并網后除了軸封壓力波動之外，另一個突出問題就是供汽母管溫度偏高，在高負荷時系統中測點T1和T2都達到了400℃以上，經過對管道實際測量，確認測量正確，這嚴重威脅機組的安全運行，尤其是高出低壓缸進汽溫度太多，影響低壓缸的安全。經過對現場管道布置方式和安裝圖紙的比對，并咨詢上汽技術人員，發現高調、中調及補汽閥門桿漏汽至軸封溢流管道的安裝位置錯誤（見圖2）。現場高調門門桿漏汽、中調門門桿漏汽及補汽閥門桿漏汽管道接在軸封供汽母管的大小頭前φ325管道上，與原設計接至大小頭后φ406的管道上不符。根據上汽技術人員的設計思路，將這三趟管道接在大小頭后的目的就是為了在負荷較高時減輕溢流管道的壓力，使其接近溢流調門，直接將門桿漏汽通過溢流調門排至凝汽器。而接在大小頭前的情況下，在負荷較高時，門桿漏汽與高、中壓缸軸封漏汽互相排擠，不能順利排至凝汽器，使進入軸封母管的蒸汽量及溫度均高于設計值。該廠利用調試期間機組停運的機會，按照設計圖將三根門桿漏汽管道按照設計接口安裝后發現T2明顯降低，在高負荷時T2維持在340℃左右，雖仍高于上汽給定的溫度范圍，但勉強可以接受維持運行。但高負荷時T1仍達到404度左右。

圖3

3 軸封現有問題分析

經過檢修和局部重新施工，目前該機組軸封系統能夠滿足正常運行，但是仍存在軸封母管壓力高于設計值和自密封狀態時T1、T2溫度偏高的問題。經過對同類型的運行狀況較好的機組實地觀摩，對照上汽廠給出的系統圖（圖1）和實際安裝后系統圖（圖3）分析，認為造成這兩個異常的原因均屬于設計問題，主要有以下三點。

3.1 軸封溢流管道的接口設置有誤

上汽給出的系統圖中顯示，軸封溢流管道與軸封供汽母管的接口位置在高、中壓缸之間。這樣設計的目的是在高負荷情況下讓高壓缸兩端的軸端漏出的高溫蒸汽向高中壓缸之間匯集，凝汽器的負壓對高壓缸和中壓缸兩端均有一定的作用，使這些漏汽能夠在凝汽器負壓的作用下充分混合，并通過溢流調門的開度控制輸送至凝汽器的蒸汽量，以保證供汽母管的壓力。同時剩余的蒸汽在經過中壓缸時與中壓缸末端漏出的蒸汽混合，溫度被降低至300℃左右供至低壓缸，滿足其供汽的溫度需求。而該廠的軸封溢流管道接口設置在軸封供汽母管上高壓缸的后端，距離較遠，使得凝汽器負壓對高壓缸前端和中壓缸漏汽的作用有限，溢流作用不太明顯，導致高負荷時母管壓力偏高且高壓缸前端的部分高溫蒸汽進入低壓缸供汽，使T2溫度偏高約20℃左右。

3.2 高輔至軸封供汽管道接口設置有誤

上汽的系統圖中軸封供汽管道接口位于中壓缸和低壓I缸中間的供汽母管上，該處基本處于整個汽輪機軸系的中間位置上，在此處供汽只需要很小的壓力就可以使兩端均達到供汽的目的。而該廠的軸封供汽管道接口位于高壓缸的前端處，這導致母管的壓力需要適當的提高才能將軸封蒸汽送至低壓II缸的末端。這是導致在非自密封狀態下軸封母管壓力高于設計值的原因。

3.3 溫度測點T1的安裝位置有誤

上汽給出的系統圖中T1的位置應該在高、中壓缸之間，溢流管接口之后，按照蒸汽的流向來講其測得的應該是中壓缸的漏汽溫度或者是高、中壓缸漏汽混合后供向低壓缸的蒸汽溫度。而該廠T1測點的安裝位置在高壓缸前端供汽口處，在自密封狀態下實際測得的是高壓缸前端漏汽溫度，不能真實的反映出軸封供汽母管供至低壓缸的溫度，不具有代表性。

4 結語

上汽1000MW機組軸封系統的設計理念有其特殊之處，在機組設計階段應加強設計院和制造廠的溝通，充分理解每一個設計的意圖；在安裝階段應加強對安裝單位的管理和監督，嚴格按照設計施工，盡量避免無手續的改變設計。這也為其它同類型機組的安裝提供了經驗，在施工時注意軸封系統各接口位置、管道走向，以及溫度、壓力等測點的布置方式，將有利于避免類似異常的發生。

[1]戎朝陽，胡珊君.1000MW超超臨界汽輪機軸封汽溫控制[J].發電設備，2010,24（4）:261-264.

[2]劉磊，張秋生，何志永，梁華.1000MW汽輪機軸封控制現狀及優化[J].中國電力，2016，(06):43-47.