660 MW 汽輪機進水異常分析及治理措施

王 敏 馮建偉 王 杰

1.天津藍巢電力檢修有限公司

2.湖北華電江陵發電有限公司

0 引言

巴基斯坦薩希瓦爾電站一期工程裝機規模為2×660 MW 超臨界燃煤機組。汽輪機由上海汽輪機有限公司設計制造。本機型高、中壓缸在工廠精裝后整體發運至現場，動靜間隙的調整工作均在汽輪機工廠內完成，現場無需進行相關間隙調整工作；低壓缸散裝發運至現場組裝。高中壓缸端部汽封單側最小間隙0.50 mm，內部套汽封單側最小間隙0.80 mm。本次事故處置涉及的主要系統（設備）包括主機潤滑油系統，油動盤車裝置、手動盤車裝置。其中，主機潤滑油系統由兩臺交流潤滑油泵、一臺直流潤滑油泵供油。正常運行時兩臺交流潤滑油泵一用一備，直流潤滑油泵為備用事故油泵；自動盤車裝置為油動盤車，布置在機頭處，設計轉速為48～58 r/min。手動盤車裝置布置在3瓦軸承箱處，設計工況下可由一人用專用工具輕松盤動汽輪機轉子。

相關文獻記載，該類機型多次發生事故狀態下汽缸進水引發汽機主軸彎曲事故，因處置不當，往往造成重大經濟損失。各類事故處置方案多側重分析事故后果及直軸處理方式，反措或運行規程主要指導如何避免汽缸進水。對于汽缸進水后到汽機主軸永久性彎曲階段的防控措施少有系統的研究，而電廠汽機運維人員在汽缸進水后能及時采取可靠措施，即可避免汽機主軸由彈性變形向塑性變形發展，避免永久性彎曲，減少汽機直軸所帶來的直接經濟損失和機組發電量、工期等間接損失。

1 事故經過

巴基斯坦當地時間2018 年5 月16 日09 時20分，主干電網出現故障，導致薩希瓦爾電站一期#1、#2 機組同時跳閘，全廠廠用電失電，機組跳閘后緊急破壞真空停機。當時，循環水泵、凝結水泵、定冷水泵、真空泵、EH油泵等輔機設備跳閘。直流密封油泵、主機直流潤滑油泵、小機直流事故油泵聯啟正常。

09時26分，柴油發電機正常啟動，事故油泵退出運行，主機交流潤滑油泵正常啟動。汽機轉速墮走至540 r/min時，頂軸油泵聯啟正常，轉速下降至120 r/min時自動盤車聯啟正常。真空下降至0后停軸封供汽，盤車裝置轉速54 r/min運行正常，高壓內缸上下溫差19 ℃，轉子偏心54 μm，均處于正常范圍。

5 月17 日22：47 運行人員發現盤車轉速由54 r/min 下降至43 r/min，通知檢修現場調整盤車油壓，在調壓過程中，盤車轉速最低下降至32 r/min。5 月18 日01：34 將盤車油壓調至最大后，盤車轉速升速至50 r/min。同時檢查高壓內缸上、下缸溫差19 ℃。5月18日02：20盤車跳閘，手動盤車無法盤動，運行人員采取悶缸措施。

5 月18 日07：30 檢查高壓內缸上下缸溫差上升至57 ℃。

2 原因分析

通過調閱SIS 核查發現：盤車跳閘前轉子偏心曾產生劇烈波動，最大值到86 μm；在5 月17 日22：47，軸封供汽母管溫度由58 ℃上升至80 ℃；自5月17日22：50，2號機組軸封母管、輔汽聯箱有一段溫升記錄。

由此判斷軸封處可能有蒸汽進入，因疏水不暢，導致汽輪機軸封處進水，大軸抱死，引起盤車跳閘。推斷蒸汽來源為啟動鍋爐蒸汽；蒸汽流向為：啟動鍋爐經#1機輔汽聯箱由#1/#2機輔汽聯絡門進入2號機輔汽聯箱，再經輔汽至軸封管道進入汽缸，導致汽輪機進水。

相關監測數據詳見圖1（汽輪機進水階段SIS曲線圖）。從圖1可見，22點45分，軸封供汽母管溫度開始上升，高壓缸內上下溫差開始變化，盤車轉速逐步下降，且大軸偏心出現波動，由此說明當時已有水進入到汽輪機內。因未及時發現，而是采取繼續調整盤車油壓來維持轉速。當盤車跳閘后，運行人員僅觀察高中壓內缸溫差變化，而未及時發現并分析大軸偏心波動、軸封供汽母管溫度變化，從而導致發現高壓內缸溫差擴大時，大軸已經抱死、盤車跳閘。

圖1 汽輪機進水階段SIS曲線圖

3 處理經過

1)盤車跳閘后立即采取悶缸措施

開啟與汽缸本體相聯的疏水，疏水排盡后及時關閉，并定期進行排水。

2)隔離主機軸封供汽系統

將輔汽供軸封電動門手動搖至全關位置后對電動門進行停電，防止誤動。

3)每隔2小時安排手動盤車

要求不超過2 人同時盤車，盤不動時禁止強行盤車，并將盤車時間、人員做好記錄。

4)進行轉子頂起活動性試驗

悶缸24 h 后，檢查高壓內缸上下缸溫差恢復到盤車跳閘時的溫差時，做轉子頂起活動性試驗。具體步驟為：先將轉子#1～#7 軸承軸頸處架百分表，記好讀數，再停止頂軸油泵10 min，觀察各百分表讀數，記錄各轉子的抬軸高度；再次開啟頂軸油泵，記錄各百分表讀數；最后結合原始頂軸油抬軸高度的數據，對比兩次轉子活動試驗數據（見表1.#1-#7 軸承轉子頂起高度表）。經檢查，兩次數據對比正常，符合上一次檢修原始記錄，無需對轉子抬軸高度進行調整，具備盤車條件。

5)手動盤車

兩次活動轉子試驗后進行手動盤車，盤車至70°、110°、135°、145°處均出現卡澀現象（詳見圖2 手動盤車角度記錄圖和表2 手動盤車時間表）。每次卡澀均靜置20 min 后再進行盤車，盤車至180°后靜置4 h，然后手動盤車180°后繼續靜置2 h。

表1 #1-#7軸承轉子頂起高度表（mm）

圖2 手動盤車角度記錄圖

6)投入連續油動盤車

連續手動盤車兩圈后，用聽針檢查各軸封處無碰磨聲；監測軸徑處百分表，各轉子繞度正常。確認現場其他安全條件后，投入自動連續盤車。

4 防范措施及注意事項

當機組在啟停機或熱備用狀態時因汽缸進水或冷汽導致大軸熱彎曲、汽缸變形、軸封收縮等現象導致盤車跳閘后，在采用悶缸措施時應需要注意以下幾個問題：

1)當盤車跳閘后，需先查明跳閘原因，并同時進行手動盤車，手動盤車1 圈，確認汽缸內部無摩擦、無卡澀后方可再一次投入自動盤車，以避免損壞盤車設備。

表2 手動盤車時間表

2)手動盤車時兩個工作人員能輕松盤動，如盤車力矩較大，禁止強行盤車，以免加劇動靜摩擦，進一步損壞設備。

3)手動盤車如盤不動，確認汽輪機動靜部分有摩擦時，應立即采取悶缸措施。

4)在悶缸過程中需要嚴格監視高壓內缸上下缸溫差、軸瓦金屬溫度、各軸封供汽溫度、各抽汽溫度、脹差等參數變化。

5)悶缸過程中監視汽缸溫差變化，測量調整各轉子頂起高度，避免手動盤車時干摩擦。

6)每隔0.5 h 手動試盤車，盤車過程中兩人操作，遇到動靜摩擦盤車不動時，停止盤車，采取靜置方式直軸，0.5 h 后繼續嘗試盤車，盤車至180°時靜置4 h 后繼續盤車，禁止以加大力距的方式強行盤車。

7)每0.5 h定時開啟汽缸疏水閥，排水完成及時關閉疏水閥，避免冷汽進入汽缸。

8)當手動連續盤車無卡澀、無摩擦時，可以投入自動盤車，其間需進一步對各參數進行監控。

5 小結

5.1 加強各項參數、指標的監控

當機組在熱備用或停機期間出現汽缸進冷水（汽）冷汽時要加強相關重要參數的監控。在本次電網事故導致機組非停過程中，運行人員重點僅對高中壓內缸上下溫差進行監視。但考慮該類汽輪機高壓內缸上下金屬溫度測點布置在汽缸中部的實際情況，當有少量的冷汽或冷水從軸封處進入汽缸后，待測點監測到上下缸溫差出現明顯變化時，汽輪機大軸及汽缸可能已經出現變形，甚至出現軸封收縮導致大軸抱死。

5.2 提高重要參數分析能力

機組在連續盤車時，一是要重點關注盤車電流或轉速。當盤車出現異常時，應及時查明原因，防止通流部分發生異常。做到及時發現問題，盡早處理，杜絕不安全事件進一步擴大。二是要加強對轉子偏心、脹差的監視，發現異常及時分析處理。

機組在停機后，要加強對軸封系統、真空系統、高旁減溫水系統、汽機本體疏水系統的監視，發現問題及時處理。

5.3 嚴禁強制盤車

汽輪機進水后，當出現手動盤車不動時，禁止用行車強行盤動轉子，避免因動靜摩擦加劇，進一步損壞汽輪機通流部分。

5.4 悶缸及盤車過程中重點注意事項

1)出現動靜摩擦，手動盤車不動時首先要排除各轉子頂起高度對盤車的影響，對各轉子的頂起高度進行測量、調整，然后進行手動盤車。

2)悶缸過程中手動盤車不動時，每0.5 h定時嘗試進行手動盤車，每一次盤車對轉子的位置、角度做好記錄，盤車180°后進行靜置4 h 直軸，然后盤車至360°靜置直軸。

3)手動盤車確認無摩擦、無卡澀等現象后，方可投入自動盤車。

6 結束語

在機組停機過程中發生汽缸進水事故時，當大軸或汽缸出現變形，應先啟動頂軸油泵，測量各軸徑的頂起高度，對比上一次檢修數據，判斷大軸與汽缸位置的變化。通過悶缸、活動汽輪機轉子、手動間斷盤車、靜置汽輪機轉子、連續盤車的方法進行直軸，在最短的時間內消除了轉子彎曲，使機組盡早投入到運行狀態。

近年來，隨著汽機輔機系統的可靠性不斷提高，各電廠運行規程也都趨于完善，汽缸進水的事故頻次有明顯降低。與此同時，一般電廠運行人員也普遍缺乏汽缸進水的處置經驗。鑒于該類事故一旦發生，處置不當將可能造成千萬元以上直接和間接損失，建議有條件的電廠可將汽缸進水處置方案系統歸類，納入運行規程或各類安全考試題庫之中，提高運行人員和檢修人員應對同類不安全事件的處置能力。