350MW機組汽泵軸封系統改造與分析

摘要：針對漳澤電力蒲洲熱電有限責任公司2×350 MW機組小汽輪機軸封漏空問題，對機組汽泵軸封系統進行了改造，徹底消除了機組小汽輪機軸封漏空現象，解決了小機油中進水的問題，提高了小機軸封的運行可靠性。

關鍵詞：汽泵軸封系統;技術改造;運行措施;機組背壓;經濟效益

0 引言

蒲洲熱電有限責任公司2×350 MW汽輪發電機組自投產以來，汽輪機背壓一直居高不下，特別是在夏季，汽輪機背壓高達30 kPa，經過長期排查發現，#1、#2汽動給水泵軸封漏空。為此，當機組在運行中提高軸封壓力時，軸封蒸汽大量竄入小機油箱中，使油中帶水，甚至導致整個油箱的油質乳化[1]，嚴重影響機組的安全運行和經濟效益，公司曾對此進行過改造但收效甚微。2019年5月，技術人員經幾次實地調研和大量研究，利用機組大修機會，對#3機汽泵軸封系統進行了改造，改造后提升了機組的真空度，提高了機組循環效率，使汽泵潤滑油箱的油質得到明顯改善，解決了小機油箱油中帶水的問題。

1 機組汽泵軸封系統概述

2×350 MW超臨界直接空冷汽輪機是由哈爾濱汽輪機廠生產制造的CZK350/327-24.2/0.4/566/566型超臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、單抽、供熱、直接空冷、凝汽式汽輪發電機組。每臺機組采用2臺50%容量的汽動給水泵，汽泵由小機驅動，為單缸、沖動、單流、直排式汽泵。2臺汽動給水泵小機的軸封供汽取自主機軸封供汽母管[2]，小機軸封進汽壓力、溫度均由主機軸封系統調節，軸封排汽排至主汽輪機軸封蒸汽冷卻器中。同時，給水泵小汽輪機與主機共用一套抽真空系統[3]。

小機軸封系統壓力調節用汽來自系統自密封蒸汽，軸封壓力大小的調節使用蒸汽調節閥和溢流閥共同完成[4]，汽機軸封母管至小機的軸封供汽由管道直接提供，未加裝任何減溫減壓裝置。在實踐運行中，隨著機組運行時間的增加，小機軸封磨損嚴重，原始設計的主機、小機之間的壓力均衡優化匹配被破壞，隨著機組在ACE工況下的負荷變動較大，在低負荷或高負荷下調整好的軸封系統，在機組50%、75%、100%的各種負荷工況下運行時，會使軸封漏空量增加或進氣量增大，導致小機油箱油中進水。

機組運行中如果一味加大軸封供汽，以保證凝汽器背壓，就會使軸封向外冒汽，造成油中帶水現象，影響機組安全運行。所以，要想嚴格控制油中進水，就要減小軸封供汽，這樣機組凝汽器真空度將受到影響。要取得較為理想的凝汽器背壓，就要求小機軸封回汽始終保持為負壓運行。就地軸封進氣管道較粗，手動門行程過大，軸封進汽得不到穩定輸出，且機組負荷變化頻繁，人為操作不便，更加無法保證小機在穩定的軸封壓力下運行。

不同負荷工況下的小機軸封實驗數據如表1所示。

由表1分析可知：

（1）汽輪機凝汽器背壓對小機軸封供汽壓力的變化非常敏感，小機軸封供汽壓力變動，就會引起凝汽器背壓變化。

（2）小機軸封的壓力跟隨主機的軸封壓力變化而變化。

（3）當汽輪機低負荷運行時，小機軸封壓力下降，機組漏空量增加，凝汽器背壓升高，真空泵電流上升。

（4）當汽輪機高負荷運行時，小機軸封壓力升高，機組漏空量減少，凝汽器背壓下降，真空泵電流下降。

（5）要保證合適的凝汽器真空度，就要求小機軸封回汽一直為負壓，這樣小機油中進水明顯減小，保證機組油質在合格范圍內。

2 系統改造方案與分析

根據試驗結果，經過多方研究，公司制定了相應的改造方案并予以實施。（1）將小機軸封回汽由原來接至主機回汽管道改造為直接接至軸封加熱器，切除至大機軸封的回汽管道，加大小機軸封的回汽負壓，減少軸封的蒸汽外漏量，解決蒸汽漏入油箱乳化潤滑油的問題[5]。（2）在2個小機軸封進汽管道上加裝2個高精度的壓力傳感器和快速響應的電動調整門，在回汽管上加裝溫度計用以監視軸封回汽溫度的變化情況[6]。熱控人員加裝電動調整門自動邏輯，運行中由DCS系統根據機組負荷情況[7]、小機前后軸封進汽壓力測點及機組負荷變化率自動調整軸封進汽壓力，使軸封進汽流量始終趨于穩定，更換后的電動調整門在任何負荷工況下都能根據進汽壓力的大小快速開大或關小，以維持進汽壓力穩定。（3）檢修期間徹底拆除小機軸封，對其進行打磨、維修或更換，以達到設備最佳工況。

通過改造，機組在啟動運行中凝汽器背壓有了明顯變化[8]，真空嚴密性實驗數據由原來的205 Pa/min下降至135 Pa/min。小機軸封在不同負荷工況下的運行適應性更好，調節特性更好，反應速度更快，操作更便捷。在汽輪機低負荷運行時，軸封進汽壓力提高，機組凝汽器漏空現象減少，凝汽器真空嚴密性實驗數據顯著提高。小機油中進水的現象沒再發生過，油質合格率達標，不僅保證了機組的安全運行，還大大提高了公司的經濟效益。

3 運行技術措施

（1）機組每次啟機時，要對小機軸封進汽管道進行充分地疏水暖管，保證軸封進汽前蒸汽溫度能達到設計值[9]，停機時，要對進汽和回汽管道放水泄壓。

（2）運行中加強監視，負荷響應速度過快時，小機軸封未能及時響應調整或就地回油油窗有水汽時，應解除電動調整門自動邏輯，手動進行電動門調整，使其調整至正常范圍。

（3）機組在日常運行中，運維人員不斷總結經驗，提出不足，更好地優化電動調整門響應速率與負荷、小機軸封進汽壓力各個參數之間的相互變化規律，及時優化邏輯使電動調整門自動跟蹤匹配度更高。

4 改造后的機組經濟效益及安全性

小機軸封改造后，軸封壓力提高，機組凝汽器真空系統漏空現象減少，凝汽器真空嚴密性提高，真空泵電流下降約15 A，功率降低約5.7 kW，凝汽器真空嚴密性實驗數據由205 Pa/min下降至135 Pa/min，背壓下降2 kPa，效果明顯。

4.1 ? ?經濟性

按機組年運行時間為6 000 h，機組負荷率為75%計算：

（1）真空變化對煤耗的影響：機組背壓降低2 kPa，發電煤耗可降低3.6 g/kWh。（2）真空泵年節省廠用電量：真空泵節約電流（15 A）×真空泵電壓（380 V）×機組利用小時（6 000 h）÷

1 000=34 200 kWh。（3）節省煤耗約：降低發電煤耗（0.000 003 6 t）×機組負荷（350 000 kW）×機組負荷率（75%）×機組利用小時（6 000 h）=5 670 t。（4）按標煤單價500元/t，共節約資金約：5 670×500=283.5萬元。

4.2 ? ?安全性（機組參數變化）

（1）主機推力瓦振動由60 μm降至53 μm。

（2）低壓缸排汽溫度由58 ℃降為53 ℃。

（3）小機潤滑油箱油質水分（質量分數）低于2%，抗乳化（乳化層消失時間）≤15 min。

5 結語

公司整個汽泵軸封改造項目完成后，設備運行穩定，背壓降低，推力瓦振動降低，排汽溫度降低，主機高中壓缸過負荷現象消失，消除了末級葉片顫振的隱患，潤滑油油質合格，降低了乳化率，消除了小機油中進水現象，確保了機組的運行安全。確保了機組的運行安全。同時，背壓的降低使燃煤量每年節省約5 670 t，每年節能總費用約283.5萬元，降低了廠用電率，不僅減少了二氧化硫、氮氧化物以及煙塵等污染物的排放量，更為公司的節能降耗及社會的環境治理做出了貢獻。

[參考文獻]

[1] 王彤.引進型300 MW汽輪機軸封系統的改造[J].吉林電力， 2003（4）：45-47.

[2] 魏希峰.600 MW汽輪機軸封系統的缺陷分析及改進措施[J].電力設備，2006，7（5）：73-75.

[3] 王浩志，樓波，陳東芝.300 MW機組給水泵小汽輪機軸封疏水系統的改造與分析[J].電站系統工程，2005，21（2）：50-52.

[4] 王亨海.300 MW機組軸封系統改造[J].華東電力，2002，30（8）：29-31.

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[8] 程貴兵.600 MW超臨界機組汽輪機軸封系統故障分析及處理[J].湖南電力，2005，25（Z2）：16-18.

[9] 龔凱峰.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[J].中國科技縱橫，2015（24）：59.

收稿日期：2020-08-31

作者簡介：孔令桐（1990—），男，山西晉中人，助理工程師，從事電廠運行工作。