汽輪機軸封漏汽的排查與治理

樊士杰

（天脊煤化工集團股份有限公司，山西長治 047507）

0 引言

天脊煤化工集團股份有限公司一臺熱電聯產汽輪機發電機組，型號CC25-10.0/4.02/0.7，為沖動、雙缸、雙抽型式。該機組共19 級，前4 級安裝在高壓缸內，后15 級安裝在低壓缸內。機組共設有6 段抽汽，分別從4、5、8、10、13、15 級后抽出，相對應為1、2、3、4、5、6 段抽汽。其中1 段抽汽為4.02 MPa 的中壓蒸汽并入全公司中壓蒸汽管網，4 段抽汽為0.7 MPa 的低壓蒸汽并入全公司低壓蒸汽管網。除1、4 段為可調整式抽汽外，其余的2、3、5、6段抽汽都參與給水回熱循環。2 段抽汽去2#高壓加熱器，3 段抽汽去1#高壓加熱器，5 段抽汽去2#低壓加熱器，6 段抽汽去1#低壓加熱器。6 段抽汽以外的做完功的蒸汽到凝汽器冷凝，凝汽器為雙路表面回熱雙道制，冷卻面積2000 m2，循環冷卻水量5400 t/h，冷卻水為密閉式循環系統。汽輪機流程示意見圖1。

圖1 汽輪機流程示意

1 問題

該機組自投產以來，高壓缸前軸封漏汽比較嚴重，一度導致汽輪機潤滑油中含水量高（表1），同時導致導致高壓缸脹差ZI16204、低壓缸脹差ZI16205 偏離設計范圍。

表1 汽輪機潤滑油分析報告

高壓缸脹差ZI16204 設計控制范圍為-1.5～+2.5 mm，低壓缸脹差ZI16205 為-2.5～+4.0 mm。從圖2 可以看出，ZI16204 為2.7 mm，超出設計范圍，ZI16205 為4.0 mm，靠近設計上限。

圖2 汽輪機運行參數

2 原因分析

汽輪機高壓缸前端汽封共有15 圈，采用梳齒迷宮密封（圖3）。軸封漏汽有3 處可去：①壓力比較高的2 段抽汽；②除氧器；③6 段抽汽。在前汽封的尾部有軸封供汽和軸封抽汽（圖4）。

圖3 汽輪機高壓缸前端汽封

圖4 汽輪機高壓缸前端軸封漏氣去向

（1）由于軸封供汽及軸封抽汽的4 個DN40 管線靠近缸體部分是法蘭連接，因此最有可能泄漏的位置是法蘭面。

（2）排除法蘭面泄漏，則是軸端汽封效果不好[1]。

3 解決措施

（1）軸封供汽及軸封抽汽。更換密封墊和緊固法蘭面螺栓，軸封漏汽問題沒有得到解決。

（2）軸端密封。從高壓缸向外共有15 圈梳齒迷宮密封，每一圈凹下部分又分別對應5 個軸端凸起部分，見圖5、圖6。

從圖5、圖6 可以看出，高壓缸的軸封漏汽逐級經過梳齒迷宮密封向外衰減，如果梳齒迷宮密封攔截效率不高，也會導致軸封漏汽增大。為此，根據汽輪機的軸端汽封發展情況，先后更換了蜂窩密封（圖7）、側齒密封（圖8）[2]。兩次汽封型式的更換，在一定程度上減少了軸封漏汽，但沒有從根本上解決問題。

圖5 高壓缸前段梳齒密封示意

圖6 高壓缸前段梳齒密封實物

圖7 蜂窩密封

圖8 側齒密封

（3）軸封抽汽量不夠。從法蘭面和軸端汽封中沒有找到問題的根本原因，將關注點轉向軸封抽汽器，因為機組運行中軸封抽汽器負壓略低、溫度較高，加裝一個并列式抽汽器，問題依然存在。

在采取以上3 項措施后，問題雖然有所緩解，但是仍然沒有根本解決。要想解決問題，只能進行全面排查。在年度大修中，將機組所有管道的保溫全部拆除，使管道裸露出來，凡是能進人的地方全部進行徹底檢查，進不去人的地方，采取技術措施進行排查。通過全面排查，發現了一個異常現象，在高壓缸上方從上向下看，沿漏汽方向由里向外排列管口為第一排1 個管口、第二排1 個管口、第三排2 個管口，而從高壓缸下方從下向上看，沿漏汽方向由里向外排列管口為第一排1 個管口、第二排2 個管口、第三排1 個管口（圖9）。

圖9 高壓缸前軸封漏氣管口上下觀察不同之處

再從下方核對各個管口去向，沿漏汽方向從缸里向外為第一排一個管口為去2 段抽汽，第二排并列的兩個管口去除氧器，第三排的一個管口去6 段抽汽，這樣的排列符合軸封漏汽從高到低去不同壓力等級的原則。但是從上面看和從下面看第二排與第三排管口排列不一致，查閱圖紙和現場實際情況比較，可以確定在缸體鑄造管口時有交叉現象，通過現場核對，發現第二個管口向前傾斜，并不是垂直管口（圖10）。

圖10 傾斜管口

據此推斷，在機組安裝時，從下面焊接管也是按照由高到低（按漏汽方向）的原則進行焊接，但沒有考慮到第二個管口在缸體內不是垂直向下而是斜向后方（按漏汽方向），本來是從上往下時第二排，結果到了缸體下方成了第三排。

問題的原因很簡單，但布置隱蔽、不易發現。由于管子接反，導致應去除氧器的漏汽去了6 段抽汽，增加了6 段抽汽負荷，應去6 段抽汽的漏汽去了除氧器。由于除氧器的壓力高于6 段抽汽壓力，因此高壓缸后、低壓缸前去除氧器的漏汽從高壓缸前漏出，造成高壓缸前軸封漏汽，見圖11。經過現場察看位置，將3 根管子接到對應壓力的去向，見圖12。

圖11 高壓缸前第二個管口去向錯誤

圖12 高壓缸前第二個管口去向正確

4 效果檢驗

糾正管子安裝錯誤后，汽輪機重新啟動投入運行，運行數據對比結果如下：

（1）汽輪機潤滑油中沒有檢測到水分（表2）。

表2 改進后汽輪機潤滑油分析報告

（2）高壓缸脹差、低壓缸脹差回至設計值范圍（圖13），ZI16204 為0.87 mm，ZI16205 為1.86 mm。

圖13 改進后汽輪機運行參數

（3）改進前為了抑制軸封漏汽，軸封供汽壓力一直調整在340 kPa 左右，糾正管子安裝錯誤后，軸封供汽回至設計值范圍120 kPa 左右。

（4）軸封抽汽器入口真空上升，抽汽溫度大幅下降。

（5）高壓缸前段漏汽徹底消除，消除了故障隱患，同時長期運行的濾油機停止運行。

5 結論與建議

在治理汽輪機軸封漏汽的過程中，盡管開始時沒有定對方向，導致走了一些彎路，但通過不懈努力，最終解決了問題。問題也可能僅僅是安裝失誤造成的，但希望通過機組查找和解決問題的思路能給該類問題的解決提供借鑒。