1000 MW 機組汽動給水泵組啟動卡澀及預防

馬震東

（國家能源集團四川能源公司江油發電廠，四川綿陽 621709）

0 引言

汽輪機潤滑油系統是汽輪機的重要系統之一，直接影響著汽輪機設備的運行情況。1000 MW 機組汽動給水泵組具有容量大、汽輪轉子長、汽輪間隙小等特征，運行過程中存在啟動卡澀問題，以下就相關預防措施進行分析。

1 給水泵機械密封的工作原理

目前1000 MW 等級燃煤發電機組大部分配套汽動給水泵組，給水泵為高壓離心式水泵。為了避免泵內高壓循環液體外漏，將機械密封裝置安裝在泵軸兩側。機械密封裝置無需使用填料，僅依靠固定于泵上的浮動動環和泵殼上的靜環實現密封。機械密封裝置中的轉動部分包括保護軸套動環和動環座，由螺栓連接，通過鍵傳力讓動環和泵軸共同轉動。靜環主要由端蓋、彈簧、靜環座推環組成，借助推環和靜環座確保動環位于靜環之上，并且使用密封墊料密封。其中動環O 形密封環可避免動環和旋轉泵軸間泄漏，靜環型密封環可避免靜環和靜環部件間泄漏，減少運行過程中的振動[1]。

2 汽動給水泵組卡澀表現

2.1 盤車系統故障

盤車系統由電機限位機構、嚙齒機構、聯軸器組成，一般汽動給水泵組盤車系統額定電流110 A、電機功率55 kW、汽輪機盤車轉速100 r/min。盤車系統故障主要表現在：①技術人員分析盤車電機的電流波動和轉速穩定情況可判定盤車電機是否存在故障，例如潤滑油量偏少、軸承損壞的噪聲和異常振動等；②盤車裝置停止運行期間插入安全銷，會由于安全銷電磁閥損壞、汽動管路漏汽等原因導致盤車啟動期間不能正常拔出；③盤車未能自動嚙合而亮燈、限位開關位置松動都會導致盤車裝置不能正常嚙合；④盤車控制柜由于變頻器故障，電磁閥手動按鈕未能復位，同時選擇兩種控制模式會導致故障燈亮起；⑤盤車供汽壓力值不能滿足要求，會導致盤車啟動瞬間脫開或者無動作[2]。

2.2 給水泵汽輪機卡澀

一般的汽動給水泵組汽輪機采用單缸雙流結構，轉子的兩個支撐軸承相距4000 mm，轉子總長5000 mm，轉子靜態撓度最大值0.07 mm，壓力及隔板汽封間距在0.7～3 mm，端部汽封最小間隙0.05 mm。

（1）軸承損壞。汽動給水泵組在運行過程中需要確保給水泵汽輪機兩側的溫度、軸封壓力、排汽壓力在正常范圍內，如果軸封參數、真空參數在水泵汽輪機啟動或停運過程中偏離正常值，將出現蒸汽外漏或軸承吸入冷氣等情況，導致熱應力值偏大，進而損壞汽輪機軸承。在啟動停止期間，供汽管道輸水暖管如果不充分，將導致給水泵汽輪機的內部受水沖擊，損壞葉片和軸承。在正常運行過程中，如果給水泵汽輪機的軸瓦溫度異常，軸承出現振動也將導致汽輪機轉子彎曲，造成動靜碰磨，劣化后導致給水泵汽輪機卡澀。

（2）動靜碰磨。正常運行過程中容易在水泵汽輪機死角部位堆積大量雜質，水泵汽輪機盤車停止運行時，在氣流擾動影響下雜質進入汽封齒。通常的水泵汽輪機隔板汽封采用齒形固定式汽封，沒有彈簧片和背弧，缺乏退讓功能。而端部汽封采取蜂窩汽封形式后具有退讓功能，在該情況下雜質進入隔板汽封齒頂部，相應減小了動靜間隙，投運盤車的過程中會出現汽封和轉子碰磨卡澀情況。由于給水泵汽輪機組隔板的金屬有殘余應力，隨著機組停運，金屬隔板受到溫度下降的影響會出現一定變形，汽封間隙發生偏移也會導致轉子和汽封齒碰磨情況。隨著排汽缸溫度的增加，低壓缸軸封熱變形更加明顯，造成汽輪機洼窩中心偏移、摩擦和振動增大，甚至會損壞低壓缸軸封。

2.3 給水泵和前置泵卡澀

進入泵體的水質偏差是主要問題。在調試過程中凝結水系統管路較為復雜，管路改裝完成可能在死角處存在殘渣，進而導致水質下降。盤車轉速偏低情況下泵內的流通量降低，無法帶走雜質，之后流入芯包動靜結合部位造成泵軸卡澀[3]。

2.4 汽輪機潤滑油系統故障

潤滑油系統如果出現異常會導致汽輪機設備運行狀態不穩定，甚至出現汽輪機燒瓦、轉子動靜摩擦、大軸彎曲，導致汽輪機受損。目前潤滑油系統故障是導致機組停機的重要因素，如盤車、汽輪機、缸溫存在問題，由此導致巨大的經濟損失。

2.5 給水泵芯包動靜卡澀

為了促進汽動給水泵組的高效運行，通常給水泵芯包動靜部套間隙設計偏小，在間隙發生變化后會出現動靜碰磨現象。例如超超臨界機組給水泵動靜間隙一般為0.4 mm，固體顆粒容易在間隙中出現，而汽動給水泵啟動前期進行低速盤車暖機更容易導致堵塞情況；給水泵上下筒體的溫差偏大導致膨脹不均勻，芯包動靜間隙大小不同，進而出現泵軸卡澀。

3 預防汽動給水泵組卡澀的措施

3.1 防止盤車系統故障

盤車電機通常為全自動或半自動形式，啟動后需要觀察轉速狀態以及啟動電流返回情況，如果電流長時間不能回到正常值或噪聲偏大、振動明顯，需要馬上停止盤車電機，避免電機受損。為避免盤車電機啟動后出現故障，一方面需要在啟動前期對安全銷的汽動管路漏汽情況、安全銷電磁閥完整性進行檢查，避免盤車啟動后不能正常拔出安全銷，另一方面需要檢查嚙合裝置磁性開關松動以及損壞情況。如果盤車沒有自動嚙合并且指示燈亮起，需要技術人員按下盤車控制柜中的急停按鈕進行復位。此外，需要檢查啟動模式是半自動或全自動，禁止兩種模式同時運行。在防止盤車系統故障方面必須保證供汽壓力處于0.4～0.5 MPa，可以防止盤車啟動瞬間脫開或無法啟動的問題[4]。

3.2 防止給水泵汽輪機卡澀

在機組調試過程中不斷總結經驗，之后的多次機組啟停未發生給水泵汽輪機卡澀情況。

（1）采取有效措施防止給水泵汽輪機軸承損壞。給水泵汽輪機運行期間中軸封溫度在240～350 ℃，在停運投盤車過程中汽缸內溫度逐漸下降，降低軸封母管溫度，進而確保其與缸體軸承溫度相匹配，達到降低軸承金屬熱應力的效果。減少給水泵汽輪機軸封和真空系統停運中冷空氣進入，停運軸封之后盤車持續運行3～4 h，避免出現葉片應力變形或金屬軸承變形。

（2）采取有效措施防止汽缸內部動靜發生碰磨。泵組停運后連續盤車，使溫度緩慢下降到常溫狀態，避免葉片應力變化過大而出現變形，導致動靜間隙受到影響。由于機組停運期間給水泵汽輪機后缸噴水壓力偏低，造成汽輪機排汽溫度升高，所以要求排汽溫度報警值低于30 ℃，可以避免汽輪機洼窩中心偏移而出現動靜碰磨。由于汽動給水泵的汽輪機轉子長、轉子撓度大，停盤車之后每周轉動轉子180°，確保轉子直線度不超差。

（3）在檢修水泵汽輪機和管道過程中要做好清潔工作，做到潔凈化施工，嚴格執行汽輪機上缸作業管理制度。

3.3 防止給水泵和前置泵卡澀

在調試初期給水管路需要嚴格進行鈍化和堿化處理，避免管路制造、安裝、運輸期間出現油污、氧化皮、焊渣等雜物，讓金屬表面形成高質量保護膜。機組啟動前期需要全面水沖洗凝結水系統，在除氧器入水口鐵離子達到指定參數時進行循環沖洗，在除氧器出水口達到指定參數時開啟汽動泵前置泵入口門并注水，依次通過給水泵本體、出口管道后開始放水，進而對汽動泵進行沖洗。在泵組運行期間必須對汽動泵前置泵、汽動泵入口過濾網壓差、濾網清潔度、各個軸承轉動情況進行監控，如果濾網壓差偏大要及時切機清洗，避免設備受損。

3.4 維持潤滑油油質

主要措施為調整油泵出口壓力在啟動時為0.52 MPa，事故油泵出口壓力為0.4 MPa。當主油泵發生事故需要迅速切換輔助油泵，進而保證供油壓力。不過輔助油泵通常啟動時間較長，需要將啟動時間設置在3 s 之內。解決油泵切換控制邏輯，在壓力不足0.47 MPa 時輔助油泵和事故油泵共同啟動，正常投運后手動關閉事故油泵，供油母管壓力低于0.35 MPa 需要立即切換輔助油泵和事故油泵[5]。

3.5 處理給水泵機械密封裝置

在該環節，發生故障的主要原因在于給水泵啟動或者停運期間參數未能有效控制，因此要求給水泵體注水前期保證密封水投運正常。注水期間需要確保除氧器溫度和給水泵體的溫度相一致，手動開啟汽動泵電動門注水，并且監視給水泵上下筒體的溫度差，確?！? ℃，觀察連續出現水流后投入電動盤車，并且適當縮短軸封沖轉的時間。其作用在于對給水泵汽輪機轉子熱彎程度加以控制，進而降低沖轉期間軸系振動情況。要求盤車時間≤2 h，沖轉后要盡快將轉速調節到低速運轉模式，暖機時間≤30 min。在全部軸承穩定振動之后調節至高速運轉模式，達到暖機轉速[6]。

在給水泵暖機過程中可以逐步加入除氧器，達到鍋爐上水溫度后要求升溫率1.5 ℃/min，給水泵筒體升溫≤0.5 ℃/min，進而降低筒體金屬應力，之后采取隔離放水措施加以保養。為避免放水后軸封余熱繼續，加熱筒體需要將汽動泵筒體溫升控制在≤0.5 ℃/min，在溫度低于冷態溫度10 ℃后開始放水，避免芯包和上下筒體冷熱不均。

4 結束語

燃煤發電機組的汽動給水泵組，采用前置泵和主泵同軸的裝配形式，共用一臺給水泵汽輪機，以滿足驅動需要。通過分析汽動給水泵組啟動卡澀問題，針對性地防止盤車系統故障、給水泵汽輪機卡澀、給水泵和前置泵卡澀等相關問題，還要維持潤滑油油質、處理給水泵機械密封裝置，最終確保1000 MW 機組汽動給水泵組的正常運行。