K156型汽輪機軸封漏汽分析及處理

上海電力股份有限公司吳涇熱電廠 瞿惠斌 姚建強

上汽廠K156型汽輪機組軸封系統是一種閉式軸封系統，主要由軸封、軸封汽管道系統、軸封汽調節系統、軸封加熱器系統組成，其主要作用有三：第一，防止高壓側軸端的蒸汽外漏，造成主機潤滑油進水及環境污染；第二，防止空氣漏入低壓側，凝汽器真空降低，效率下降；第三，回收熱量及工質，保證機組的正常啟停及運行。在機組運行中如果出現軸封漏汽現象，勢必會影響機組的各項指標，機組安全經濟運行將得不到保障[1]。

1 K156型汽輪機組軸封系統工作情況概述

K156型汽輪機組正常運行時軸封汽采用自密封形式：高中壓缸內做過功的蒸汽漏入設在汽缸兩端端部的軸封內腔室后，大部分蒸汽通過機組的軸封汽母管向低壓缸兩端的軸封內腔室供汽，為低壓缸的軸端實施密封[2]；少部分蒸汽繼續漏入高中壓缸兩端軸封的外腔室和外界漏入的空氣通過軸封加熱器的管道系統被抽吸到軸承，維持高中壓軸封不向外界漏汽。同時低壓軸封外腔室漏入的空氣和少量內腔室逃逸出的軸封汽也通過軸封加熱器的管道系統被抽吸到軸加，維持低壓軸封不向低壓缸內漏空氣。被抽出的疏汽在軸加內經過換熱后不凝結氣體由軸加風機排入大氣中。

2 軸封漏汽危害及漏汽原因分析

2.1 軸封漏汽危害

該廠此類某臺機組自投運以來，高中壓缸后軸封經常發生軸封漏汽現象，曾請原安裝單位處理，仍不能完全消除。該機組潤滑油含水率平均為273ml/L（標準≤100ml/L）。軸封向外界漏汽，一方面會造成工質和熱量的損失，會污染環境，引起金屬部件銹蝕；另一方面會竄入軸承室，引起潤滑油帶水、油質惡化，嚴重影響機組的安全運行。一般機組為使軸承潤滑油回油通暢，軸承室設計往往是負壓的；同時K156機組為緊湊型機組，高中壓軸封與軸承室距離更近。這就加劇了軸封汽外漏時竄入軸承室的蒸汽量，其危害性也會大大增加。所以在汽輪機運行時維持軸封不向外界漏汽對機組安全、經濟、平穩運行至關重要。

2.2 軸封漏汽原因分析

第一，軸封加熱器系統工作不正常（軸加水位過高、軸加風機失效、軸加換熱管泄漏等），使高中壓外軸封疏汽排向軸封加熱器受阻引起高中壓軸封外腔室內汽壓過高而發生軸封汽外漏。

第二，軸封套殼體自身的水平結合面及軸封套殼體整體與汽缸端部垂直結合面若存在間隙，軸封汽將直接從該間隙漏出。

第三，軸封彈簧片失效（斷裂、變形）使軸封塊在汽壓作用下退讓至最大，此時將出現軸封塊周向膨脹間隙過大超標、軸封塊徑向間隙超標的疊加作用，軸封汽將大量向外直竄漏出。

第四，軸封塊徑向間隙偏大超標，軸封梳齒不起作用，軸封汽大量向外漏出。

第五，軸封塊周向膨脹間隙超標：若間隙過大，軸封汽將直接從產生的間隙中漏出；若間隙過小，軸封塊受熱膨脹，整道軸封變成橢圓，在對稱兩端軸封塊的徑向間隙將大大增加，軸封梳齒不起作用，軸封汽大量向外漏出。

第六，高中壓軸封內腔室漏汽至低壓軸封之間汽管道（包括軸封汽母管）有雜物堵塞或因內壁腐蝕引起汽流不暢造成高中壓軸封腔室內汽壓過高而發生軸封汽外漏。

第七，高中壓軸封外腔室疏汽至軸封加熱器管道有雜物堵塞或因內壁腐蝕引起汽流不暢造成高中壓軸封外腔室內汽壓過高而發生軸封汽外漏。

第八，高中壓外軸封套殼體有貫穿裂紋、砂眼，軸封套殼體上疏水管接頭有裂紋、斷裂，致使軸封汽直接外漏；疏水管有異物堵塞疏水不正常，引起軸封腔室內汽壓升高而發生軸封汽外漏。

3 根據分析原因進行高中壓軸封漏汽的處理并提出建議

3.1 機組運行中對高中壓軸封漏汽的檢查處理和建議

第一，若軸封加熱系統工作不正常，不能在軸加內形成真空或真空過低，則軸封疏汽沒有出路，只能從外軸封處沿軸頸漏入外界進而被吸入軸承室。在機組運行中，要求運行人員進行軸加風機輪換運行及兩臺全開試驗，就地觀察軸加疏水水位、軸加真空等均正常。說明軸封加熱器系統運行正常，與該機組軸封漏汽無關，建議加強巡視，發現異常立即處理。

第二，在高中壓軸封漏汽未消除時，為降低竄入軸承室的軸封漏汽對機組運行的影響，建議開啟外接真空式濾油機濾油，以降低潤滑油含水率。濾油機開啟后測得平均潤滑油含水率為205ml/L（標準≤100ml/L）。

第三，機組運行時針對高中壓后軸封漏汽，將該處的保溫沿汽缸水平中分面位置左右對稱開孔洞，形成蒸汽通道，使積聚在軸承室外的蒸汽散發一部分，盡量減少蒸汽被吸入軸承室。該操作有一定效果，但在機組負荷高時效果較小。同時建議在兩側保溫所開孔洞處設置鼓風機抽吸，盡量不要設置成吹入，以防外界較冷空氣直接與高溫金屬部件接觸，從而影響金屬材料性能。

3.2 高中壓后軸封漏汽問題最佳的解決建議

在該機組停機檢修時，針對性地進行了軸封、軸封汽管道系統的檢修和維護，及時發現問題并進行最佳處理，解決高中壓后軸封漏汽問題。

第一，軸封套殼體自身上下兩半及與汽缸端部結合面存在間隙，則高中壓缸內蒸汽會從間隙之間直接外漏，由于保溫層的阻擋和積聚作用，大部分漏出的蒸汽最終會順著轉子軸向通過軸承外油擋竄入軸承室內污染潤滑油，而軸承室內的負壓狀態更加劇了漏汽的吸入。在檢修過程中，對高中壓后軸封的內、外軸封套殼體上下解體后目測檢查無汽流貫穿痕跡、外軸封套殼體拆卸后檢查不銹鋼墊片平整無卷邊且與汽缸端部垂直接觸面目測無汽流沖刷痕跡。說明該處軸封漏汽與軸封套殼體的水平、垂直結合面的密封均無關。

第二，若軸封彈簧片存在缺損、裂紋，軸封塊壓下不能正常彈起或彈起不到位等象征，則機組運行時會造成彈簧片失效，致使軸封塊向軸封套殼體退讓（軸封塊退讓間隙一般在1.8mm 左右），此時軸封的徑向間隙、周向膨脹間隙均會增加較大，產生軸封汽大量直竄外漏現象。在檢修過程中，對高中壓后軸封塊背部的彈簧片進行了檢查，所有彈簧片均完好無破損、裂紋，軸封塊能用力壓下且彈起正常。軸封彈簧片無失效現象。說明該處軸封漏汽與軸封彈簧片無關。

第三，若軸封塊徑向間隙過大，則軸封封汽的作用下降，會使大量蒸汽漏到汽缸外而竄入軸承室。在檢修過程中，對高中壓后軸封塊進行解體清理檢查：檢查軸封齒有無磨損、卷邊等，并對其進行修整、確認軸封塊均完好無異常；測量高中壓缸后軸封的徑向間隙。經過測量，高中壓后軸封兩道外軸封的下半徑向間隙偏大超標。機組運行時振動是不可避免的，運行時轉子有一定上抬量，這兩點疊加會使軸封下部徑向間隙更大，造成軸封汽外漏更嚴重。檢修中將徑向間隙偏大超標的軸封塊進行車削背弧處理（若間隙偏小則應在軸封塊背弧處距端面2～3mm 處進行捻打出小凸肩處理），直至徑向間隙合格為止。

第四，若軸封塊周向膨脹間隙過大，則軸封周向存在間隙，形成汽流通道，使缸內蒸汽直接經通道向外漏出并順著轉子竄入軸承室；若軸封塊周向膨脹間隙過小，則軸封塊受熱后膨脹受阻克服彈簧片彈力向后退讓，整道軸封由整圓形變成橢圓形，造成軸封在橢圓形對稱兩端處的徑向間隙增大超標，使蒸汽向外漏出繼而竄入軸承室污染潤滑油。內軸封周向膨脹間隙超標過大時，軸封外腔室蒸汽量和壓力均增大，軸加來不及抽取使蒸汽外漏而竄入軸承室。檢修中，軸封塊徑向間隙調整合格后進行周向膨脹間隙測量，背弧車削處理過的兩道高中壓后軸封外軸封塊的周向膨脹間隙均過小且出現了負值。將這兩道位于頂部的各一塊軸封塊取下進行端部銼削，直至膨脹間隙合格為止。

第五，機組正常運行時其軸封汽為自密封：高中壓缸內做過功的蒸汽經內軸封進入軸封內腔室后通過軸封汽管向低壓軸封內腔室供汽。若此管道有雜物堵塞、內壁腐蝕，產生通徑變小現象，會造成高中壓軸封內腔室向低壓軸封內腔室供汽不暢，大量蒸汽進入外腔室，軸封加熱器來不及抽取使蒸汽從軸端外漏進而竄入軸承室。在檢修時對機組高中壓軸封至低壓軸封之間汽管道（包括軸封汽母管）進行了內窺鏡檢查，沒有發現管道有異物、鐵銹等雜物堵塞現象。說明該機組軸封漏汽與軸封汽自密封管道無關。建議每次檢修若有機會均對其進行內窺鏡檢查。

第六，高中壓軸封內腔室會有部分蒸汽通過軸封齒進入外腔室，在匯合漏入的空氣后通過軸封疏汽管被抽吸至軸封加熱器。若此管道有雜物堵塞，會使軸封加熱器汽流不暢，軸封汽積聚造成軸封外腔室正壓，蒸汽克服大氣壓力從軸端漏出進而竄入軸承室。在檢修時對機組高中壓后軸封疏汽至軸封加熱器之間的管道進行了內窺鏡檢查，沒有發現管道有異物、鐵銹等雜物堵塞現象。說明該機組軸封漏汽與機組高中壓軸封外腔室至軸封加熱器間的疏汽管道無關。建議每次檢修若有機會均對其進行內窺鏡檢查。

第七，機組高中壓軸封內、外腔室各有一個疏水口，內腔室疏水通過管道接入軸封汽母管、外腔室疏水通過管道接入疏水膨脹箱。若疏水管道不通暢會在腔室形成蒸汽積聚，在壓力差的作用下使軸封汽外漏而竄入軸承室；若高中壓軸封套殼體、疏水管有裂紋，則裂紋越靠近軸承室，外漏的軸封汽竄入軸承室就越多。在檢修時檢查高中壓軸封套外殼無貫穿裂紋、砂眼。在將高中壓軸封疏水管和疏水管接頭拆下檢查時，發現后軸封內腔室疏水管接頭有裂紋、外腔室疏水管接頭有焊瘤堵塞使其通流直徑變小很多。后軸封內腔室疏水管接頭有裂紋，使軸封內腔室內蒸汽直接外漏，致使軸封汽竄入軸承室；后軸封外腔室疏水管接頭通流直徑變小、疏水不暢，腔室內汽壓上升克服軸封加熱器抽吸力使軸封汽外漏，致使軸封汽竄入軸承室。檢修中，對內外腔室疏水孔進行清理，按相同材質更換疏水管接頭及部分疏水管，保證疏水管道接頭及其管道通暢無堵塞、完好無裂紋。建議每次B 級及以上等級檢修時對其進行檢查維護。

3.3 檢修處理總結及效果檢查

第一，此次機組檢修主要對所分析原因進行逐項驗證。對測量發現的不符標準的高中壓后軸封徑向間隙、周向膨脹間隙進行調整直至測量合格；對檢查發現的軸封套殼體有缺陷的疏水接頭和疏水管進行更換，并提出建議。

第二，該機組檢修后啟動順利，檢查高中壓后軸封處已無蒸汽漏出。測量潤滑油含水率明顯下降，平均數值為70ml/L（標準為≤100ml/L）。通過此次檢修消除了機組高中壓缸后軸封漏汽問題，同時機組潤滑油含水率也合格了。

4 結語

不僅K156型汽輪機會影響機組的安全經濟運行，所有汽輪機的軸封泄漏都會影響。在軸封發生泄漏時，必定有蒸汽竄入附近軸承室，污染潤滑油，使油質惡化進而影響軸承瓦溫和轉子振動。通過此次檢修，不僅消除了高中壓后軸封漏汽之缺陷，還一并消除了油中進水隱患，使其更好地運行效果。在機組沒有條件進行停機揭缸檢修處理情況下，需采取臨時措施，本文建議對泄漏進入軸承室的蒸汽進行濾油及對軸封加熱器系統的檢查、試驗，同時對軸封處的保溫進行開對流孔洞、設置鼓風機進行引流、散發，以減輕漏汽對潤滑油的污染。當后續機組有檢修機會再進行揭缸處理時，按原因逐項檢查檢修，徹底解決機組軸封泄漏問題。希望本文能給予同行業單位一點借鑒并在同類型機組運行、檢修過程中提供參考。