一起汽輪機(jī)大軸彎曲未遂事故的分析

古仲炎

(廣東粵嘉電力有限公司，廣東 梅州 514032)

某電廠5號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)大修后第1次停機(jī)，冷機(jī)過(guò)程中發(fā)生一起因汽缸保溫質(zhì)量不良引發(fā)的大軸彎曲未遂事故。

1 事故經(jīng)過(guò)

某電廠5號(hào)機(jī)組于2010年10月完成A級(jí)檢修后，一直連續(xù)運(yùn)行至2011年4月，并按計(jì)劃于2011-04-03開工進(jìn)行C級(jí)檢修。機(jī)組按調(diào)度命令于2011-04-02T23:12解列停機(jī)，汽機(jī)投入連續(xù)盤車?yán)錂C(jī)過(guò)程。在盤車?yán)錂C(jī)過(guò)程中運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)汽機(jī)高、中壓外缸內(nèi)壁上下缸溫差逐漸增大，中壓外缸內(nèi)壁溫上下缸溫差在2011-04-03T15:39超過(guò)50℃，高壓外缸內(nèi)壁溫上下缸溫差在2011-04-03T 21:44達(dá)到50 ℃，而汽輪機(jī)廠家說(shuō)明書規(guī)定“汽輪機(jī)高、中壓缸外缸上下溫差不能大于50 ℃”。至2011-04-04T14:00,高壓缸外缸內(nèi)壁上下溫差達(dá)55.9 ℃超限，中壓缸外缸內(nèi)壁上下溫差達(dá)到60 ℃超限的最大值后，出現(xiàn)逐漸緩慢回落趨勢(shì)。

運(yùn)行人員檢查后未發(fā)現(xiàn)有進(jìn)冷汽、冷水現(xiàn)象，汽缸各金屬溫度測(cè)點(diǎn)設(shè)備完好，各點(diǎn)金屬溫度無(wú)突升、突降現(xiàn)象，懷疑該汽輪機(jī)汽缸溫差大屬于保溫質(zhì)量問(wèn)題，決定對(duì)汽缸保溫進(jìn)行拆解。為了使汽缸溫度盡快降至100 ℃以下，以具備拆汽缸保溫條件，電廠決定投入汽輪機(jī)快速冷卻裝置(一種將壓縮空氣進(jìn)行電加熱至一定溫度后通入汽輪機(jī)通流部位進(jìn)行汽缸冷卻的裝置，在國(guó)內(nèi)電廠中有部分機(jī)組配備，以下簡(jiǎn)稱“快冷裝置”)。2011-04-05T17:25，投入快冷裝置后，高、中壓缸外缸內(nèi)壁上下溫差及高、中壓缸內(nèi)缸內(nèi)壁上下溫差出現(xiàn)增大現(xiàn)象，盤車電機(jī)運(yùn)行電流為8～13 A。19:32，檢查汽機(jī)大軸晃動(dòng)幅值升至0.08 mm，同時(shí)各軸承軸振動(dòng)值也出現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)。汽機(jī)軸封位置出現(xiàn)金屬摩擦聲，出現(xiàn)汽輪機(jī)組典型的大軸彎曲現(xiàn)象。

電廠管理人員決定立即停止快冷裝置運(yùn)行并采取“悶缸”措施，同時(shí)適當(dāng)削減汽機(jī)高、中壓缸上缸保溫厚度。在采取這些措施后，汽輪機(jī)大軸晃動(dòng)、盤車電機(jī)電流波動(dòng)、汽缸上下溫差均呈緩慢下降趨勢(shì)。至2011-04-06T02:00，5號(hào)機(jī)高壓缸外缸內(nèi)壁上下溫差縮小至50 ℃以下，大軸晃動(dòng)穩(wěn)定幅值在0.015 mm左右，盤車電機(jī)電流恢復(fù)正常，確認(rèn)汽輪機(jī)組大軸彎曲已經(jīng)恢復(fù)正常，未發(fā)生永久變形。

2 事故原因分析

(1) 汽缸保溫上下缸不匹配，造成汽機(jī)在停機(jī)后的自然冷卻過(guò)程中，出現(xiàn)上下缸溫差逐漸增大并超過(guò)規(guī)程規(guī)定值。電廠在2010年10月份A級(jí)檢修過(guò)程中，因過(guò)分關(guān)注“汽缸保溫表面溫度不能超過(guò)50 ℃”的規(guī)定，盲目加厚汽缸上缸的保溫層。經(jīng)查，汽缸上缸保溫層厚度實(shí)際施工厚度達(dá)到250 mm，而廠家上汽缸保溫層設(shè)計(jì)材料僅為190 mm；下缸部分因受安裝空間和施工條件的限制，無(wú)法加厚和監(jiān)測(cè)表面溫度，造成了上下缸保溫不匹配。在停機(jī)后的汽缸自然冷卻過(guò)程中，上缸因保溫過(guò)好而散熱慢。下缸則散熱相對(duì)較快，以致出現(xiàn)上下缸溫差逐漸增大，超過(guò)規(guī)定值的現(xiàn)象。

(2) 在已經(jīng)出現(xiàn)上下缸溫差大的情況下，投入汽輪機(jī)快冷裝置運(yùn)行的做法欠妥。當(dāng)汽機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)上下缸溫差大的情況時(shí)，投入汽輪機(jī)快速冷卻裝置，必然導(dǎo)致下缸冷卻更快，使已經(jīng)開始出現(xiàn)回落的外缸上下缸溫差又增大，并且使高、中壓內(nèi)缸上下缸溫差也增大。最終，因汽缸上下缸溫差大、上下缸膨脹不一致而導(dǎo)致動(dòng)靜摩擦，造成大軸彎曲。

3 防范措施及對(duì)策

(1) 重視汽缸保溫的施工質(zhì)量。汽缸保溫的優(yōu)

劣可以通過(guò)上、下缸溫差反映出來(lái)，保溫質(zhì)量的好壞會(huì)嚴(yán)重影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行和熱態(tài)啟動(dòng)。對(duì)于汽輪機(jī)汽缸保溫的敷設(shè)，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行制造廠的設(shè)計(jì)規(guī)范，并綜合考慮以下3點(diǎn)要求。

① 因?yàn)槠麢C(jī)下缸有抽汽管接口，并考慮冷氣易下沉等因素，為了減小上下缸溫差，同一汽缸的下缸保溫層應(yīng)比上缸厚一些。在采用微孔硅酸鈣制品或硅酸鋁耐火纖維制品時(shí)，通常下缸保溫層厚度比上缸大20 %左右。

② 當(dāng)周圍空氣溫度為25 ℃時(shí)，保溫層表面最高溫度不得超過(guò)50 ℃。

③ 應(yīng)保證汽輪機(jī)在任何工況下，外缸上下缸溫差不得大于50 ℃。

(2) 當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)上下缸溫差大的情況時(shí)，嚴(yán)禁投入汽輪機(jī)快速冷卻裝置或進(jìn)行汽缸夾層加熱或冷卻。

(3) 應(yīng)根據(jù)每臺(tái)機(jī)組的具體特性及制造廠家要求，制訂出機(jī)組在各種狀態(tài)下的典型起動(dòng)曲線(冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)滑參數(shù)啟動(dòng))和停機(jī)曲線(滑參數(shù)停機(jī)和中參數(shù)停機(jī)的降溫降壓曲線、停機(jī)后汽缸主要金屬溫度的下降曲線、正常停機(jī)惰走曲線和緊急破壞真空停機(jī)過(guò)程的惰走曲線等)，并編入運(yùn)行規(guī)程，以便運(yùn)行人員對(duì)照，盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

(4) 在汽輪機(jī)停機(jī)后的冷卻過(guò)程中，運(yùn)行人員必須認(rèn)真監(jiān)盤、巡回檢查，對(duì)汽缸溫度、盤車電機(jī)電流、潤(rùn)滑油壓等主要參數(shù)要加強(qiáng)監(jiān)視、分析。

(5) 對(duì)新建機(jī)組或有條件的機(jī)組，應(yīng)優(yōu)先考慮采用噴涂保溫結(jié)構(gòu)。噴涂保溫結(jié)構(gòu)采用珍珠巖、石棉和鉀水玻璃粘合劑同時(shí)噴涂在汽缸表面，噴涂材料所含成分相互作用釋放出熱量，使噴涂層得到干燥，其使用溫度可達(dá)600 ℃。噴涂保溫結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、無(wú)縫隙、耐振和隔聲性能較好，可縮短機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)所需時(shí)間；可使汽輪機(jī)停機(jī)后的冷卻速度大大降低，基本上可以消除在停機(jī)后的冷卻過(guò)程中出現(xiàn)各部件溫差過(guò)大的情況，明顯改善汽輪機(jī)的運(yùn)行條件。