某660 MW機組汽動給水泵調(diào)試中的問題與處理

張新聞

(湖南省火電建設(shè)公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

汽動給水泵組是汽輪發(fā)電機組的重要輔助設(shè)備。因為給水泵驅(qū)動汽輪機(簡稱小汽輪機)采用主汽輪機的四段抽汽作為驅(qū)動介質(zhì)，在機組負荷發(fā)生變化的情況下，其抽汽壓力也跟隨變化，可以使小汽輪機的輸出功率具有一定的自適應(yīng)性，提高了機組的熱經(jīng)濟性，所以300 MW及以上的機組一般都采用汽動給水泵作為鍋爐正常運行時的主要供水設(shè)備，而電動給水泵只是在啟動時使用和作為一種備用手段。汽動給水泵組的正常運行是汽輪發(fā)電機組滿負荷運行的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到整個機組168 h滿負荷試運的順利進行。

在某660 MW超超臨界機組的整套啟動調(diào)試期間，因為2臺汽動給水泵組在調(diào)試當中出現(xiàn)了比較多的問題，汽動給水泵組遲遲不能投入，導(dǎo)致調(diào)試時間拖長，對整個機組的試運造成了不小影響。這些問題中來自設(shè)備及系統(tǒng)的原因較多，所以有的問題2臺小汽輪機具有共性。此外，也有安裝方面的缺陷所引起的問題。

1 汽動給水泵組概況

某660 MW超超臨界機組的主給水系統(tǒng)設(shè)計采用2臺50 %容量的汽動給水泵和1臺30 %容量的電動給水泵。汽動給水泵的驅(qū)動汽輪機為東方汽輪機廠生產(chǎn)的單缸、單流、單軸、反動式、純凝汽小汽輪機，額定功率12 270 kW，調(diào)速范圍3 000～5 600 r/min。每臺小汽輪機配獨立的潤滑油系統(tǒng)，MEH的控制壓力油來自主機DEH系統(tǒng)。小汽輪機配1個主汽閥和1個調(diào)節(jié)閥，由MEH控制小汽輪機的啟動和調(diào)速。驅(qū)動用的蒸汽只有1路低壓汽源，不設(shè)計高壓汽源和相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，控制比較簡單。正常供汽來自主汽輪機的四段抽汽，備用汽源及調(diào)試用汽來自輔助蒸汽，汽源通過電動閥進行切換。小汽輪機排汽通過剛性排汽管與帶波紋膨脹節(jié)的排汽管排入主凝汽器。小汽輪機設(shè)計有1個排汽蝶閥，蝶閥采用進口產(chǎn)品，確保主機真空嚴密性。給水泵與小汽輪機共用潤滑油系統(tǒng)，軸封為迷宮式密封結(jié)構(gòu)，密封水回水經(jīng)多級水封直排凝汽器予以回收。

2 調(diào)試中的主要問題

汽動給水泵組調(diào)試中接連出現(xiàn)了比較多的問題，特別是在機組進入168 h試運行后，2臺小汽輪機的潤滑油中都出現(xiàn)了嚴重的帶水現(xiàn)象，危及了小汽輪機的安全運行。歸納起來，主要有以下問題：

(1) 在汽輪機建立真空后，2臺小汽機臺板間隙均產(chǎn)生變化，有的達到900 μ m；

(2) 控制油中有雜質(zhì)，伺服閥出現(xiàn)故障，調(diào)節(jié)閥卡澀；

(3) 1臺汽泵組軸承振動大；

(4) 2臺小汽機調(diào)門均出現(xiàn)擺動，轉(zhuǎn)速控制不穩(wěn)；

(5) 小汽輪機排汽碟閥關(guān)閉不嚴，影響真空；

(6) 2臺小機的潤滑油系統(tǒng)均進水。

下面主要針對潤滑油系統(tǒng)進水、給水泵組軸承振動、小汽輪機臺板間隙變化、小汽機轉(zhuǎn)速控制不穩(wěn)等4個主要問題進行原因分析。

3 問題分析

3.1 小汽輪機潤滑油進水

汽動給水泵組正常投入運行后，發(fā)現(xiàn)2臺汽動給水泵的潤滑油箱油位都升高，潤滑油中有進水跡象。對潤滑油取樣觀察，潤滑油有乳化現(xiàn)象；進行化驗分析，含有較多的水分；對油樣進行破乳試驗，加入破乳劑45 min不能破乳，表明潤滑油中已經(jīng)嚴重進水。隨著運行時間延長，潤滑油箱的油位是上漲趨勢。采用真空油凈化裝置24 h持續(xù)濾水，仍不能使水量減少，且有惡化的趨勢。從濾出的水量看，平均2 h就可把一個18 L的油桶裝滿，說明漏水非常嚴重。

3.1.1 進水途徑分析

從系統(tǒng)情況分析，存在3種進水途徑。

(1) 從小汽輪機的軸封蒸汽漏入軸承座進入潤滑油中。當軸封壓力調(diào)整不當導(dǎo)致壓力過高時，軸封蒸汽會從軸封往外冒出，泄漏的蒸汽進入軸承箱中，會導(dǎo)致潤滑油帶水。從現(xiàn)場檢查看，起初確實存在軸封冒汽的現(xiàn)象，但在調(diào)整了軸封蒸汽壓力后，軸封汽外漏的現(xiàn)象消除，但潤滑油中仍然有嚴重的進水。另一方面，軸封泄漏導(dǎo)致進水是一個緩慢的過程，但從真空油凈化裝置濾出的水分來看，水量非常大。所以，可以認為軸封蒸汽泄漏不是導(dǎo)致潤滑油大量帶水的主要原因。

(2) 潤滑油冷卻器漏水進入油中。潤滑油冷卻采用的是板式熱交換器，如果冷卻器水側(cè)與油側(cè)的密封不好，有可能產(chǎn)生相互滲漏現(xiàn)象。首先從投運前的水壓試驗結(jié)果表明，冷油器的嚴密性很好，質(zhì)量沒有問題；其次，如冷卻水漏入油側(cè)，前提是冷卻水壓力高于潤滑油壓力，但測量結(jié)果是：冷卻水壓力為0.15 MPa，潤滑油壓力為0.28 MPa，油壓高于水壓；再次，檢查冷卻水，不存在含油份的現(xiàn)象。所以，可以排除冷油器泄漏造成油中帶水。

(3) 給水泵的機械密封水進入了潤滑油中。給水泵的軸承潤滑油來自于小汽輪機潤滑油系統(tǒng)，給水泵的軸封采用迷宮式密封結(jié)構(gòu)，密封水回水設(shè)計是通過多級水封器排入主凝汽器。如密封水要進入油中，可能的原因是：①當給水泵的機械密封存在問題，造成高壓水泄漏量大，或者機械密封水壓力和流量調(diào)整不合理，導(dǎo)致回水量增加，同時回水不暢通的情況下，密封回水就會從回水腔室溢出來，進入軸承擋油環(huán)與回水腔之間的腔室中。在這個腔室中，設(shè)有排水孔，微量的水可以從孔中排出，不會從擋油環(huán)進入軸承座中。但當回水量大，排水孔不能及時排出時，就可能從擋油環(huán)進入軸承座中。又因為軸承座回油，會使回油腔產(chǎn)生微負壓，對排水腔中的水蒸氣產(chǎn)生抽吸作用，也導(dǎo)致潤滑油的水分增加；②如果水封器設(shè)計不合理，也會造成密封水回水不暢而進入油系統(tǒng)；③回水系統(tǒng)的兩端壓差小于設(shè)計要求，也會使實際回水流量小于設(shè)計流量，使密封水回流不及時而進入油系統(tǒng)中。

3.1.2 檢查與試驗

為了查明密封水漏入油中原因，進行了以下檢查與試驗。

(1) 根據(jù)廠家提供的密封水壓力和流量要求檢查密封水，按要求調(diào)整了密封水的壓力，保持密封水差壓在設(shè)計范圍。 在控制密封回水溫度不超過90 ℃的情況下，把壓力盡可能調(diào)低，以控制密封回水量。但在調(diào)整密封水后潤滑油仍然進水，說明主要問題不在密封水量調(diào)整方面。

(2) 制造廠專家檢查了汽泵的出廠記錄，汽泵密封結(jié)構(gòu)及安裝時的間隙測量記錄等資料，認為其符合制造要求范圍，排除了間隙過大產(chǎn)生密封回水過大的問題。

(3) 檢查回水系統(tǒng)。因為在水封器初次投用時發(fā)現(xiàn)其設(shè)計不合理，密封水回不了凝汽器，因調(diào)試工期緊迫，采用了密封水直排凝汽器地坑的臨時措施。系統(tǒng)改動后，密封水排放的動力主要是回水腔壓力及腔室與排放口之間的高差，卻少了凝汽器的真空抽吸，所以回水管道總的壓差就減小了，回水的能力大為降低。當泵未運行時，因只有暖泵水從機械密封泄漏較少水量，回水管道可以滿足排放要求；但泵運行后，泵出口端的水壓提高很多，機械密封泄漏的水量增加，導(dǎo)致回水不足，回水腔滿水。經(jīng)過試驗驗證，回水接入凝汽器后，密封水就不再進入潤滑油中了。

所以，拆除水封器改為外排，導(dǎo)致密封水回水能力降低是潤滑油進水主要原因。

3.1.3 處理措施

因為水封器設(shè)計不合理造成了密封水進入潤滑油，所以解決的方法是改進水封器。把原來的雙U型改成單U型水封器，既能滿足不漏真空的要求，又不會產(chǎn)生阻塞，讓密封水順暢回入凝汽器。運行表明，在凝汽器真空建立后，密封水回水不再漏入潤滑油中，小汽輪機的潤滑油中沒有出現(xiàn)油中帶水的情況。

3.2 小汽輪機建立真空后臺板間隙變化

在小汽輪機調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)2小汽輪機的臺板間隙在建立真空后有較大變化，經(jīng)檢測，最大值達到了0.93 mm。當真空破壞后，間隙值又變小，由此可以判斷是真空對小汽輪機臺板間隙產(chǎn)生了重大影響。

臺板間隙增大，需要有提升力或扭轉(zhuǎn)力矩。所以真空通過什么途徑產(chǎn)生了提升力或扭轉(zhuǎn)力，是需要查找的主因。從現(xiàn)場間隙變化點及測量數(shù)據(jù)分析，臺板間隙增大主要是以臺板基礎(chǔ)為支點，在排汽端存在很大的向上或左右扭轉(zhuǎn)力。

3.2.1 原因分析

產(chǎn)生排汽端扭轉(zhuǎn)力矩，主要有下面幾個因素。

(1) 小汽輪機垂直段排汽管的強度不夠，在高真空下，排汽管產(chǎn)生了變形而造成應(yīng)力。因排汽管與汽缸是剛性連接，變形應(yīng)力產(chǎn)生扭力矩作用在汽缸上，造成了臺板抬升，使其間隙增大。為了查明這一因素，測量了排汽管在真空變化前后4個方向的截面數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)截面尺寸沒有什么變化，說明排汽管強度是滿足要求的。為了消除變形應(yīng)力的影響，還在垂直排汽管里面焊接了十字型支撐架，進一步提高其強度，但這一措施對臺板間隙變化沒有作用。這說明排汽管強度不夠?qū)υ斐膳_板間隙變化的影響很微小。

(2) 水平段排汽波紋膨脹節(jié)及排汽管在抽真空后產(chǎn)生位移，會對垂直段排汽管形成一個拉力，因排汽口與排汽管剛性連接的原因，此拉力通過垂直段排汽管產(chǎn)生扭矩，造成臺板間隙變化。通過檢測，當凝汽器建立-90 kPa真空后，水平段波紋節(jié)端部向凝汽器方向發(fā)生了20 mm左右的位移。這樣就在垂直排汽管的下端產(chǎn)生了拉力。因為連接凝汽器的水平段排汽管與小汽輪機的中軸線存在一個近90°的角，所以對小汽輪機產(chǎn)生了扭轉(zhuǎn)力矩，造成汽缸排汽口凝汽器側(cè)臺板上翹，間隙增加。水平段產(chǎn)生位移的原因，主要是建立真空后在水平段排汽管端部上的壓力差所產(chǎn)生的壓力。經(jīng)計算，在-90 kPa真空下，直徑2 000 mm排汽管可產(chǎn)生295 kN壓力。此力需要由垂直段排汽管和凝汽器殼體共同來承擔。當凝汽器殼體的剛度不夠時，壓力會使殼體產(chǎn)生彈性變形。

所以，凝汽器殼體的強度不足是間隙變化的主要因素。

3.2.2 處理措施

因為凝汽器殼體強度不足，真空建立后排汽管產(chǎn)生的壓力造成位移是臺板間隙增加的主要原因，所以在水平排汽管段加固定支座或在凝汽器內(nèi)部加支撐以提高強度，不使排汽管產(chǎn)生這么大位移，即可解決臺板間隙增加的問題。

3.3 汽動給水泵組驅(qū)動端軸承振動大

在調(diào)試A汽動給水泵組時發(fā)現(xiàn)，單獨運行小汽輪機軸承振動正常，當連接聯(lián)軸器后，給水泵組啟動運行，泵的驅(qū)動端及小汽機驅(qū)動端軸承產(chǎn)生振動。停止泵組運行，經(jīng)過對系統(tǒng)潤滑油油溫、油壓檢查及軸封系統(tǒng)的檢查、調(diào)整后，再次啟動泵組運行，振動情況依舊。

3.3.1 分析與試驗

針對這一現(xiàn)象，可從泵本身、聯(lián)軸器、軸系找正、軸承潤滑等可能對振動有影響的因素進行檢查、分析和試驗。

(1) 汽輪機或泵本身存在振動。為了檢查這個原因，拆除了聯(lián)軸器，單獨啟動小汽輪機運行。在不連軸的情況下，小汽輪機從啟動到運行調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，汽輪機本身的振動情況良好。檢查給水泵，不連軸盤動轉(zhuǎn)子，靈活無卡澀。因此，小汽輪機本身振動的因素可以排除，泵本身動平衡原因造成振動的可能性也不是很大。

(2) 小汽輪機與泵連軸時找正不合要求。檢查安裝找正的數(shù)據(jù)及現(xiàn)場復(fù)核找正數(shù)據(jù)，均符合要求。

(3) 檢查聯(lián)軸器本身，沒有質(zhì)量缺陷。但發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器兩頭嚙合齒輪部位缺潤滑油，處于一種干態(tài)嚙合碰撞的狀態(tài)。檢查聯(lián)軸器護罩上的噴油管，發(fā)現(xiàn)在“Y”型噴油管的分叉處，焊口破裂。潤滑油從裂口泄漏，噴灑不到連接齒輪上，從而造成齒輪缺油。

因此，聯(lián)軸器噴油管破裂造成齒輪缺油是產(chǎn)生泵組振動的原因。

3.3.2 處理措施

因為聯(lián)軸器噴油管破裂，使齒輪缺潤滑油造成齒輪干磨碰撞引起振動，修復(fù)“Y”型噴油管后，啟泵運行，軸承振動恢復(fù)正常。

3.4 汽泵轉(zhuǎn)速控制不穩(wěn)定

在汽動給水泵調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)汽泵轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，調(diào)門擺動。

3.4.1 可能原因排查

通過分析，調(diào)門出現(xiàn)擺動，有以下幾種可能性。

(1) 蒸汽參數(shù)急劇波動，造成轉(zhuǎn)速波動。經(jīng)檢查調(diào)門擺動時的參數(shù)曲線，參數(shù)是穩(wěn)定的。

(2) 控制油壓波動。檢查控制油壓曲線，油壓穩(wěn)定。

(3) 伺服閥或油動機故障。以單獨閥位方式操作調(diào)門，調(diào)門工作正常，無擺動現(xiàn)象，說明伺服閥無問題。

(4) 調(diào)節(jié)輸出回路干擾。伺服閥輸出是大電流信號，電磁干擾造成輸出波動的影響比較小，而且閥位控制方式時不波動，說明輸出回路無問題。

(5) 自動調(diào)節(jié)回路有問題或參數(shù)設(shè)置不合適。重新檢查MEH控制回路及有關(guān)參數(shù)，未發(fā)現(xiàn)問題。

(6) 轉(zhuǎn)速信號不穩(wěn)定。在轉(zhuǎn)速控制方式下，當測量信號出現(xiàn)干擾時，由于實際轉(zhuǎn)速要跟蹤給定指令，調(diào)節(jié)器自動調(diào)節(jié)會造成調(diào)門擺動。把調(diào)門切換成閥位控制方式，保持調(diào)門開度不變，檢查小汽機轉(zhuǎn)速信號，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速回路確實存在干擾，轉(zhuǎn)速有不穩(wěn)定現(xiàn)象。分析產(chǎn)生干擾的原因，可能來自卡件本身，也可能來自測量回路或探頭的屏蔽沒有做好產(chǎn)生電磁干擾。通過檢查發(fā)現(xiàn)，探頭至就地接線盒的接線具有屏蔽層，但就地接線盒至MEH端子柜的轉(zhuǎn)速信號電纜不是屏蔽電纜。

因此，轉(zhuǎn)速信號回路沒有屏蔽，應(yīng)是出現(xiàn)干擾信號的原因。

3.4.2 處理措施

將轉(zhuǎn)速測量回路的無屏蔽電纜更換成帶屏蔽層的電纜，并把電纜的屏蔽層在機柜端單端接地，消減電磁場對測量回路的干擾，問題解決。

1 陳定興．300 MW汽輪機汽動給水泵機械密封損壞原因及處理[J]．電力安全技術(shù)，2009(3).

2 胡大千，壽 兵，龔桂華．一臺汽動給水泵的振動分析及處理對策[J]．江蘇電機工程，2007(3).

3 周 瑤，石步全．汽動給水泵軸封漏水及盤車脫扣的技術(shù)改造[J]．華東電力，2002(4).