600MW機(jī)組汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)運(yùn)行和調(diào)節(jié)中常見故障分析

【摘要】針對(duì)600MW機(jī)組汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式結(jié)合汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)的設(shè)備和主要特點(diǎn)，逐漸深入分析在運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)存在的問題，針對(duì)這些問題和故障展開討論，并指出進(jìn)一步的改進(jìn)意見。當(dāng)設(shè)備反復(fù)發(fā)生故障時(shí)，我們有必要引起足夠的重視。在處理軸封系統(tǒng)故障時(shí)，不但要從現(xiàn)象出發(fā)，更應(yīng)該從軸封系統(tǒng)故障所引起的機(jī)組的不安全運(yùn)行方式來正確判斷，這樣才能正確和迅速的處理事故，保證機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定持續(xù)安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】600MW機(jī)組汽輪機(jī)；軸封汽系統(tǒng)；故障分析

1、機(jī)組概況

該汽輪機(jī)型式為單軸、四缸四排汽、一次再熱、反動(dòng)凝汽式超臨界機(jī)組。

2、軸封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式

2.1軸封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

軸端汽封：軸封供汽母管，壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)，軸封加熱器，減溫器以及有關(guān)管道組成的閉式軸封系統(tǒng)。

多齒汽封：葉頂汽封采用兩個(gè)高齒和兩個(gè)低齒，形成迷宮效果以減小葉頂漏汽。

橢圓汽封：汽缸熱變形主要在垂直方向上，橢圓汽封間隙在上下方向的間隙較大，而兩側(cè)間隙相對(duì)較小。

軸端汽封：高中低壓汽封為迷宮式汽封，當(dāng)負(fù)荷增至60%負(fù)荷以上時(shí)，高中壓缸軸端漏入供汽母管的蒸汽量超過低壓缸軸端汽封所需的供汽量，系統(tǒng)達(dá)到完全自密封。多余的蒸汽，通過溢流閥流往#8A低加，若#8低加事故或停運(yùn)，多余的蒸汽排至凝汽器。

2.2自密封系統(tǒng)運(yùn)行方式

本機(jī)組汽輪機(jī)軸封蒸汽系統(tǒng)采用自密封系統(tǒng)。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，不需要從系統(tǒng)外供應(yīng)蒸汽，而是由高、中壓缸兩端軸封的漏汽減溫后送入低壓缸汽封，多余漏汽溢流至#8低加或凝汽器。

3、軸封汽的汽源

軸封蒸汽的汽源是由輔汽聯(lián)箱供給的，經(jīng)輔助汽源控制站、溢流控制站控制軸封供汽壓力；溫度控制站控制低壓軸封供汽溫度，以滿足不同工況對(duì)軸封系統(tǒng)的要求。

4、軸封蒸汽系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)特點(diǎn)

（1）主油箱、小汽輪機(jī)油箱和密封油含水量大，發(fā)電機(jī)軸承端絕緣水平低，發(fā)電機(jī)氫氣濕度超標(biāo)且居不下，最高15g/m3；（2）將高壓缸近機(jī)頭端的參數(shù)較高的漏汽和門桿的漏汽作為正常運(yùn)行時(shí)軸封汽源；（3）給水泵汽輪機(jī)軸封的進(jìn)、出汽管上裝有隔絕門，比較容易與主機(jī)隔離；（4）軸封蒸汽冷卻器的疏水采用帶液位開關(guān)的疏水控制閥。高中壓缸端部汽封外漏量大軸封溫度高，特別在夏季高溫時(shí)更為嚴(yán)重，端部汽封處的軸頸上方溫度高達(dá)300℃右；（5）軸封蒸汽系統(tǒng)中設(shè)有軸封蒸汽壓力調(diào)節(jié)器和泄壓閥，來保證軸封蒸汽母管壓力為0.003MPa。為了防止低壓軸封及小汽機(jī)的軸封蒸汽溫度過高，設(shè)置了軸封蒸汽溫度控制器，能保證蒸汽溫度維持在150℃。

5、軸封汽系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題

在長(zhǎng)期機(jī)組運(yùn)行過程中，軸封汽系統(tǒng)軸封系統(tǒng)存在的缺陷逐漸顯露使機(jī)組效率下降。存在的問題有：軸封氣溫過低。高中壓缸軸端部漏氣量大，軸封溫度高。軸封壓力過低。

5.1軸封汽溫度過低造成的影響。軸封蒸汽是直接與汽輪機(jī)大軸接觸的，所以它的溫度直接影響大軸的伸縮。汽機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行和熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，相應(yīng)轉(zhuǎn)子的溫度很高，如果軸封蒸汽溫度過低，大量的低溫蒸汽通過軸封吸入汽缸，這樣不僅轉(zhuǎn)子上引起較大的熱應(yīng)力，而且造成前段軸封大軸會(huì)急劇的冷卻收縮，當(dāng)收縮量過大的時(shí)侯，將有可能導(dǎo)致前幾節(jié)動(dòng)靜葉柵之間的摩擦，而這種局部段大軸收縮所造成的相對(duì)位移的變化，潛在的危害是巨大的。所以我們?cè)谳S封汽供汽時(shí)，必須進(jìn)行充分的暖管疏水，確保軸封蒸汽溫度與金屬溫度相配備，并有一定的蒸汽過熱度。.

5.2高中壓缸軸端部漏氣量大，軸封溫度高。高中壓缸的軸承間隙過大或者軸封與轉(zhuǎn)子之間的間隙較小造成在運(yùn)行過程中發(fā)生摩擦，當(dāng)負(fù)荷帶到25%額定負(fù)荷以上的時(shí)候，高中壓缸的軸封腔室內(nèi)為正壓，不會(huì)影響凝汽器的真空，而低壓缸氣封腔室隨著負(fù)荷的升高而需要增大密封蒸汽量，才能維持腔內(nèi)的正壓，來滿足機(jī)組運(yùn)行真空的要求。

5.3軸封汽壓力過低造成的影響。軸封汽壓力低對(duì)低壓缸影響比較大，將會(huì)造成外界空氣漏入低壓缸，不但會(huì)使汽輪機(jī)真空下降，同時(shí)還會(huì)因冷空氣冷卻軸頸使轉(zhuǎn)子收縮造成負(fù)差脹。真空變化對(duì)汽輪機(jī)的安全與經(jīng)濟(jì)性都有較大的影響。而且當(dāng)汽機(jī)的排汽壓力升高的時(shí)候，汽輪機(jī)的可用熱降減少，汽輪機(jī)效率將降低，嚴(yán)重時(shí)將影響到機(jī)組負(fù)荷。

當(dāng)排汽的容積流量減少時(shí)，蒸汽在末級(jí)就要產(chǎn)生脫流及旋渦，同時(shí)還會(huì)在葉片的某一部分產(chǎn)生較大的激振力，它的頻率與葉片的固有頻率不成正數(shù)倍，即不是與葉片發(fā)生共振，而是屬于自激振動(dòng)，即葉片的顫振。這種顫振的頻率低、振幅大，極易損壞葉片，造成事故。

6、軸封供汽調(diào)節(jié)特點(diǎn)和存在問題

軸封汽系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)階段由輔汽母管供汽，再由壓力調(diào)節(jié)器和溫度調(diào)節(jié)器來維持正常壓力和溫度；當(dāng)冷再汽壓力大于16kg/cm時(shí)切換至冷再汽源；當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，軸封汽的壓力調(diào)整門關(guān)死，高、中壓主汽門、調(diào)門的門桿漏汽作為軸封汽的汽源，靠軸封汽母管的泄壓閥控制軸封汽母管的壓力，減溫水調(diào)整門穩(wěn)定軸封汽的溫度。

由于軸封系統(tǒng)上的三個(gè)閥門均采用基地式調(diào)節(jié)裝置，具有投資少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是它的缺點(diǎn)非常突出，即調(diào)節(jié)不穩(wěn)定。減溫水調(diào)門全開，造成軸封蒸汽溫度過低。泄壓閥全開，造成軸封汽母管壓力，影響汽機(jī)真空。軸封汽進(jìn)汽壓力調(diào)整門開度較小時(shí)，調(diào)節(jié)性能較差。在軸封汽源進(jìn)行切換時(shí)，進(jìn)汽壓力調(diào)整門與泄壓閥之間配合不默契，造成軸封汽壓力大幅度波動(dòng)。

7、軸封汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造設(shè)想

降低高中壓軸封供汽流速，增大漏汽管直徑，減小漏汽管道阻力，適當(dāng)縮小軸封直徑間隙，軸封加熱器增加冷卻面積，提高封漏汽管負(fù)壓。軸加風(fēng)機(jī)增容，以提高軸加風(fēng)機(jī)抽真空的能力，增大腔室負(fù)壓，增大至低壓減溫器的通徑和軸封供汽管徑，加大低壓汽封的蒸汽量，防止高負(fù)荷下低壓軸封漏真空，也可同時(shí)降低軸封母管壓力。可將軸封漏汽總管分成兩段，高中壓缸為一段，低壓缸為一段，并分別直接到軸封加熱器上，供汽和回汽分開調(diào)節(jié)，以防止高壓軸封向外跑汽，低壓軸封向機(jī)內(nèi)漏汽。

針對(duì)系統(tǒng)的閥門動(dòng)作滯后，調(diào)節(jié)壓力波動(dòng)較大的缺點(diǎn)，甚至導(dǎo)致手動(dòng)調(diào)節(jié)也無法控制，致使軸封供氣品質(zhì)下降，進(jìn)而影響到汽輪機(jī)的真空，因此需要改進(jìn)。可以利用穩(wěn)定邊界法，對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行PID參數(shù)進(jìn)行計(jì)算整定。利用DCS對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID控制參數(shù)以及方式進(jìn)行合理的限定。

8、結(jié)束語

汽缸端部軸封間隙過大是軸封汽外漏的主要原因?？梢赃M(jìn)行重新設(shè)計(jì)減小安裝間隙標(biāo)準(zhǔn)，檢修時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整間隙予以解決。由于汽機(jī)軸封汽系統(tǒng)運(yùn)行是否穩(wěn)定，直接關(guān)系到汽輪機(jī)是否能夠安全可靠運(yùn)行。當(dāng)設(shè)備反復(fù)發(fā)生故障時(shí)，我們有必要引起足夠的重視。一方面在運(yùn)行中加強(qiáng)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取有效措施，防止事故的擴(kuò)大。另一方面，對(duì)長(zhǎng)期存在設(shè)備缺陷，而且反復(fù)發(fā)生的，得不到有效解決的，就必須進(jìn)行更改，以確保設(shè)備正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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