印度某電廠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子抱軸事故案例分析

包立炯

（上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上海200240）

0 引言

近年來(lái)印度經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，電力需求也隨之不斷增加，尤其是印度北部，電力短缺現(xiàn)象嚴(yán)重，經(jīng)常性的停電嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)氐墓I(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文所述電廠項(xiàng)目由當(dāng)?shù)氐囊患忆撹F廠出資籌建，用作自備電廠，以滿足鋼鐵廠穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展的需求。

本文就國(guó)產(chǎn)60MW汽輪發(fā)電機(jī)組在印度項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的汽輪機(jī)抱軸事故及解決處理方法進(jìn)行分析和總結(jié)，以期可為今后在印度執(zhí)行類似電廠項(xiàng)目提供借鑒和參考。

1 工程建設(shè)規(guī)模及機(jī)組配置

本工程位于印度北部Uttar Pradesh邦，工程規(guī)模為1×60MW燃煤發(fā)電機(jī)組，中方負(fù)責(zé)工程設(shè)計(jì)、設(shè)備供貨及安裝調(diào)試指導(dǎo)工作，采用國(guó)產(chǎn)240t／h高溫、高壓循環(huán)流化床鍋爐和N60高溫高壓純冷凝汽輪機(jī)組，煙氣通過(guò)靜電除塵器處理后經(jīng)引風(fēng)機(jī)和煙囪排入大氣。循環(huán)水采用機(jī)力通風(fēng)塔閉式循環(huán)冷卻方式，化補(bǔ)水采用RO反滲透系統(tǒng)。中方工作范圍包括設(shè)備成套、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備采購(gòu)、運(yùn)輸及儲(chǔ)存、施工安裝指導(dǎo)、單機(jī)調(diào)試及分部調(diào)試以及全廠試運(yùn)行及性能試驗(yàn)等。

本工程自合同簽訂后，嚴(yán)格按照工程進(jìn)度計(jì)劃順利完成施工圖設(shè)計(jì)、土建施工、設(shè)備采購(gòu)及發(fā)貨、設(shè)備安裝及單機(jī)調(diào)試等所有施工作業(yè)，按期順利完成機(jī)組整體啟動(dòng)調(diào)試工作。本次事故發(fā)生于全廠整體移交的關(guān)鍵時(shí)刻，由于業(yè)主的操作員經(jīng)驗(yàn)不足，在處理跳機(jī)故障時(shí)采取了不當(dāng)措施，導(dǎo)致汽輪機(jī)發(fā)生抱軸事故。事故發(fā)生后，我方啟動(dòng)緊急應(yīng)急預(yù)案，加派國(guó)內(nèi)技術(shù)人員到場(chǎng)協(xié)助業(yè)主制定事故處理方案，將事故的損失降到最低，全力配合業(yè)主搶工期完成主機(jī)修復(fù)工作，最終順利完成機(jī)組的二次啟動(dòng)調(diào)試并將項(xiàng)目移交給業(yè)主。

2 汽輪機(jī)抱軸事故處理及原因分析

2.1 抱軸事故概述

事故發(fā)生時(shí)，機(jī)組在試運(yùn)行過(guò)程中汽機(jī)ETS保護(hù)動(dòng)作，查跳機(jī)原因首出為推力瓦回油溫度高／汽包水位高HHH，汽輪發(fā)電機(jī)組跳閘，汽機(jī)轉(zhuǎn)速惰走下降。在汽機(jī)跳機(jī)后約12min，鍋爐過(guò)熱器出口電動(dòng)主汽門被操作員關(guān)閉。隨后盤車電機(jī)電流異常增加，且波動(dòng)加大，最大電流至34.7A，此時(shí)前汽缸上缸溫度402℃，下缸溫度364℃。操作員在盤車電機(jī)電流不正常的情況下連續(xù)多次投運(yùn)盤車裝置。在真空為0、軸封壓力為6.3kPa情況下，操作員投入啟動(dòng)抽氣器開始抽真空。在軸封蒸汽未正常工作、汽機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為0時(shí)開始抽真空屬于不當(dāng)操作，會(huì)導(dǎo)致大量冷空氣被抽吸入汽缸，上下缸溫差驟然加大，收縮不勻，導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徹底抱死。

2.2 處理措施

（1）事故現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行緊急措施，打開凝汽器真空破壞閥，停啟動(dòng)抽氣器，真空回零。

（2）在盤車裝置無(wú)法正常工作、前汽缸上下缸溫差持續(xù)加大并且無(wú)法人工盤車的情況下，使用行車對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行強(qiáng)制盤車180°。

（3）為避免汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子大軸因汽缸上下缸溫差大而彎曲變形，定時(shí)利用行車對(duì)汽機(jī)進(jìn)行間斷性連續(xù)盤車，直到汽缸完全冷卻。

（4）檢查汽輪機(jī)1#、2#軸瓦，檢測(cè)轉(zhuǎn)子徑向跳動(dòng)、軸向推力位移，均符合汽輪機(jī)廠家要求。啟動(dòng)頂軸油系統(tǒng)，手動(dòng)盤車正常自如。隨后啟動(dòng)電動(dòng)盤車，電流平穩(wěn)，但在汽機(jī)后缸發(fā)現(xiàn)有不均勻異響；在前軸承位置處，有間或的清脆金屬擦碰聲音；打開低壓缸空氣門進(jìn)入汽缸，確認(rèn)有嚓音，對(duì)汽機(jī)進(jìn)行開缸全面檢查。

（5）對(duì)開缸后轉(zhuǎn)子、上下隔板汽封、動(dòng)葉頂汽封及缸內(nèi)情況進(jìn)行徹底檢查，結(jié)果如下：1）轉(zhuǎn)子葉輪：21級(jí)葉頂摩擦較重，0～17級(jí)葉頂均有摩擦；2）轉(zhuǎn)子隔板汽封城墻：9～14級(jí)摩擦過(guò)熱發(fā)藍(lán)；3）1#前汽封有輕微摩擦和發(fā)藍(lán)現(xiàn)象；4）上隔板部分：第1、4、6級(jí)動(dòng)葉頂汽封摩擦較重；5）下隔板部分：1～17級(jí)動(dòng)葉頂汽封均有摩擦痕跡，發(fā)現(xiàn)大量金屬屑。

（6）對(duì)轉(zhuǎn)子、上下隔板汽封、動(dòng)葉頂汽封進(jìn)行修復(fù)處理后，對(duì)汽機(jī)轉(zhuǎn)子的彎曲度進(jìn)行確認(rèn)檢測(cè)，測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)子彎曲度測(cè)量第一次數(shù)據(jù)

轉(zhuǎn)子彎曲度測(cè)量結(jié)果表明，汽機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)這次抱軸事故后，彎曲度未發(fā)生明顯變化，經(jīng)廠家技術(shù)人員確認(rèn)符合要求后對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行回裝。

（1）汽機(jī)本體全部回裝完成后，對(duì)轉(zhuǎn)子與汽缸中心進(jìn)行復(fù)測(cè)檢驗(yàn)。測(cè)量檢查汽機(jī)軸向間隙、徑向間隙、汽缸嚴(yán)密性等，全部安裝數(shù)據(jù)符合廠家要求后，完成汽機(jī)本體安裝工作。

（2）在完成汽機(jī)本體與附屬設(shè)備的復(fù)裝及檢查工作后［1－2］，制定汽機(jī)重啟沖轉(zhuǎn)方案，順利完成汽機(jī)的盤車、沖轉(zhuǎn)、帶負(fù)荷運(yùn)行等一系列工作，所有在線檢測(cè)數(shù)據(jù)正常，機(jī)組開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 事故原因分析

汽輪機(jī)抱軸事故發(fā)生后，項(xiàng)目部組織設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試以及廠家技術(shù)服務(wù)相關(guān)人員就抱軸事故的起因及處理方案進(jìn)行分析和研究。

圖1為本次汽機(jī)主軸卡死事故發(fā)生前后DCS系統(tǒng)記錄的機(jī)組運(yùn)行參數(shù)曲線。

圖1 DCS運(yùn)行參數(shù)記錄曲線

由圖中所示機(jī)組盤車電機(jī)的電流值曲線可知，機(jī)組在首次跳機(jī)后，廠方運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行了多次盤車啟動(dòng)操作，在5：30左右啟動(dòng)后盤車連續(xù)運(yùn)行，至7：00電流值劇增至70A，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)電流過(guò)載保護(hù)動(dòng)作而跳閘。7：15左右，廠方運(yùn)行人員在軸封蒸汽未投運(yùn)正常、汽輪機(jī)盤車電機(jī)未投運(yùn)的情況下，啟動(dòng)機(jī)組抽真空操作，機(jī)組真空度從－1.2kPa迅速上升至－56.6kPa（此時(shí)上下缸溫差為50℃左右），大量冷空氣因軸封系統(tǒng)未投運(yùn)而被吸入汽缸，機(jī)組脹差值超過(guò)設(shè)定保護(hù)值，上下缸溫差在30min內(nèi)快速擴(kuò)大至280℃，汽機(jī)主軸徹底抱死。運(yùn)行人員隨即破壞機(jī)組真空，以免冷空氣進(jìn)一步被吸入缸體。隨后嘗試啟動(dòng)盤車電機(jī)對(duì)汽機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行盤車，但均因轉(zhuǎn)子卡死而未能啟運(yùn)。直到下午1：30，在我方技術(shù)人員的指導(dǎo)下，借用主廠房行車對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行人工盤車180°，并在此后每0.5h盤車180°以避免轉(zhuǎn)子主軸因上下缸溫差冷卻收縮不均而發(fā)生彎曲事故。根據(jù)事后對(duì)主軸彎曲度的測(cè)量結(jié)果，及時(shí)的人工盤車是避免主軸彎曲擴(kuò)大事故影響的關(guān)鍵舉措之一。

根據(jù)事故發(fā)生前后DCS系統(tǒng)記錄的相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)及運(yùn)行人員的操作過(guò)程，分析認(rèn)為導(dǎo)致此次汽輪機(jī)主軸卡死事故的主要原因有以下幾個(gè)方面：

（1）機(jī)組跳機(jī)后，運(yùn)行人員違規(guī)關(guān)閉鍋爐主蒸汽出口電動(dòng)門，導(dǎo)致機(jī)組軸封系統(tǒng)失效。

（2）運(yùn)行人員在軸封系統(tǒng)未正常投運(yùn)的情況下，啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)，大量冷空氣被吸入缸體，導(dǎo)致汽機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸的快速、不均衡冷卻，汽機(jī)軸封與轉(zhuǎn)子發(fā)生卡澀。

（3）在盤車電機(jī)發(fā)生故障、無(wú)法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)盤車時(shí)，未及時(shí)對(duì)汽輪機(jī)采取人工盤車措施，導(dǎo)致上下汽缸、轉(zhuǎn)子、軸封間的卡澀現(xiàn)象加重。

通過(guò)對(duì)此次汽機(jī)主軸抱死事故原因的全面分析和研究，得到以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：

（1）汽機(jī)跳閘后，正常情況下嚴(yán)禁直接關(guān)閉鍋爐過(guò)熱器出口電動(dòng)主汽門，需確保軸封蒸汽及真空系統(tǒng)用汽的正常連續(xù)供應(yīng)。

（2）在盤車電機(jī)無(wú)法正常工作時(shí)宜采取悶缸措施，以防止汽缸上下溫差繼續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)排放下缸的沉積疏水。

（3）在盤車電機(jī)無(wú)法正常工作時(shí)，應(yīng)對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行人工連續(xù)盤車，以確保汽機(jī)轉(zhuǎn)子不受彎曲損傷。

（4）應(yīng)加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的技術(shù)培訓(xùn)，提高運(yùn)行人員的安全意識(shí)，杜絕誤操作的發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)印度某燃煤發(fā)電廠機(jī)組在首次啟動(dòng)調(diào)試期間出現(xiàn)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子抱死事故的過(guò)程及原因進(jìn)行了較為全面的分析與總結(jié)，根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試處理過(guò)程及數(shù)據(jù)，分析汽機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)抱死事故的主要原因是調(diào)試期間操作人員在機(jī)組軸封系統(tǒng)未投運(yùn)工況下對(duì)機(jī)組進(jìn)行抽真空操作，大量冷空氣進(jìn)入缸體導(dǎo)致汽缸與轉(zhuǎn)子發(fā)生卡澀抱軸事故，并就調(diào)試處理過(guò)程中的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行分析和總結(jié)，以期為同類型電廠的安裝調(diào)試工作提供參考和借鑒。

［1］趙常興.汽輪機(jī)組技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007

［2］胡蔭平.電站鍋爐手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2005