汽輪機(jī)低壓軸封供汽溫度突降分析及對策

蘆海慶（寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 吳忠 751607）

汽輪機(jī)低壓軸封供汽溫度突降分析及對策

蘆海慶
（寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 吳忠 751607）

針對某發(fā)電公司600 MW汽輪機(jī)低壓軸封供汽溫度突然降低的異?，F(xiàn)象，分析其產(chǎn)生的根源并提出解決的辦法，實現(xiàn)了機(jī)組真空嚴(yán)密性合格，消除了設(shè)備隱患，保證了機(jī)組長期經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

汽輪機(jī)；低壓軸封；供汽溫度；真空嚴(yán)密性

0 前言

汽輪機(jī)低壓軸封供汽可以防止空氣通過汽輪機(jī)低壓軸端徑向間隙漏入到低壓缸內(nèi)，從而保證汽輪機(jī)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。汽輪機(jī)設(shè)置了一套軸封供汽系統(tǒng)，負(fù)責(zé)向低壓軸封提供連續(xù)不斷且可調(diào)整溫度和壓力的密封蒸汽。

1 汽輪機(jī)低壓軸封供汽溫度存在的問題

某公司5，6號汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的NZK-16.7/538/538型亞臨界、中間再熱、單軸、雙缸雙排汽直接空冷機(jī)組，高、中壓合缸布置。汽輪機(jī)在機(jī)組高負(fù)荷長時間運(yùn)行時，由于低壓缸軸封段存在泄汽不暢、低壓缸軸封段溫度變化大且汽封結(jié)合面處有水流出的現(xiàn)象，證明軸封段存在積水。長時間積水會導(dǎo)致軸封段密封差、真空嚴(yán)密性不合格，嚴(yán)重時使軸封段帶水，威脅汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。此機(jī)組在增加負(fù)荷時，存在機(jī)組汽輪機(jī)低壓軸封供汽溫度瞬間大幅下降的現(xiàn)象，最低下降到105 ℃，而后上升到170 ℃，低壓軸封供汽溫度變化較大。

2 汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)運(yùn)行方式

2.1 軸封系統(tǒng)密封及運(yùn)行汽源

（1）該機(jī)組軸封系統(tǒng)（見圖1）為自密封系統(tǒng)，軸封供汽有3路汽源：啟停時，由輔助蒸汽及主汽門前主蒸汽供汽；正常運(yùn)行時，靠高、中壓主汽門和調(diào)門等門桿漏汽和高壓軸封漏汽形成自密封。

汽輪機(jī)在啟動、停止過程中，軸封由低壓輔汽聯(lián)箱供汽，其定值分別為0.03 MPa，0.055 MPa。當(dāng)軸封蒸汽聯(lián)箱壓力高于0.055 MPa時，溢流調(diào)整閥自動開啟，以保證軸封壓力正常。當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷低于30 %額定負(fù)荷時，汽輪機(jī)軸封用汽由低壓輔汽供給；當(dāng)汽輪機(jī)負(fù)荷大于30 %額定負(fù)荷時，高、中壓軸封漏汽能夠滿足低壓軸封用汽，低壓軸封用汽由高、中壓軸封漏汽供給，即轉(zhuǎn)換為汽輪機(jī)自密封；此時低壓輔汽供軸封及再熱汽冷端供軸封調(diào)整門自動關(guān)閉。當(dāng)汽輪機(jī)高、中壓軸封漏汽量過大使軸封壓力大于0.055 MPa時，溢流調(diào)整閥自動開啟，以保證軸封壓力正常。

（2） 在汽輪機(jī)正常運(yùn)行中，汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)設(shè)計為自密封式，具有設(shè)計合理、安全可靠、系統(tǒng)簡單、自動控制能力強(qiáng)等許多優(yōu)點，且能夠滿足汽輪機(jī)各種運(yùn)行工況的需要。該軸封系統(tǒng)既提高了汽輪機(jī)的做功能力，又減少了軸封的漏汽損失，確保機(jī)組有較好的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 機(jī)組運(yùn)行對軸封供汽溫度的要求

（1） 軸封蒸汽的過熱度不應(yīng)小于50 ℃，任何特殊情況下的過熱度不得小于14 ℃。

（2） 低壓軸封溫度要求大于120 ℃，但不得超過180℃，建議軸封蒸汽溫度設(shè)定為150 ℃。

（3） 為了避免出現(xiàn)大的熱應(yīng)力而引起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的損壞，高中壓缸汽封腔室的軸封汽與轉(zhuǎn)子金屬溫度之間的溫差不允許超過110 ℃，但在機(jī)組冷態(tài)啟動過程中允許短時間達(dá)到167 ℃。因低壓缸軸封處溫度較低，為了防止轉(zhuǎn)子產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力，必須嚴(yán)格控制汽輪機(jī)低壓軸封蒸汽溫度不高于180 ℃。

本機(jī)組采取了以下2種方法降低低壓軸封蒸汽溫度。

（1） 設(shè)置噴水減溫冷卻器，用凝結(jié)水作為冷卻介質(zhì)，直接冷卻軸封蒸汽；所需要的軸封蒸汽溫度值可以通過溫度設(shè)定器來設(shè)定。這種冷卻方法能夠很好地適應(yīng)工況快速變化的調(diào)節(jié)需要。

（2） 將低壓軸封蒸汽管道經(jīng)汽輪機(jī)凝汽器喉部延伸到凝汽器內(nèi)部，利用軸封蒸汽管道周圍流動的低壓缸低溫排汽來冷卻軸封汽。機(jī)組正常運(yùn)行時，低壓軸封蒸汽經(jīng)冷卻后溫度可下降20-30 ℃。

3 汽輪機(jī)低壓軸封蒸汽溫度突降原因分析

3.1 軸封供汽溫度大幅變化的共性原因

（1） 軸封供汽、溢流站排汽壓力調(diào)節(jié)閥、軸封供汽減溫水閥調(diào)節(jié)不夠靈活，對設(shè)定值進(jìn)行跟蹤控制不及時。

（2） 軸封供汽噴水減溫器后溫度測點安裝位置不合理，過于靠近噴水減溫器。

（3） 低壓軸封蒸汽減溫器噴嘴霧化效果不好，水從噴嘴噴出后不能夠形成非常薄的均勻水霧，使汽輪機(jī)低壓軸封蒸汽系統(tǒng)帶水量增大，同時增加汽水分離器的負(fù)擔(dān)，出現(xiàn)汽水分離不徹底的現(xiàn)象。一旦低壓軸封蒸汽帶水量增大，并進(jìn)入到疏水罐中后，當(dāng)疏水罐下部疏水器疏水不暢時，就會使疏水罐內(nèi)部水位升高并且長期保持一定高度的水位；這樣當(dāng)?shù)蛪狠S封蒸汽流過時會攜帶大量水分，并造成蒸汽溫度突然下降。

（4） 機(jī)組負(fù)荷大幅度變化時，低壓軸封蒸汽的流量會相應(yīng)發(fā)生變化；而減溫水的變化滯后于蒸汽流量的變化，這就造成蒸汽帶水、溫度突降；而在低壓軸封蒸汽溫度低時，減溫水調(diào)門又自動關(guān)小，因而造成軸封蒸汽溫度突然升高、大幅波動。

3.2 該機(jī)組軸封供汽溫度大幅突降的原因

圖2中的曲線表明，在2012-04-20機(jī)組長時間高負(fù)荷運(yùn)行期間，負(fù)荷沒有明顯變化，軸封壓力等參數(shù)調(diào)節(jié)正常，但低壓缸兩端軸封供汽溫度依然出現(xiàn)10 ℃左右波動（在171-158 ℃之間變化）。圖3示出2012-04-29機(jī)組負(fù)荷從464 MW增加到530 MW的過程中低壓缸軸封供汽溫度變化情況，軸封供汽溫度在5 min內(nèi)突降58 ℃左右（兩端溫度由162/163 ℃下至103/105 ℃），最低至103 ℃，隨后恢復(fù)至166/167.9 ℃。

分析機(jī)組長時間高負(fù)荷運(yùn)行期間及增加負(fù)荷過程中軸封供汽溫度變化情況，并對機(jī)組軸封系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，排除了減溫水、軸封供汽壓力等因素的影響。

對系統(tǒng)布置進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，由于軸封加熱器到低壓缸軸封段的回汽管路較長、回汽管壓損較大，影響了對端部軸封的回汽壓力，為此應(yīng)適當(dāng)加大軸封的負(fù)壓值。但由于高中壓軸封各軸封回汽腔室至軸封加熱器的路徑不同、阻力差別較大，高中壓軸封回汽排擠低壓軸封回汽和小汽輪機(jī)軸封回汽，導(dǎo)致低壓軸封和小汽輪機(jī)回汽困難、阻力增加，低壓軸封回汽腔室壓力升高，因此回汽腔室的蒸汽向外逸出。若單單提高軸封加熱器入口負(fù)壓，降低各軸封回汽系統(tǒng)壓力，減少軸封回汽腔室向外跑汽，則往往會伴隨著低壓軸封腔室內(nèi)供汽量的不足，而很容易使空氣進(jìn)入，造成真空嚴(yán)密性下降，危及機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

圖2 機(jī)組長時間高負(fù)荷運(yùn)行期間軸封供汽溫度變化曲線

圖3 機(jī)組增加負(fù)荷過程中軸封供汽溫度變化曲線

4 采取的技術(shù)措施

（1） 軸封供汽溫度的設(shè)定值由150 ℃提高至160 ℃，以保證當(dāng)?shù)蛪狠S封蒸汽溫度突降時不低于100 ℃（低壓轉(zhuǎn)子軸封處的實際溫度約為80 ℃），防止汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸封處蒸汽凝結(jié)，造成轉(zhuǎn)子表面溫度突降。

（2） 汽輪機(jī)正常運(yùn)行中，將低壓軸封疏水罐疏水器旁路門開啟（0.5-1）圈，保證蒸汽中攜帶的水能夠及時排除掉。

（3） 檢修中徹底清理低壓軸封疏水罐疏水器內(nèi)部雜質(zhì)，并對各個部件進(jìn)行除銹處理，同時對疏水器前、后管段進(jìn)行水沖洗，既保證了疏水管道的暢通，同時也有效地防止了疏水器的卡澀。對軸封供汽溫度、壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行全面檢查，保證了其跟蹤的靈敏性。

（4） 停機(jī)后，對低壓軸封蒸汽減溫水系統(tǒng)進(jìn)行徹底清理，對噴嘴進(jìn)行清理修復(fù)，并進(jìn)行了噴嘴霧化試驗，對噴嘴間隙進(jìn)行了合理的調(diào)整，采取了運(yùn)行中防止松動的措施，保證機(jī)組正常運(yùn)行中，低壓軸封蒸汽減溫水噴嘴霧化均勻、無偏斜及水簾，達(dá)到了最佳的霧化效果。

（5） 檢查小機(jī)軸封段的漏汽影響，對小汽輪機(jī)軸封供汽、回汽門進(jìn)行調(diào)整，減少小汽輪機(jī)軸封段漏汽量。

（6） 在機(jī)組檢修中，對汽輪機(jī)軸封進(jìn)行改造，將原迷宮式汽封更換為王長春接觸式汽封，軸端密封效果好，減少了高中壓缸軸封漏汽，使得低壓缸軸封段回汽順暢。

5 采取措施的效果及建議

5.1 效果

采取以上措施后，汽輪機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行期間，不存在低壓缸軸封段冒汽、冷凝積水現(xiàn)象，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。在機(jī)組增加負(fù)荷過程中，低壓缸軸封供汽溫度平穩(wěn)，消除了大幅突降現(xiàn)象。

實驗數(shù)據(jù)表明，600 MW空冷機(jī)組真空度每降低1 %，煤耗增加1.1 g/kWh，提高真空度可有效降低煤耗。通過以上各種技術(shù)措施，真空嚴(yán)密性試驗合格率得以提高，避免了為保證真空嚴(yán)密性而提高低壓缸軸封供汽壓力的弊端，真空嚴(yán)密性由原來的250 Pa/min提高到100 Pa/min，真空嚴(yán)密性試驗達(dá)到了優(yōu)秀值，經(jīng)濟(jì)性顯著提高。真空嚴(yán)密性試驗合格，能夠有效控制凝結(jié)水溶氧，提高汽水品質(zhì)及汽輪機(jī)效率。

5.2 建議

建議根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備布置情況，將通往軸封加熱器的低壓缸軸封回汽管道單獨布置，徹底解決同一個回汽管道對低壓缸軸封段回汽的影響，以保證汽輪機(jī)、小汽輪機(jī)所有軸封段回汽順暢。

6 結(jié)束語

通過對汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)存在問題的分析，查明了問題的原因并采取了有效措施，消除了低壓軸封供汽溫度突然下降的隱患，有效防止了因汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子低壓軸封段溫度突變引起的熱應(yīng)力變化對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子安全的威脅，避免了異常事件的發(fā)生，保證機(jī)組的長周期安全運(yùn)行。同時，真空嚴(yán)密性試驗合格率提高，降低了機(jī)組供電煤耗，以控制小指標(biāo)的方式確保了大指標(biāo)的完成，實現(xiàn)了節(jié)能降耗，使機(jī)組始終以經(jīng)濟(jì)方式運(yùn)行。

1 吳季蘭.汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)［M］.北京：中國電力出版社，1999.

2 李建剛.汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行（第2版）［M］.北京：中國電力出版社，2010.

3 國家能源局.DL/T1290—2013直接空冷機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗方法［S］.2013.

4 中華人民共和國發(fā)展和改革委員會.DL/T892—2004電站汽輪機(jī)技術(shù)條件［S］.2004.

2015-08-07。

蘆海慶（1973-），男，工程師，主要從事發(fā)電廠運(yùn)行管理工作，email：lhq2650@sina.com。