汽輪機軸封蒸汽帶水的原因分析及對策

戴學光

摘要：因為軸封蒸汽溫度如果與汽輪機本體部件溫度（特別是轉子的金屬溫度）差別太大或是蒸汽帶水，將使汽輪機部件產(chǎn)生很大的熱應力，這種熱應力將造成汽輪機部件產(chǎn)生摩擦，使部件壽命損耗加劇。文章結合某電廠機組冷態(tài)啟動過程中因軸封蒸汽帶水造成機組振動超限事故案例對軸封蒸汽帶水的原因做具體分析。

關鍵詞：汽輪機；軸封；蒸汽帶水；熱應力；機組振動 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK263 文章編號：1009-2374（2016）26-0061-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.029

軸封蒸汽系統(tǒng)作為熱力發(fā)電廠汽輪機系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是向汽輪機主機、給水泵小汽輪機的端部動靜部位提供軸向密封蒸汽，同時將各汽封的漏汽合理導向或抽出。在汽輪機的高壓區(qū)段，軸封系統(tǒng)的正常功能是防止蒸汽向外泄漏；在汽輪機的低壓區(qū)段，則是防止外界的空氣進入汽輪機內部，保證汽輪機有盡可能高的真空度，另外，軸封蒸汽系統(tǒng)還有回收汽封漏汽，減少系統(tǒng)工質損失的作用，軸封蒸汽參數(shù)若控制不當將影響機組安全運行。

1 設備概況

某廠汽輪機是由東方汽輪機廠生產(chǎn)的300MW純凝式汽輪發(fā)電機組。其軸封蒸汽系統(tǒng)是由軸封裝置、汽封冷卻器、軸封壓力調節(jié)閥、軸封風機、壓力調節(jié)閥、噴水減溫器及相應的管道、閥門等部件組成，為防止雜質進入軸封，各支管上設有Y型蒸汽過濾器。當機組在啟動時，軸封蒸汽系統(tǒng)的汽源主要來自輔汽母管（輔汽母管汽源正常運行時來自四段抽汽或再熱冷段抽汽，啟動時來自鄰機供汽）。輔汽進入軸封調壓部件進行調壓，調壓后的輔汽隨時由壓力表、溫度表監(jiān)測，使輔汽在各種工況下維持其壓力和溫度的正常值。另外，還有一部分軸封汽來自高、中調門桿的漏汽。正常運行時，由高中壓漏汽經(jīng)噴水減溫后作為低壓端軸封供汽，多余漏汽經(jīng)溢流站溢流至低壓加熱器或凝汽器。在機組低負荷或啟動階段，軸封供汽由外來（鄰機）蒸汽提供。

2 振動超限經(jīng)過

某日14∶28機組轉速1100rpm，主汽壓力3.14MPa，主汽溫度410℃，熱再汽壓0.24MPa，熱再溫度396℃，真空-90.6kPa，高壓內缸上下半壁溫174℃/189℃，軸向位移-0.372/-0.311mm；高中壓/低壓脹差1.53/3.38mm，偏心13.8um，高壓缸熱膨脹7.4/5.7mm，主機潤滑油溫40℃，各軸承振動為1X/1Y 20/24?m，2X/2Y 30/40?m，3X/3Y 39/65?m。機組1100r/min中速暖機結束，設定目標轉速2000r/min，升速率200r/min，準備升速至2000r/min暖機，14∶30轉速升至1537r/min（高中壓轉子一階臨界轉速1750r/min）2Y軸振由40μm持續(xù)上升至272μm，軸振保護動作，機組跳閘。15∶26汽機轉速至零，投入連續(xù)盤車運行，盤車電流32A，大軸偏心10um、盤車電流無擺動現(xiàn)象，傾聽缸內無摩擦聲。

3 現(xiàn)場檢查情況

（1）機組惰走過程傾聽缸內無摩擦聲、無異音；（2）檢查主汽壓力3.14MPa，主汽溫度410℃，熱再汽壓0.24MPa，熱再溫度396℃，真空-90.6kPa，平穩(wěn)無突降現(xiàn)象；（3）檢查高壓內缸上下半壁溫174℃/189℃，高壓缸熱膨脹7.4/5.7mm，高中壓/低壓脹差1.53/3.38mm，偏心13.8μm，軸向位移-0.372/-0.311mm，各參數(shù)正常；（4）檢查軸封供汽溫度發(fā)現(xiàn)13∶51中壓軸封溫度由177.56℃突降至98.9℃，軸封母管壓；（5）現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)中壓軸封進汽手動閥開度較小，大約只有4～5圈的開度，中壓軸封進汽閥后濾網(wǎng)疏水直排管只有小量的蒸汽冒出，疏水閥的開度約有3～4圈。低壓軸封前后進汽手動門均處于全開狀態(tài)。

4 處理措施

（1）開大高壓、中壓軸封進汽閥至1/2開度，全開高壓、中壓、低壓軸封進汽閥后濾網(wǎng)疏水閥，對軸封系統(tǒng)進行徹底疏水；（2）連續(xù)盤車2小時，17∶20全面檢查正常，重新掛閘沖轉至500rpm摩檢正常，17∶26轉速升至1200rpm中速暖機，17∶55中速暖機結束后繼續(xù)升速，過臨界轉速4Y大軸振動最大值94.3μm，各軸振動良好：1X：49.4μm，1Y：52.8μm；2X：40μm，2Y：90.2μm；3X：31μm，3Y：74.3μm；4X：52.6μm，4Y：94.3μm；過臨界轉速時振動良好；19∶20轉速達3000r/min，19∶31并網(wǎng)成功。

5 振動原因分析

（1）現(xiàn)場檢查軸封系統(tǒng)投入運行后對高、中、低壓分路門開度不夠，低壓軸封較長時間有吸空氣聲音，中高壓軸封開度才2圈左右，并且軸封母管壓力控制較低才30kPa，明顯偏低；（2）本次啟動前鍋爐進行水壓試驗主、再蒸汽管道可能存在積水，而本次啟動在鍋爐起壓以后才開啟投高低旁路，沒有提前利用旁路抽管道余水，造成暖管過程主汽門桿長時間漏水，投旁路時間滯后；（3）本體疏水工作不及時，機組真空建立后未及時安排先疏水排盡管道死角余水；（4）高壓缸預暖控制不合理，未按要求調節(jié)缸內壓力，預暖閥開度遲遲未開大到8∶30時，開度才10%左右，造成汽缸溫度、膨脹升漲緩慢；（5）沖轉后夾層加熱沒有根據(jù)上下缸，內外缸及法蘭內外壁溫度沒有及時調整，本次沖轉后夾層一直處于全開狀態(tài)，造成現(xiàn)場加熱過度；（6）機組軸系振動異常原因分析：13∶51軸封供汽母管壓力由30kPa突降至15kPa，中壓軸封進汽溫度由178℃突降至98℃，此時中壓軸封因疏水不充分，軸封供汽帶水進入中壓軸封，導致中壓軸封急劇冷卻產(chǎn)生局部彎曲變形，在升速過程軸封處發(fā)生了局部碰磨，導致機組軸系振動異常上升；（7）啟動過程中壓軸封進汽閥開度過小中壓軸封進汽節(jié)流后壓力、溫度下降。

6 防范措施

6.1 機組啟動階段

（1）啟機過程中軸封系統(tǒng)應疏水充分，根據(jù)現(xiàn)場軸封管路實際布置，防止軸封積水，要求機組啟動至定速3000rpm、軸封汽溫度正常后方可關閉疏水。投軸封前應暖管、疏水徹底，使封汽達到要求溫度，各水水點都必須進行檢查確保該疏水點疏水正常；（2）汽封供汽必須具有必要的過熱度，盤車之前不得投入汽封供汽系統(tǒng)，以免轉子彎曲，為了防止汽封部位由于熱應力而造成轉子損壞；（3）在機組啟動階段要監(jiān)視軸封加熱器負壓值在規(guī)定范圍，以確保軸封蒸汽回汽正常，另外需將軸封回汽母管上各疏水點閥門全開，徹底疏水；（4）機組啟動前投軸封暖管疏水要充分，軸封投用初期應維持較高壓力，各疏水門全開，特別是各進汽門后濾網(wǎng)放水門應保持全開，考慮到投入軸封到機組并網(wǎng)還有很長時間，各排地溝疏水門應在連續(xù)排出蒸汽，無水珠后關小或關閉，在機組沖轉前半小時左右再打開，注意軸封進汽溫度無大幅波動，否則不進行沖轉，待穩(wěn)定后再沖轉；（5）機組沖轉過程中保持軸封系統(tǒng)穩(wěn)定，維持軸封壓力略高于正常運行壓力，保持45～50kPa（300MW機組），不投減溫水，疏水門開啟，特別要避免軸封溫度突升突降，若出現(xiàn)軸封汽溫突降情況，應請示專工增加暖機時間，升速過程中若出現(xiàn)非臨界區(qū)振動大幅上升立即打閘，傾聽機內聲音，轉速至0后投入連盤，視情況再擇時沖轉；（6）機組并網(wǎng)帶負荷后，軸封投用減溫水要緩慢，發(fā)現(xiàn)軸封溫度下降較快，應及時開啟有關疏水，實際操作過程中，低壓前軸封容易出現(xiàn)溫度大幅下降的

情況。

6.2 機組降負荷階段

在控制降負荷時，當汽封母管壓力降低后，輔助供汽調節(jié)閥根據(jù)需要而開啟，以保持汽封聯(lián)箱壓力。當負荷降低時，應調整汽封供汽溫度，使之與高﹑中壓轉子金屬表面溫度的匹配能使轉子應力（在汽封區(qū)內）減至最小。

6.3 汽輪機事故跳閘階段

當汽輪機跳閘時，汽封聯(lián)箱的壓力降低，輔助供汽調節(jié)閥快速開啟，以保持汽封母管壓力。由于汽封汽源的快速切換，使高壓供汽和汽缸端壁金屬之間的溫度匹配受到限制。然而如果在跳閘之前溫度匹配得好，則當發(fā)生向外部供汽汽源的切換時，可避免產(chǎn)生過大的轉子金屬表面的溫度波動。

6.4 機組停運階段

（1）在機組停運、軸封進汽閥關閉后高、中、低壓軸封進汽閥后的濾網(wǎng)疏水閥應全開，以排除垂直管段內的積水；（2）機組在停運期間，保持各軸封進汽門后濾網(wǎng)排水門全開，以防止管道內積水。

7 軸封系統(tǒng)優(yōu)化建議

（1）要對軸封各段溫度測點做好跟蹤分析，看該溫度測點是否有異?；虿贾檬欠窈侠?，必要的話建議在高、中、低壓軸封進汽門后多增加一組溫度測點（最好是在進汽最低點處易積水的地方增加），這樣可以對運行人員有更多的操作參考；（2）軸封系統(tǒng)不同壓力疏水管路不能直接匯入同一根疏水母管，以防止排擠現(xiàn)象發(fā)生，造成疏水不暢；（3）機組軸封系統(tǒng)若有存在U型管路的地方必須增加疏水點，特別是低壓軸封回汽管路，該管道至軸封回汽母管接口距離較長且一般與軸封回汽母管形成U型管結構，啟動階段經(jīng)常積水造成低壓軸封回汽不暢；（4）通常軸封蒸汽系統(tǒng)各疏水管路都有主路和旁路，主路上一般都裝有自動疏水器，但往往隨著機組運行時間的增加，自動疏水器就失去自動疏水功能，所以機組啟動時一定要檢查各疏水點有沒有正常工作，一般建議疏水盡量使用疏水旁路進行。

8 結語

汽輪機軸封蒸汽帶水不僅拖延機組并網(wǎng)帶負荷時間，影響機組經(jīng)濟性，甚至造成機組動靜部件磨損、大軸彎曲或水沖擊，嚴重威脅機組安全，降低機組運行壽命，因此我們要用科學合理的方法避免該類事故。在軸封投運時要進行充分輸水暖管，嚴格控制軸封蒸汽參數(shù)。在生產(chǎn)運行過程中要對每個重要操作進行制度化、常態(tài)化，并對任何事故的原因進行科學分析。

參考文獻

[1] 東方汽輪機廠N300-16.70/537/537-8型（合缸）產(chǎn)品說明書[S].

[2] 陸頌元.汽輪發(fā)電機組振動[M].北京：中國電力出版社，2000.

（責任編輯：蔣建華）