某上汽1000MW機(jī)組試運(yùn)期間軸封系統(tǒng)問題探討

楊森

（大唐三門峽電力有限責(zé)任公司，河南 三門峽 472143）

軸封系統(tǒng)是汽輪機(jī)組的重要組成之一，其主要作用，一是在壓力區(qū)段防止進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽外泄，確保蒸汽都能沿著汽輪機(jī)的葉柵通道前進(jìn)做功，提高汽輪機(jī)的效率；二是在真空區(qū)段防止冷空氣進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)，以免轉(zhuǎn)子遇冷出現(xiàn)熱彎曲，同時(shí)保證汽輪機(jī)組有良好的真空，提高汽輪機(jī)的做功能力。軸封系統(tǒng)若發(fā)生異常，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)組漏真空，降低經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重的會(huì)引起動(dòng)靜部分摩擦，軸承振動(dòng)變大，甚至發(fā)生磨軸現(xiàn)象，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行。某廠新安裝的百萬機(jī)組采用上海汽輪機(jī)廠與西門子聯(lián)合設(shè)計(jì)的組合積木塊式HMN機(jī)型，其軸封系統(tǒng)對(duì)壓力和溫度要求較高，在調(diào)試和投運(yùn)初期軸封系統(tǒng)發(fā)生了多起異常。

1 軸封系統(tǒng)簡介

該1000MW機(jī)組為四缸四排汽結(jié)構(gòu)，采用“N+1”軸承支撐，即高壓缸由兩個(gè)徑向軸承支撐，中壓缸和兩個(gè)低壓缸各由一個(gè)徑向軸承支撐，所有軸承座直接落在基礎(chǔ)上。高、中壓軸封段固定在高、中壓外缸體上，隨缸體膨脹移動(dòng)；低壓缸的軸封段直接固定在軸承座上，與支撐在凝汽器上的低壓外缸之間用補(bǔ)償波紋管連接。高壓缸前端軸封有4個(gè)腔室，后端有3個(gè)腔室，軸封供汽至前端第三個(gè)腔室和后端第二個(gè)腔室；前端第二個(gè)腔室和后端第一個(gè)腔室的漏汽直接引入中低壓連通管做功，以提高經(jīng)濟(jì)性。中、低壓缸的軸封供汽均從內(nèi)側(cè)腔室進(jìn)入，從外側(cè)腔室回至軸封回汽母管上，如圖1所示。汽缸各端軸封回汽管道上均安裝有蝶閥，以調(diào)整各軸端的軸封回汽量。軸封系統(tǒng)采用自密封設(shè)計(jì)，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于70%時(shí)，高壓缸、中壓缸的軸端排汽量超過低壓缸所需的供汽量時(shí)，低壓缸的汽封用汽就由高、中壓缸軸端漏汽供應(yīng)，此時(shí)供汽調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，通過溢流調(diào)節(jié)閥將多余的蒸汽排入凝汽器或#8低加內(nèi)，以維持軸封母管的壓力。

圖1

該機(jī)型軸封供汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為獨(dú)特，有幾個(gè)顯著的特點(diǎn)，與常見的西屋機(jī)型軸封系統(tǒng)存在較大的差異。一是該機(jī)型所需軸封供汽壓力較低，僅為3.5kPa，遠(yuǎn)低于常規(guī)機(jī)組軸封壓力定值，這有賴于其供汽接口的設(shè)計(jì)位置。二是軸封壓力測(cè)量裝置不設(shè)在軸封母管上，而是在母管上引出一個(gè)脈沖管，伸出汽輪機(jī)平臺(tái)地面，在脈沖管上與汽輪機(jī)中心線平齊的高度處安裝壓力測(cè)點(diǎn)，以此處壓力作為軸封供汽壓力的監(jiān)測(cè)調(diào)整值（見圖2）。三是高、中、低壓缸軸封供汽為一根母管，不分設(shè)高壓軸封供汽和低壓軸封供汽母管，無低壓部分軸封溫度調(diào)節(jié)裝置。四是軸封供汽對(duì)溫度要求較高，由于軸封供汽為一根母管，為照顧各缸軸端金屬溫度，使供汽溫度與之相匹配，該機(jī)型要求機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)軸封供汽溫度為280～320℃。由于機(jī)組運(yùn)行時(shí)輔汽的用戶較少，導(dǎo)致輔汽溫度偏低，難以達(dá)到軸封供汽溫度的要求，因此系統(tǒng)中設(shè)置電加熱器對(duì)軸封供汽溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖2

2 試運(yùn)期間軸封系統(tǒng)發(fā)生的問題與措施

2.1 初次投運(yùn)軸封時(shí)回汽不暢

初次投運(yùn)軸封系統(tǒng)時(shí)將壓力設(shè)置為3.5kPa，發(fā)現(xiàn)高、中壓缸處軸封大量冒汽，而低壓缸各端軸封向內(nèi)吸氣。逐步將軸封壓力提高至6.5kPa，發(fā)現(xiàn)各瓦處均大量冒汽，且軸封壓力波動(dòng)較大，高輔至軸封供汽調(diào)門波動(dòng)頻繁，此時(shí)各軸端回汽門均已全開，沒有其他的調(diào)節(jié)手段。分析懷疑回汽管道局部存在積水，導(dǎo)致回汽不暢，使蒸汽從軸封處冒出。將軸封母管上各處疏水門全部打開后依然無效。就地排查軸封系統(tǒng)管道，發(fā)現(xiàn)在中壓缸前端軸封回汽管處有一個(gè)“U”型低點(diǎn)，且該處無放水管道。將中壓缸前端軸封回汽門法蘭螺栓拆除后，發(fā)現(xiàn)該管道內(nèi)積聚大量疏水，導(dǎo)致回汽無法正常進(jìn)入軸封加熱器內(nèi)。找到問題后，結(jié)合現(xiàn)場管道實(shí)際位置，在該低點(diǎn)處增加了一路疏水，將其直接接入軸封回汽至軸封加熱器的入口，使管道內(nèi)積水直接排至軸加，解決了該處積水的問題。再次投運(yùn)后狀況明顯改善，軸封壓力設(shè)置在6.5kPa后，調(diào)整各回汽門使各軸端均處于輕微冒汽的狀態(tài)。但軸封母管壓力為6.5kPa，高于設(shè)計(jì)值（3.5kPa）。

2.2 軸封母管壓力異常波動(dòng)

該機(jī)組在初次沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)后發(fā)現(xiàn)軸封母管壓力頻繁波動(dòng)，調(diào)門反復(fù)調(diào)節(jié)始終無法維持在某一個(gè)壓力范圍內(nèi)。經(jīng)檢查調(diào)門、系統(tǒng)管道等均無異常。進(jìn)一步核對(duì)設(shè)計(jì)圖紙發(fā)現(xiàn)，壓力測(cè)點(diǎn)安裝在汽機(jī)房8米層軸封供汽母管上，靠近高壓缸供汽接口處，這與設(shè)計(jì)的壓力脈沖管處安裝壓力測(cè)點(diǎn)不相符。根據(jù)上汽提供的測(cè)點(diǎn)布置要求，供汽母管的壓力應(yīng)能夠真實(shí)反映汽缸中分面處的汽封壓力，據(jù)此設(shè)計(jì)院專門在軸封母管上設(shè)計(jì)壓力脈沖管，將一根φ89的管道從軸封母管上伸至17米平臺(tái)上，在平臺(tái)上與汽缸中分面水平的位置安裝壓力取樣裝置。而安裝單位由于未能理解該設(shè)計(jì)的用意，沒有按照?qǐng)D紙要求安裝壓力脈沖管，導(dǎo)致測(cè)量的壓力不準(zhǔn)，不能滿足系統(tǒng)要求，頻繁調(diào)節(jié)。后來利用調(diào)試期間機(jī)組停運(yùn)的機(jī)會(huì)按照設(shè)計(jì)圖安裝壓力脈沖管及壓力取樣裝置，再次投運(yùn)后軸封母管壓力較為穩(wěn)定，沒有明顯波動(dòng)，但軸封母管壓力高于設(shè)計(jì)值的問題未能解決。

2.3 軸封供汽母管溫度異常

該機(jī)組在初次沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)后除了軸封壓力波動(dòng)之外，另一個(gè)突出問題就是供汽母管溫度偏高，在高負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)中測(cè)點(diǎn)T1和T2都達(dá)到了400℃以上，經(jīng)過對(duì)管道實(shí)際測(cè)量，確認(rèn)測(cè)量正確，這嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行，尤其是高出低壓缸進(jìn)汽溫度太多，影響低壓缸的安全。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場管道布置方式和安裝圖紙的比對(duì)，并咨詢上汽技術(shù)人員，發(fā)現(xiàn)高調(diào)、中調(diào)及補(bǔ)汽閥門桿漏汽至軸封溢流管道的安裝位置錯(cuò)誤（見圖2）?，F(xiàn)場高調(diào)門門桿漏汽、中調(diào)門門桿漏汽及補(bǔ)汽閥門桿漏汽管道接在軸封供汽母管的大小頭前φ325管道上，與原設(shè)計(jì)接至大小頭后φ406的管道上不符。根據(jù)上汽技術(shù)人員的設(shè)計(jì)思路，將這三趟管道接在大小頭后的目的就是為了在負(fù)荷較高時(shí)減輕溢流管道的壓力，使其接近溢流調(diào)門，直接將門桿漏汽通過溢流調(diào)門排至凝汽器。而接在大小頭前的情況下，在負(fù)荷較高時(shí)，門桿漏汽與高、中壓缸軸封漏汽互相排擠，不能順利排至凝汽器，使進(jìn)入軸封母管的蒸汽量及溫度均高于設(shè)計(jì)值。該廠利用調(diào)試期間機(jī)組停運(yùn)的機(jī)會(huì)，按照設(shè)計(jì)圖將三根門桿漏汽管道按照設(shè)計(jì)接口安裝后發(fā)現(xiàn)T2明顯降低，在高負(fù)荷時(shí)T2維持在340℃左右，雖仍高于上汽給定的溫度范圍，但勉強(qiáng)可以接受維持運(yùn)行。但高負(fù)荷時(shí)T1仍達(dá)到404度左右。

圖3

3 軸封現(xiàn)有問題分析

經(jīng)過檢修和局部重新施工，目前該機(jī)組軸封系統(tǒng)能夠滿足正常運(yùn)行，但是仍存在軸封母管壓力高于設(shè)計(jì)值和自密封狀態(tài)時(shí)T1、T2溫度偏高的問題。經(jīng)過對(duì)同類型的運(yùn)行狀況較好的機(jī)組實(shí)地觀摩，對(duì)照上汽廠給出的系統(tǒng)圖（圖1）和實(shí)際安裝后系統(tǒng)圖（圖3）分析，認(rèn)為造成這兩個(gè)異常的原因均屬于設(shè)計(jì)問題，主要有以下三點(diǎn)。

3.1 軸封溢流管道的接口設(shè)置有誤

上汽給出的系統(tǒng)圖中顯示，軸封溢流管道與軸封供汽母管的接口位置在高、中壓缸之間。這樣設(shè)計(jì)的目的是在高負(fù)荷情況下讓高壓缸兩端的軸端漏出的高溫蒸汽向高中壓缸之間匯集，凝汽器的負(fù)壓對(duì)高壓缸和中壓缸兩端均有一定的作用，使這些漏汽能夠在凝汽器負(fù)壓的作用下充分混合，并通過溢流調(diào)門的開度控制輸送至凝汽器的蒸汽量，以保證供汽母管的壓力。同時(shí)剩余的蒸汽在經(jīng)過中壓缸時(shí)與中壓缸末端漏出的蒸汽混合，溫度被降低至300℃左右供至低壓缸，滿足其供汽的溫度需求。而該廠的軸封溢流管道接口設(shè)置在軸封供汽母管上高壓缸的后端，距離較遠(yuǎn)，使得凝汽器負(fù)壓對(duì)高壓缸前端和中壓缸漏汽的作用有限，溢流作用不太明顯，導(dǎo)致高負(fù)荷時(shí)母管壓力偏高且高壓缸前端的部分高溫蒸汽進(jìn)入低壓缸供汽，使T2溫度偏高約20℃左右。

3.2 高輔至軸封供汽管道接口設(shè)置有誤

上汽的系統(tǒng)圖中軸封供汽管道接口位于中壓缸和低壓I缸中間的供汽母管上，該處基本處于整個(gè)汽輪機(jī)軸系的中間位置上，在此處供汽只需要很小的壓力就可以使兩端均達(dá)到供汽的目的。而該廠的軸封供汽管道接口位于高壓缸的前端處，這導(dǎo)致母管的壓力需要適當(dāng)?shù)奶岣卟拍軐⑤S封蒸汽送至低壓II缸的末端。這是導(dǎo)致在非自密封狀態(tài)下軸封母管壓力高于設(shè)計(jì)值的原因。

3.3 溫度測(cè)點(diǎn)T1的安裝位置有誤

上汽給出的系統(tǒng)圖中T1的位置應(yīng)該在高、中壓缸之間，溢流管接口之后，按照蒸汽的流向來講其測(cè)得的應(yīng)該是中壓缸的漏汽溫度或者是高、中壓缸漏汽混合后供向低壓缸的蒸汽溫度。而該廠T1測(cè)點(diǎn)的安裝位置在高壓缸前端供汽口處，在自密封狀態(tài)下實(shí)際測(cè)得的是高壓缸前端漏汽溫度，不能真實(shí)的反映出軸封供汽母管供至低壓缸的溫度，不具有代表性。

4 結(jié)語

上汽1000MW機(jī)組軸封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念有其特殊之處，在機(jī)組設(shè)計(jì)階段應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)院和制造廠的溝通，充分理解每一個(gè)設(shè)計(jì)的意圖；在安裝階段應(yīng)加強(qiáng)對(duì)安裝單位的管理和監(jiān)督，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，盡量避免無手續(xù)的改變?cè)O(shè)計(jì)。這也為其它同類型機(jī)組的安裝提供了經(jīng)驗(yàn)，在施工時(shí)注意軸封系統(tǒng)各接口位置、管道走向，以及溫度、壓力等測(cè)點(diǎn)的布置方式，將有利于避免類似異常的發(fā)生。

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