電加熱器防軸封抱軸的應(yīng)用

唐 峰，韓慶華，寧玉開

（山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

某機(jī)組選用的N1013-28／600／620型汽輪機(jī)是由上海電氣集團(tuán)股份有限公司制造的高效超超臨界凝汽式汽輪機(jī)。本機(jī)組數(shù)字電液控制系統(tǒng)采用艾默生公司研發(fā)生產(chǎn)的OVATION系統(tǒng)，它具有技術(shù)先進(jìn)、效率高的特點(diǎn)。該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、靈活、啟動(dòng)速度快。主機(jī)軸封采用DEH控制。軸封供汽系統(tǒng)具有軸封供汽壓力較低，軸封蒸汽的溫度限制要求比較高等特點(diǎn)。同類型技術(shù)的多臺(tái)已運(yùn)行機(jī)組曾由于軸封蒸汽溫度與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度不匹配，而發(fā)生機(jī)組振動(dòng)和軸封抱軸事故。如何控制好軸封蒸汽溫度對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行有重要意義。

1 某機(jī)組軸封蒸汽系統(tǒng)特點(diǎn)及軸封蒸汽溫度要求

1.1 軸封蒸汽系統(tǒng)及其特點(diǎn)

汽輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，為了使高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和汽缸等固定設(shè)備之間不相互碰摩，高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸、隔板等固定設(shè)備之間必需留有適當(dāng)?shù)拈g隙。存在間隙就會(huì)產(chǎn)生漏汽，漏汽會(huì)影響機(jī)組效率并會(huì)對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行產(chǎn)生影響。軸封蒸汽系統(tǒng)用于汽輪機(jī)動(dòng)、靜間隙的密封，防止汽輪機(jī)高壓蒸汽泄漏和對(duì)環(huán)境的污染；對(duì)負(fù)壓區(qū)防止空氣漏入，影響真空。

機(jī)組本體軸封蒸汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，供汽汽源來自機(jī)組的輔助蒸汽系統(tǒng)。汽輪機(jī)在盤車、沖轉(zhuǎn)階段，軸封供汽系統(tǒng)母管壓力維持在3.5 kPa。當(dāng)機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行期間，高、中壓調(diào)節(jié)閥門桿漏汽也會(huì)為軸封供汽提供一部分汽源。隨著機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷的增加，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到約70%負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)高中壓缸軸端漏汽和高、中壓調(diào)閥門桿漏汽為軸封供汽系統(tǒng)提供汽源。軸封蒸汽母管壓力上升，當(dāng)蒸汽母管壓力升至一定值后，輔助蒸汽向軸封供汽調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)小，保持軸封供汽母管壓力維持在3.5 kPa［1］。軸封供汽調(diào)節(jié)閥逐漸全關(guān)后，軸封供汽汽源切換為高、中壓缸軸封漏汽和高、中壓調(diào)閥的門桿漏汽，此時(shí)軸封溢流調(diào)節(jié)閥逐漸自動(dòng)打開，將多余的軸封蒸汽通過溢流管路排至凝汽器以維持軸封蒸汽母管壓力正常。汽輪機(jī)端部軸封漏汽由軸加風(fēng)機(jī)通過軸封回汽管路被抽出并輸送到軸封冷卻器，凝結(jié)的軸封回汽通過凝結(jié)水管路輸送至凝汽器。汽輪機(jī)軸封回汽通過軸加風(fēng)機(jī)將夾帶的不凝結(jié)氣體抽出并排放至大氣，如圖1所示。

圖1 軸封蒸汽系統(tǒng)

圖中：A-汽輪機(jī)高壓缸；B-汽輪機(jī)中壓缸；C-汽輪機(jī)低壓缸；1-軸封供汽調(diào)節(jié)閥；2-軸封溢流調(diào)節(jié)閥；3-汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門；4-汽封冷卻器；5-軸加風(fēng)機(jī)。

1.2 軸封蒸汽溫度要求

1）根據(jù)軸封溫度限制曲線，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度小于200℃時(shí)，軸封汽源溫度范圍為240～300℃。

2）根據(jù)軸封溫度限制曲線，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度大于300℃時(shí)，軸封汽源溫度范圍要求為280～320℃。

3）根據(jù)軸封溫度限制曲線，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度在 200～300℃之間時(shí)，軸封汽源溫度范圍在上述區(qū)間內(nèi)變化。詳見圖2。

圖2 軸封溫度限制曲線

2 同類型機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及分析

國內(nèi)已投運(yùn)的同類技術(shù)汽輪機(jī)，在機(jī)組啟動(dòng)或熱態(tài)跳機(jī)后，由于軸封蒸汽溫度與轉(zhuǎn)子溫度不匹配，發(fā)生過多起轉(zhuǎn)子抱軸甚至抱死的情況。

某廠汽輪機(jī)在熱態(tài)跳機(jī)后，汽輪機(jī)在惰走過程中軸封汽源由自密封切換至輔助蒸汽系統(tǒng)，輔助蒸汽汽源切換至老廠來汽。新建機(jī)組與老廠備用汽源距離相對(duì)比較遠(yuǎn)，而且老廠來汽溫度偏低，造成輔助蒸汽母管溫度迅速降低，軸封蒸汽溫度也由正常運(yùn)行期間的310℃迅速下降到190℃，并在190～220℃波動(dòng)。機(jī)組軸封發(fā)生動(dòng)靜碰摩并有抱軸現(xiàn)象，盤車轉(zhuǎn)速降至正常轉(zhuǎn)速以下，振動(dòng)也隨之增大。通過增加其他用戶輔助蒸汽用汽量，將輔助蒸汽母管溫度提高，相應(yīng)的軸封蒸汽溫度升高至260℃，機(jī)組在盤車一段時(shí)間后振動(dòng)逐漸降低，盤車轉(zhuǎn)速也恢復(fù)到正常轉(zhuǎn)速，未對(duì)機(jī)組造成嚴(yán)重影響。

對(duì)汽輪機(jī)軸封抱軸的原因分析如下：同類型機(jī)組的軸封結(jié)構(gòu)間隙小，軸封蒸汽供汽汽源只有一路輔助蒸汽汽源，軸封蒸汽溫度的控制措施單一以及本機(jī)組對(duì)軸封汽溫與轉(zhuǎn)子溫度限制要求高，綜合因素導(dǎo)致了本技術(shù)類型機(jī)組容易發(fā)生機(jī)組軸封抱軸的發(fā)生。

具體分析如下：在機(jī)組負(fù)荷達(dá)到75%額定負(fù)荷后，機(jī)組軸封供汽系統(tǒng)已進(jìn)入自密封狀態(tài)，汽輪機(jī)高中壓缸軸端漏汽和高、中壓調(diào)閥門桿漏汽為軸封供汽系統(tǒng)提供汽源，汽輪機(jī)主再熱蒸汽達(dá)到600℃，高中壓缸進(jìn)汽溫度也達(dá)到600℃，汽輪機(jī)高中壓缸軸端漏汽和高、中壓調(diào)閥門桿漏汽溫度達(dá)到300℃，對(duì)應(yīng)的低壓缸軸封進(jìn)汽溫度也達(dá)到300℃，與高中壓缸溫度的溫差達(dá)到300℃，各汽缸軸封金屬溫度存在較大差距，低壓缸軸封蒸汽溫度無調(diào)節(jié)手段。根據(jù)據(jù)軸封溫度限制曲線，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度小于200℃時(shí)，軸封汽源溫度范圍為240～300℃；當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度大于300℃時(shí)，軸封汽源溫度范圍要求為280～320℃。軸封溫度最好控制在300℃左右，當(dāng)軸封蒸汽溫度與轉(zhuǎn)子溫度不匹配時(shí)，汽缸端部汽封熱膨脹量會(huì)小于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的熱膨脹量，汽缸端部汽封就會(huì)發(fā)生卡住汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的問題。特別是對(duì)于新建機(jī)組，由于啟動(dòng)爐設(shè)計(jì)蒸汽溫度和老廠供機(jī)組輔助蒸汽管道長(zhǎng)而導(dǎo)致的蒸汽溫度往往偏低，不能滿足軸封蒸汽溫度與轉(zhuǎn)子溫度的匹配，相同類型汽輪機(jī)在機(jī)組啟動(dòng)或者高負(fù)荷跳機(jī)后，由于軸封蒸汽溫度與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度滿足不了軸封溫度限制曲線要求，在盤車時(shí)會(huì)發(fā)生抱軸或者轉(zhuǎn)子抱死現(xiàn)象，如果處理措施不當(dāng)可能會(huì)引起大軸彎曲的重大事故。

3 防止軸封抱軸采取的措施

為防止軸封抱軸，在輔助蒸汽供汽輪機(jī)軸封管道增設(shè)了經(jīng)設(shè)計(jì)核算后的大容量電加熱器。為了防止機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)電加熱器干燒，在電加熱器后增加常開的疏水管路，并且調(diào)整軸封電加熱器設(shè)置將軸封蒸汽溫度維持比較高的溫度范圍，通過少許的通流量來保證軸封電加熱器正常運(yùn)行時(shí)的安全可靠性。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，通過對(duì)軸封電加熱器設(shè)置將軸封蒸汽溫度控制在300℃左右，以滿足軸封蒸汽和轉(zhuǎn)子的溫度限制，防止本機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子抱軸甚至抱死的情況出現(xiàn)。如圖3所示

圖3 改進(jìn)后的軸封供汽系統(tǒng)

圖中：A-汽輪機(jī)高壓缸；B-汽輪機(jī)中壓缸；C-汽輪機(jī)低壓缸；1-軸封供汽調(diào)節(jié)閥；2-軸封溢流調(diào)節(jié)閥；3-汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門；4-汽封冷卻器；5-軸加風(fēng)機(jī)；6-輔助蒸汽至軸封供汽電動(dòng)門；7-輔助蒸汽至軸封供汽電動(dòng)門后逆止門；8-軸封電加熱器前電動(dòng)門；9軸封電加熱器；10-軸封電加熱器后電動(dòng)門；11-軸封電加熱器旁路門；12-就地溫度表；13-熱電偶；14-軸封電加熱器后疏水閥。

在機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，軸封蒸汽溫度與轉(zhuǎn)子金屬溫度不滿足要求時(shí)，投入安裝的電加熱器系統(tǒng)。開啟軸封蒸汽電動(dòng)門和軸封電加熱器旁路門；開啟軸封電加熱器前電動(dòng)門和軸封電加熱器后電動(dòng)門，并保持疏水閥常開；投入軸封電加熱器，關(guān)閉軸封電加熱器旁路門；根據(jù)軸封溫限制曲線將軸封蒸汽溫度調(diào)整至正常值。

當(dāng)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行且達(dá)到75%額定負(fù)荷時(shí)，機(jī)組軸封供汽系統(tǒng)進(jìn)入自密封狀態(tài)，將軸封電加熱器后疏水閥保持常開，保證軸封電加熱器的安全運(yùn)行，通過設(shè)置軸封電加熱器，軸封的蒸汽溫度可提高到300℃左右，保證輔助蒸汽系統(tǒng)的蒸汽在機(jī)組熱跳后能更平穩(wěn)地進(jìn)入軸封系統(tǒng)，防止軸封蒸汽溫度與轉(zhuǎn)子溫度不匹配造成抱軸的發(fā)生。通過改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，軸封蒸汽的溫度將得到保證，本機(jī)組正常運(yùn)行中軸封溫度控制在300℃左右。

4 結(jié)束語

某1 013 MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)軸封供汽系統(tǒng)特點(diǎn)及汽溫限制要求高。在啟動(dòng)時(shí)或者高負(fù)荷停機(jī)后會(huì)出現(xiàn)過軸封蒸汽溫度波動(dòng)與轉(zhuǎn)子溫度不匹配造成轉(zhuǎn)子抱死的情況，對(duì)軸封供汽系統(tǒng)增加經(jīng)設(shè)計(jì)核算后的大容量電加熱器，為防止軸封抱軸提供了可行且可靠的防范措施，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供了保障。

［1］ 劉翔.900 MW汽輪發(fā)電機(jī)組主機(jī)軸封系統(tǒng)特點(diǎn)分析與探討［J］.上海電力，2005，18（2）：142-143.