超臨界660 MW汽輪機(jī)軸封疏水不暢問題的處理

張海豐，林茂盛，黃 洋，潘俊生

（遼寧東科電力有限公司，遼寧沈陽 110179）

1 概述

汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)的功能是在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)出汽缸處，防止空氣進(jìn)入汽缸和蒸汽由汽缸漏出，并回收汽機(jī)軸封漏汽，并利用熱量加熱部分凝結(jié)水，同時(shí)還可以抽出汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)的氣體混合物，防止蒸汽漏到機(jī)房或油系統(tǒng)（圖1）。回收的軸封漏汽經(jīng)過軸封加熱器對(duì)凝結(jié)水加熱，凝結(jié)后的軸封漏汽經(jīng)過管道進(jìn)入多級(jí)水封，最后進(jìn)入排汽裝置。汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)主要包括3個(gè)設(shè)備：

圖1 汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)

（1）軸封加熱器。是汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)的重要設(shè)備，主要功能是收集汽輪機(jī)各個(gè)汽缸軸端汽封漏汽和汽輪機(jī)的閥門門桿漏汽，并利用這些蒸汽的熱能加熱主凝結(jié)水。軸封加熱器安裝的抽氣風(fēng)機(jī)，可以抽出隨軸封漏汽進(jìn)入軸封加熱器的不凝結(jié)氣體；同時(shí)維持軸封加熱器的微真空狀態(tài)，使與之相連接的各軸封腔室壓力降低，確保軸封蒸汽不外泄。

（2）多級(jí)水封。一般由多個(gè)套管組成，正常運(yùn)行時(shí)形成一個(gè)疏水阻力，以維持軸封加熱器疏水水位，保護(hù)排汽裝置的真空。正常運(yùn)行工況下多級(jí)水封處于滿水狀態(tài)，并產(chǎn)生約10 m水柱的阻力，既保證疏水暢通又能阻止空氣漏入。

（3）汽輪機(jī)排汽裝置。連接在汽輪機(jī)低壓缸和排汽管道之間，兼有排汽通道、凝結(jié)水除氧、凝結(jié)水收集和疏水?dāng)U容等功能。

新疆某燃煤火力發(fā)電2×660 MW機(jī)組新建工程汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的NZK660-24.2/566/566型、超臨界、一次中間再熱、單軸雙缸雙排汽，直接空冷凝汽式汽輪機(jī)組，汽輪機(jī)額定功率660 MW。機(jī)組主要承擔(dān)基本負(fù)荷，并具有一定的調(diào)峰能力。機(jī)組軸封系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)規(guī)范見表1。

表1 汽封系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)規(guī)范

2 問題及檢查

自2016年12月4日開始，該工程1#機(jī)組首次投入汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)軸封加熱器就地液位計(jì)水位偏高，甚至達(dá)到滿水狀態(tài)，但軸封系統(tǒng)其他各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均處于正常范圍內(nèi)。為解決這個(gè)問題，對(duì)軸封加熱器進(jìn)行以下檢查：

（1）檢查地液位計(jì)是否因堵塞而產(chǎn)生虛假水位。打開軸封加熱器就地液位計(jì)連通管法蘭，檢查和疏通就地液位計(jì)連通管，未發(fā)現(xiàn)堵塞；打開就地液位計(jì)排污口法蘭，檢查就地液位計(jì)磁性浮球未發(fā)現(xiàn)有卡澀現(xiàn)象。就地液位計(jì)誤報(bào)的可能性被排除。

（2）檢查軸封加熱器汽側(cè)疏水管道。打開軸封加熱器底部疏水管道法蘭，對(duì)管道進(jìn)行水沖洗。沖洗后再次投入軸封系統(tǒng)，軸封加熱器水位仍偏高甚至滿水。

（3）如果軸封加熱器內(nèi)部換熱管道存在泄漏，也可能因疏水量過大導(dǎo)致軸封加熱器水位偏高甚至滿水。打開軸封加熱器端蓋，檢查軸封加熱器換熱管道，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部管道泄漏。

（4）軸封加熱器負(fù)壓過高也可能引發(fā)疏水不暢。檢查軸封加熱器實(shí)際壓力為-5 kPa(正常運(yùn)行時(shí)壓力為（-3～-12）kPa），短時(shí)間停止排氣風(fēng)機(jī)，觀察軸封加熱器的壓力和水位。當(dāng)軸封加熱器壓力降至0 kPa時(shí)，軸封加熱器水位變化不大。

通過的各項(xiàng)檢查試驗(yàn)，軸封加熱器存在問題的可能性被排除。最大的可能性是多級(jí)水封存在問題，多級(jí)水封疏水不暢也可能造成軸封加熱器水位異常升高。主要原因：多級(jí)水封出口閥門故障或者調(diào)整不當(dāng)造成多級(jí)水封疏水量偏??；多級(jí)水封內(nèi)部發(fā)生氣塞而造成多級(jí)水封疏水不暢；多級(jí)水封的阻力過大導(dǎo)致多級(jí)水封疏水不暢。

根據(jù)對(duì)多級(jí)水封的分析，逐項(xiàng)對(duì)多級(jí)水封進(jìn)行檢查和試驗(yàn)。首先檢查多級(jí)水封的入口和出口手動(dòng)閥門，未發(fā)現(xiàn)閥門有異常。然后再次對(duì)多級(jí)水封進(jìn)行注水和排氣，并打開多級(jí)水封底部的排污閥門，對(duì)多級(jí)水封進(jìn)行水沖洗。再次投入多級(jí)水封后，軸封加熱器的水位沒有明顯變化，多級(jí)水封內(nèi)部發(fā)生氣塞的可能性被排除。經(jīng)過對(duì)多級(jí)水封的檢查和試驗(yàn)，排除其他可能的原因后，認(rèn)為造成軸封加熱器水位偏高的原因是多級(jí)水封阻力過大。

3 原因分析

汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)多級(jí)水封是一個(gè)產(chǎn)生疏水阻力、用來防止空氣進(jìn)入排汽裝置影響真空，同時(shí)對(duì)軸封加熱器的疏水進(jìn)行回收的裝置。多級(jí)水封利用多個(gè)套管相連來縮短水封的高度，利用幾個(gè)高度較小的套管達(dá)到一個(gè)單級(jí)水封的效果。電廠多級(jí)水封的級(jí)數(shù)一般為（3～5）級(jí)，多級(jí)水封結(jié)構(gòu)如圖2所示。

多級(jí)水封的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算過程，其中多級(jí)水封高度的計(jì)算最重要。一般情況下，多級(jí)水封的計(jì)算高度取決于水封入口和出口的壓力差。多級(jí)水封高度用公式（1）計(jì)算。

式中H——多級(jí)水封中每級(jí)水封的高度，m P1，P2——多級(jí)水封進(jìn)、出口壓力，Pa

n——多級(jí)水封中的水封級(jí)數(shù)

γ——水的重度，取值1×104N/m3

（0.5～1）——富裕度（可忽略）

該機(jī)組汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)多級(jí)水封的級(jí)數(shù)為5級(jí)，每級(jí)高2.6 m。軸封加熱器與多級(jí)水封的高度差為5 m；多級(jí)水封出口至排汽裝置接口處的高度差為2.8 m。軸封加熱器汽側(cè)正常運(yùn)行時(shí)壓力為-5 kPa。排汽裝置的設(shè)計(jì)背壓值≤13 kPa。

依據(jù)公式1，取富裕度為0.5進(jìn)行計(jì)算：如果多級(jí)水封為5級(jí)，則多級(jí)水封計(jì)算高度為2.18 m；如果按照4級(jí)水封進(jìn)行計(jì)算，則多級(jí)水封的計(jì)算高度2 m。利用計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際安裝的多級(jí)水封高度進(jìn)行比較，得出該汽輪機(jī)的多級(jí)水封實(shí)際高度偏高。

圖2 多級(jí)水封結(jié)構(gòu)

4 改造措施

依據(jù)多級(jí)水封高度的計(jì)算結(jié)果分析：如果保持多級(jí)水封每級(jí)的高度不變，則多級(jí)水封應(yīng)保留4級(jí)；如果多級(jí)水封為5級(jí)，則應(yīng)將每級(jí)的高度降到2.18 m。經(jīng)過現(xiàn)場討論和分析，決定將該機(jī)組的多級(jí)水封去掉1級(jí)，保留4級(jí)運(yùn)行。

多級(jí)水封改造投用后，汽輪機(jī)軸封加熱器的水位下降到正常值，沒有出現(xiàn)高水位或滿水的情況，問題得到徹底解決。

5 結(jié)語

通過對(duì)某新建燃煤火力發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)軸封加熱器疏水不暢問題的分析，并制定正確的處理方法，使問題得到徹底解決，保證了該汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。類似的問題在其他汽輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)試過程中也可能會(huì)遇到，希望本機(jī)組的處理和分析方法能為其他機(jī)組提供借鑒。