660MW機(jī)組低壓軸封系統(tǒng)異常分析及對(duì)策

潘愛兵 韓清山

（勝利國電（東營）熱電有限公司，山東 東營257000）

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)整溫度的密封蒸汽。

1.汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)運(yùn)行方式

1.1 軸封系統(tǒng)密封方式及運(yùn)行汽源

本汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的660MW超臨界壓力抽凝式汽輪機(jī)。該汽輪機(jī)的軸端密封采用自密封系統(tǒng)（如圖1）。

圖1 自密封系統(tǒng)

自密封汽封系統(tǒng)是指在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，將門桿漏汽和高、中壓缸軸端汽封的漏汽經(jīng)噴水減溫后作為低壓軸端汽封供汽的汽封系統(tǒng)，多余漏汽經(jīng)溢流站溢流至低壓加熱器或凝汽器，從而形成穩(wěn)定的自密封系統(tǒng)。在機(jī)組啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行階段，汽封供汽由輔助蒸汽、冷再熱蒸汽和主蒸汽等外來蒸汽提供。該汽封系統(tǒng)從機(jī)組啟動(dòng)到滿負(fù)荷運(yùn)行，全過程均能按機(jī)組汽封供汽要求自動(dòng)進(jìn)行切換。自密封汽封系統(tǒng)具有簡單、安全、可靠、工況適應(yīng)性好等特點(diǎn)。

1.2 機(jī)組運(yùn)行對(duì)低壓軸封供汽溫度的要求

（1）軸封蒸汽的過熱度不應(yīng)小于14℃。

（2）低壓軸封溫度要求大于121℃，但不得超過177℃。正常運(yùn)行中，低壓軸封蒸汽溫度設(shè)定一般為160±10℃。

為滿足低壓軸封供汽溫度要求，在軸封供汽至低壓軸封母管上設(shè)置了1臺(tái)噴水減溫器，用凝結(jié)水作為冷卻介質(zhì)，直接冷卻軸封蒸汽，通過溫度控制站自動(dòng)控制其噴水量，從而實(shí)現(xiàn)減溫后的蒸汽滿足低壓軸封供汽溫度要求。

2.汽輪機(jī)低壓軸封存在的主要問題

2.1 低壓軸封減溫器冷卻水量不夠?qū)е螺S封溫度高

低壓軸封設(shè)計(jì)一臺(tái)噴水減溫器，減溫器設(shè)計(jì)有主路氣動(dòng)調(diào)整門和旁路手動(dòng)門。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較高或者漲負(fù)荷較快，調(diào)整門全開依然無法滿足低壓軸封供汽溫度要求，最高溫度至201℃，這時(shí)只能采取手動(dòng)部分開啟旁路手動(dòng)門維持低壓軸封供汽溫度。由于手動(dòng)門線性差，這不僅增加工作量，也帶來安全隱患，如果手動(dòng)門控制不當(dāng)，易造成減溫水量波動(dòng)大，從而引起低壓軸封供汽溫度大幅度波動(dòng)，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 低壓軸封管路設(shè)計(jì)安裝不合理

根據(jù)軸封系統(tǒng)說明書要求，低壓軸封管路設(shè)計(jì)要求水平、平緩設(shè)置，尤其是在噴水減溫器后必須有5 m以上直管段，避免管路上揚(yáng)造成積水。但受現(xiàn)場(chǎng)空間限制，僅有4.3 m直管段，不能滿足廠家要求。

2.3 低壓軸封溫度高時(shí)，低壓缸正脹差偏大

汽輪機(jī)正常運(yùn)行情況下，當(dāng)?shù)蛪焊渍洸钭兇髸r(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組低壓缸轉(zhuǎn)子膨脹大于氣缸的膨脹，當(dāng)數(shù)值達(dá)到一定值時(shí)，易發(fā)生動(dòng)靜摩擦，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過對(duì)不同工況統(tǒng)計(jì)分析，得到低壓軸封溫度和低壓缸正脹差的關(guān)系（表1）。

表1 低壓缸正脹差與負(fù)荷及低壓軸封溫度的關(guān)系

從表1可以看出，隨著負(fù)荷升高，減溫水調(diào)整門全開，減溫水量仍不夠，導(dǎo)致低壓軸封溫度上升而且超過限制值，低壓缸脹差隨著軸封溫度升高而變大，存在安全隱患?，F(xiàn)場(chǎng)通過稍開旁路手動(dòng)門，增加減溫水量，降低低壓軸封溫度，使脹差恢復(fù)正常。

2.4 低壓軸封減溫水調(diào)整門總線控制故障

該機(jī)組自調(diào)試以來，發(fā)生過多次由于總線控制故障導(dǎo)致的機(jī)組異常減負(fù)荷或停機(jī)。低壓減溫水調(diào)整門為總線控制設(shè)備，經(jīng)常由于現(xiàn)場(chǎng)總線干擾出現(xiàn)調(diào)整門動(dòng)作異常，甚至出現(xiàn)由于總線干擾信號(hào)致使該調(diào)整門自關(guān)，低壓軸封溫度急劇上升。運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)后，調(diào)整操作不當(dāng)，最終導(dǎo)致機(jī)組脹差增大、軸振大跳閘事故。

3.汽輪機(jī)低壓軸封問題原因分析

3.1 低壓軸封減溫器冷卻水量不夠原因分析

凝結(jié)水系統(tǒng)故障，使得軸加冷卻水量少，不能有效降溫凝結(jié)，造成低壓軸封泄汽回汽不暢。運(yùn)行過程中凝結(jié)水壓力、流量均在正常范圍內(nèi)，因此可以排除凝結(jié)水故障因素造成的低壓軸封溫度升高。

凝結(jié)水中有雜質(zhì)，造成軸封減溫器噴嘴堵塞，低壓軸封蒸汽溫度上升。將軸封減溫器解體檢查，發(fā)現(xiàn)軸封減溫器噴嘴無堵塞現(xiàn)象，因此排除軸封減溫器噴嘴堵塞故障因素。

軸封減溫水調(diào)整門結(jié)垢或銹蝕，致使調(diào)整閥動(dòng)作失靈或遲緩，造成低壓軸封蒸汽溫度高。熱工檢查傳動(dòng)軸封減溫水調(diào)整門動(dòng)作靈活可靠，解體檢修減溫水調(diào)整門發(fā)現(xiàn)門桿、門套光潔，減溫水調(diào)整門卡澀、堵塞因素也被排除。

當(dāng)?shù)蛪狠S封減溫水調(diào)整門全開，低壓軸封溫度仍然超限時(shí)，運(yùn)行人員稍開減溫水旁路門，可正?？刂频蛪狠S封溫度。綜合以上分析，判斷低壓軸封減溫水調(diào)整門設(shè)計(jì)出力不足是導(dǎo)致冷卻水量不夠的原因。

3.2 低壓軸封管路設(shè)計(jì)不合理原因分析

由于本機(jī)組為抽汽供熱機(jī)組，熱網(wǎng)首站集成布置在主廠房內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管道布置非常緊湊，空間十分有限，低壓軸封管道不得不上揚(yáng)，使得疏水不充分時(shí)存在少量積水現(xiàn)象。

3.3 低壓軸封溫度高，低壓缸正脹差偏大原因分析

汽輪機(jī)正常運(yùn)行情況下，當(dāng)?shù)蛪狠S封蒸汽溫度升高時(shí)，因這部分蒸汽主要加熱低壓缸前后軸封處，也就是低壓轉(zhuǎn)子軸封段，使得低壓轉(zhuǎn)子膨脹量急劇增大。而低壓軸封相對(duì)于低壓缸缸體而言占比極小，低壓缸增加的膨脹量可以忽略。因此當(dāng)?shù)蛪狠S封溫度急劇上升時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)正脹差增大。如果低壓軸封供汽溫度過高，低壓缸轉(zhuǎn)子疊加起來的膨脹量會(huì)增加約1mm。

圖2為該機(jī)組一次因低壓軸封溫度高，調(diào)整操作不當(dāng)，造成機(jī)組正脹差大、軸振大保護(hù)跳機(jī)曲線圖。

圖2 該機(jī)組跳機(jī)曲線圖

通過圖2可以看出，低壓軸封溫度上漲后，低壓缸脹差緩慢增大直至跳變（壞點(diǎn)），隨后在運(yùn)行人員調(diào)整旁路手動(dòng)門時(shí)，操作不當(dāng)，低壓軸封溫度急劇下降，造成已經(jīng)加熱膨脹的轉(zhuǎn)子急劇收縮，從而使機(jī)組軸振急劇上升，引發(fā)機(jī)組保護(hù)跳閘。

3.4 低壓軸封減溫水調(diào)整門總線控制故障原因分析

該機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)，因多種原因，大量采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省電纜、節(jié)省空間等，但由于高度集成，因個(gè)別異常信號(hào)對(duì)其他設(shè)備造成的干擾也是時(shí)有發(fā)生，甚至造成整條總線失靈。本減溫水調(diào)整門即為總線控制，多次發(fā)生由于其他故障信號(hào)干擾產(chǎn)生控制失靈，調(diào)門自關(guān)，軸封溫度急劇上升，而運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，調(diào)整不當(dāng)，造成機(jī)組軸振大跳閘事故。

4.汽輪機(jī)低壓軸封問題采取的措施

4.1 低壓軸封減溫器冷卻水量不夠及總線控制故障采取的措施

針對(duì)低壓軸封減溫器冷卻水量不夠的問題，運(yùn)行中設(shè)計(jì)冷卻器后低壓軸封溫度高低報(bào)警值177℃和121℃，提醒運(yùn)行人員加強(qiáng)監(jiān)視。針對(duì)冷卻水管設(shè)計(jì)不足，運(yùn)行中設(shè)置低壓軸封冷卻器減溫水調(diào)整門開度報(bào)警值，當(dāng)開度大于95%時(shí)報(bào)警，提醒運(yùn)行人員就地稍開旁路手動(dòng)門，控制低壓軸封溫度到合理值。為防止調(diào)門由于總線控制故障導(dǎo)致自關(guān)，設(shè)置了當(dāng)開度小于20%時(shí)報(bào)警，提醒運(yùn)行人員及時(shí)做出處理。此外，擬利用停機(jī)機(jī)會(huì)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改造，根本解決冷卻水量不足和總線控制故障問題。

4.2 低壓軸封管路設(shè)計(jì)不合理采取的措施

針對(duì)低壓軸封管道不得不上揚(yáng)，低壓軸封存在少量積水問題，采取長期稍開低處疏水點(diǎn)疏水門，以保證少量積水及時(shí)排出，保證軸封蒸汽的過熱度。

4.3 低壓軸封溫度高，低壓缸正脹差偏大采取的措施

（1）合理控制軸封供汽溫度的設(shè)定值150—170℃，以避免低壓軸封蒸汽溫度突降太低，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）檢查小機(jī)軸封段的漏汽影響，對(duì)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)在高負(fù)荷時(shí)對(duì)低壓軸封蒸汽的影響。

（3）當(dāng)發(fā)生低壓軸封溫度高現(xiàn)象時(shí)，降低軸封溫度，即溫度每下降20℃左右，穩(wěn)定一段時(shí)間，待脹差、振動(dòng)降低并趨于穩(wěn)定后再繼續(xù)調(diào)整減溫水，避免將軸封溫度一次性大幅度調(diào)整到位，低壓軸封蒸汽對(duì)加熱后轉(zhuǎn)子急劇冷卻，造成轉(zhuǎn)子急劇收縮引起汽輪機(jī)振動(dòng)、脹差等參數(shù)惡化，擴(kuò)大事故的發(fā)生。

5.結(jié)語

通過對(duì)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、低壓軸封減溫水量不夠、低壓軸封設(shè)計(jì)不合理等隱患，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(duì)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。