660 MW 汽輪機進水異常分析及治理措施

王 敏 馮建偉 王 杰

1.天津藍巢電力檢修有限公司

2.湖北華電江陵發(fā)電有限公司

0 引言

巴基斯坦薩希瓦爾電站一期工程裝機規(guī)模為2×660 MW 超臨界燃煤機組。汽輪機由上海汽輪機有限公司設(shè)計制造。本機型高、中壓缸在工廠精裝后整體發(fā)運至現(xiàn)場，動靜間隙的調(diào)整工作均在汽輪機工廠內(nèi)完成，現(xiàn)場無需進行相關(guān)間隙調(diào)整工作；低壓缸散裝發(fā)運至現(xiàn)場組裝。高中壓缸端部汽封單側(cè)最小間隙0.50 mm，內(nèi)部套汽封單側(cè)最小間隙0.80 mm。本次事故處置涉及的主要系統(tǒng)（設(shè)備）包括主機潤滑油系統(tǒng)，油動盤車裝置、手動盤車裝置。其中，主機潤滑油系統(tǒng)由兩臺交流潤滑油泵、一臺直流潤滑油泵供油。正常運行時兩臺交流潤滑油泵一用一備，直流潤滑油泵為備用事故油泵；自動盤車裝置為油動盤車，布置在機頭處，設(shè)計轉(zhuǎn)速為48～58 r/min。手動盤車裝置布置在3瓦軸承箱處，設(shè)計工況下可由一人用專用工具輕松盤動汽輪機轉(zhuǎn)子。

相關(guān)文獻記載，該類機型多次發(fā)生事故狀態(tài)下汽缸進水引發(fā)汽機主軸彎曲事故，因處置不當，往往造成重大經(jīng)濟損失。各類事故處置方案多側(cè)重分析事故后果及直軸處理方式，反措或運行規(guī)程主要指導(dǎo)如何避免汽缸進水。對于汽缸進水后到汽機主軸永久性彎曲階段的防控措施少有系統(tǒng)的研究，而電廠汽機運維人員在汽缸進水后能及時采取可靠措施，即可避免汽機主軸由彈性變形向塑性變形發(fā)展，避免永久性彎曲，減少汽機直軸所帶來的直接經(jīng)濟損失和機組發(fā)電量、工期等間接損失。

1 事故經(jīng)過

巴基斯坦當?shù)貢r間2018 年5 月16 日09 時20分，主干電網(wǎng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致薩希瓦爾電站一期#1、#2 機組同時跳閘，全廠廠用電失電，機組跳閘后緊急破壞真空停機。當時，循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、定冷水泵、真空泵、EH油泵等輔機設(shè)備跳閘。直流密封油泵、主機直流潤滑油泵、小機直流事故油泵聯(lián)啟正常。

09時26分，柴油發(fā)電機正常啟動，事故油泵退出運行，主機交流潤滑油泵正常啟動。汽機轉(zhuǎn)速墮走至540 r/min時，頂軸油泵聯(lián)啟正常，轉(zhuǎn)速下降至120 r/min時自動盤車聯(lián)啟正常。真空下降至0后停軸封供汽，盤車裝置轉(zhuǎn)速54 r/min運行正常，高壓內(nèi)缸上下溫差19 ℃，轉(zhuǎn)子偏心54 μm，均處于正常范圍。

5 月17 日22：47 運行人員發(fā)現(xiàn)盤車轉(zhuǎn)速由54 r/min 下降至43 r/min，通知檢修現(xiàn)場調(diào)整盤車油壓，在調(diào)壓過程中，盤車轉(zhuǎn)速最低下降至32 r/min。5 月18 日01：34 將盤車油壓調(diào)至最大后，盤車轉(zhuǎn)速升速至50 r/min。同時檢查高壓內(nèi)缸上、下缸溫差19 ℃。5月18日02：20盤車跳閘，手動盤車無法盤動，運行人員采取悶缸措施。

5 月18 日07：30 檢查高壓內(nèi)缸上下缸溫差上升至57 ℃。

2 原因分析

通過調(diào)閱SIS 核查發(fā)現(xiàn)：盤車跳閘前轉(zhuǎn)子偏心曾產(chǎn)生劇烈波動，最大值到86 μm；在5 月17 日22：47，軸封供汽母管溫度由58 ℃上升至80 ℃；自5月17日22：50，2號機組軸封母管、輔汽聯(lián)箱有一段溫升記錄。

由此判斷軸封處可能有蒸汽進入，因疏水不暢，導(dǎo)致汽輪機軸封處進水，大軸抱死，引起盤車跳閘。推斷蒸汽來源為啟動鍋爐蒸汽；蒸汽流向為：啟動鍋爐經(jīng)#1機輔汽聯(lián)箱由#1/#2機輔汽聯(lián)絡(luò)門進入2號機輔汽聯(lián)箱，再經(jīng)輔汽至軸封管道進入汽缸，導(dǎo)致汽輪機進水。

相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)詳見圖1（汽輪機進水階段SIS曲線圖）。從圖1可見，22點45分，軸封供汽母管溫度開始上升，高壓缸內(nèi)上下溫差開始變化，盤車轉(zhuǎn)速逐步下降，且大軸偏心出現(xiàn)波動，由此說明當時已有水進入到汽輪機內(nèi)。因未及時發(fā)現(xiàn)，而是采取繼續(xù)調(diào)整盤車油壓來維持轉(zhuǎn)速。當盤車跳閘后，運行人員僅觀察高中壓內(nèi)缸溫差變化，而未及時發(fā)現(xiàn)并分析大軸偏心波動、軸封供汽母管溫度變化，從而導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)高壓內(nèi)缸溫差擴大時，大軸已經(jīng)抱死、盤車跳閘。

圖1 汽輪機進水階段SIS曲線圖

3 處理經(jīng)過

1)盤車跳閘后立即采取悶缸措施

開啟與汽缸本體相聯(lián)的疏水，疏水排盡后及時關(guān)閉，并定期進行排水。

2)隔離主機軸封供汽系統(tǒng)

將輔汽供軸封電動門手動搖至全關(guān)位置后對電動門進行停電，防止誤動。

3)每隔2小時安排手動盤車

要求不超過2 人同時盤車，盤不動時禁止強行盤車，并將盤車時間、人員做好記錄。

4)進行轉(zhuǎn)子頂起活動性試驗

悶缸24 h 后，檢查高壓內(nèi)缸上下缸溫差恢復(fù)到盤車跳閘時的溫差時，做轉(zhuǎn)子頂起活動性試驗。具體步驟為：先將轉(zhuǎn)子#1～#7 軸承軸頸處架百分表，記好讀數(shù)，再停止頂軸油泵10 min，觀察各百分表讀數(shù)，記錄各轉(zhuǎn)子的抬軸高度；再次開啟頂軸油泵，記錄各百分表讀數(shù)；最后結(jié)合原始頂軸油抬軸高度的數(shù)據(jù)，對比兩次轉(zhuǎn)子活動試驗數(shù)據(jù)（見表1.#1-#7 軸承轉(zhuǎn)子頂起高度表）。經(jīng)檢查，兩次數(shù)據(jù)對比正常，符合上一次檢修原始記錄，無需對轉(zhuǎn)子抬軸高度進行調(diào)整，具備盤車條件。

5)手動盤車

兩次活動轉(zhuǎn)子試驗后進行手動盤車，盤車至70°、110°、135°、145°處均出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象（詳見圖2 手動盤車角度記錄圖和表2 手動盤車時間表）。每次卡澀均靜置20 min 后再進行盤車，盤車至180°后靜置4 h，然后手動盤車180°后繼續(xù)靜置2 h。

表1 #1-#7軸承轉(zhuǎn)子頂起高度表（mm）

圖2 手動盤車角度記錄圖

6)投入連續(xù)油動盤車

連續(xù)手動盤車兩圈后，用聽針檢查各軸封處無碰磨聲；監(jiān)測軸徑處百分表，各轉(zhuǎn)子繞度正常。確認現(xiàn)場其他安全條件后，投入自動連續(xù)盤車。

4 防范措施及注意事項

當機組在啟停機或熱備用狀態(tài)時因汽缸進水或冷汽導(dǎo)致大軸熱彎曲、汽缸變形、軸封收縮等現(xiàn)象導(dǎo)致盤車跳閘后，在采用悶缸措施時應(yīng)需要注意以下幾個問題：

1)當盤車跳閘后，需先查明跳閘原因，并同時進行手動盤車，手動盤車1 圈，確認汽缸內(nèi)部無摩擦、無卡澀后方可再一次投入自動盤車，以避免損壞盤車設(shè)備。

表2 手動盤車時間表

2)手動盤車時兩個工作人員能輕松盤動，如盤車力矩較大，禁止強行盤車，以免加劇動靜摩擦，進一步損壞設(shè)備。

3)手動盤車如盤不動，確認汽輪機動靜部分有摩擦時，應(yīng)立即采取悶缸措施。

4)在悶缸過程中需要嚴格監(jiān)視高壓內(nèi)缸上下缸溫差、軸瓦金屬溫度、各軸封供汽溫度、各抽汽溫度、脹差等參數(shù)變化。

5)悶缸過程中監(jiān)視汽缸溫差變化，測量調(diào)整各轉(zhuǎn)子頂起高度，避免手動盤車時干摩擦。

6)每隔0.5 h 手動試盤車，盤車過程中兩人操作，遇到動靜摩擦盤車不動時，停止盤車，采取靜置方式直軸，0.5 h 后繼續(xù)嘗試盤車，盤車至180°時靜置4 h 后繼續(xù)盤車，禁止以加大力距的方式強行盤車。

7)每0.5 h定時開啟汽缸疏水閥，排水完成及時關(guān)閉疏水閥，避免冷汽進入汽缸。

8)當手動連續(xù)盤車無卡澀、無摩擦時，可以投入自動盤車，其間需進一步對各參數(shù)進行監(jiān)控。

5 小結(jié)

5.1 加強各項參數(shù)、指標的監(jiān)控

當機組在熱備用或停機期間出現(xiàn)汽缸進冷水（汽）冷汽時要加強相關(guān)重要參數(shù)的監(jiān)控。在本次電網(wǎng)事故導(dǎo)致機組非停過程中，運行人員重點僅對高中壓內(nèi)缸上下溫差進行監(jiān)視。但考慮該類汽輪機高壓內(nèi)缸上下金屬溫度測點布置在汽缸中部的實際情況，當有少量的冷汽或冷水從軸封處進入汽缸后，待測點監(jiān)測到上下缸溫差出現(xiàn)明顯變化時，汽輪機大軸及汽缸可能已經(jīng)出現(xiàn)變形，甚至出現(xiàn)軸封收縮導(dǎo)致大軸抱死。

5.2 提高重要參數(shù)分析能力

機組在連續(xù)盤車時，一是要重點關(guān)注盤車電流或轉(zhuǎn)速。當盤車出現(xiàn)異常時，應(yīng)及時查明原因，防止通流部分發(fā)生異常。做到及時發(fā)現(xiàn)問題，盡早處理，杜絕不安全事件進一步擴大。二是要加強對轉(zhuǎn)子偏心、脹差的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常及時分析處理。

機組在停機后，要加強對軸封系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、高旁減溫水系統(tǒng)、汽機本體疏水系統(tǒng)的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5.3 嚴禁強制盤車

汽輪機進水后，當出現(xiàn)手動盤車不動時，禁止用行車強行盤動轉(zhuǎn)子，避免因動靜摩擦加劇，進一步損壞汽輪機通流部分。

5.4 悶缸及盤車過程中重點注意事項

1)出現(xiàn)動靜摩擦，手動盤車不動時首先要排除各轉(zhuǎn)子頂起高度對盤車的影響，對各轉(zhuǎn)子的頂起高度進行測量、調(diào)整，然后進行手動盤車。

2)悶缸過程中手動盤車不動時，每0.5 h定時嘗試進行手動盤車，每一次盤車對轉(zhuǎn)子的位置、角度做好記錄，盤車180°后進行靜置4 h 直軸，然后盤車至360°靜置直軸。

3)手動盤車確認無摩擦、無卡澀等現(xiàn)象后，方可投入自動盤車。

6 結(jié)束語

在機組停機過程中發(fā)生汽缸進水事故時，當大軸或汽缸出現(xiàn)變形，應(yīng)先啟動頂軸油泵，測量各軸徑的頂起高度，對比上一次檢修數(shù)據(jù)，判斷大軸與汽缸位置的變化。通過悶缸、活動汽輪機轉(zhuǎn)子、手動間斷盤車、靜置汽輪機轉(zhuǎn)子、連續(xù)盤車的方法進行直軸，在最短的時間內(nèi)消除了轉(zhuǎn)子彎曲，使機組盡早投入到運行狀態(tài)。

近年來，隨著汽機輔機系統(tǒng)的可靠性不斷提高，各電廠運行規(guī)程也都趨于完善，汽缸進水的事故頻次有明顯降低。與此同時，一般電廠運行人員也普遍缺乏汽缸進水的處置經(jīng)驗。鑒于該類事故一旦發(fā)生，處置不當將可能造成千萬元以上直接和間接損失，建議有條件的電廠可將汽缸進水處置方案系統(tǒng)歸類，納入運行規(guī)程或各類安全考試題庫之中，提高運行人員和檢修人員應(yīng)對同類不安全事件的處置能力。