抽背式汽輪機(jī)組軸封漏汽大的分析與處理

劉妙斌，吳恩柏，張?jiān)迄i，謝平原

（中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司，四川成都 611930）

0 引言

四川石化自備電站鍋爐采用燃油、燃?xì)?、低氮環(huán)保型燃燒器，以天然氣、燃料氣和燃料油為燃質(zhì)，發(fā)電成本高，故遵循“以熱定電”的原則，主要為煉油、化工裝置供應(yīng)4.0 MPa、1.2 MPa、0.4 MPa 蒸汽，為生產(chǎn)裝置的安全生產(chǎn)提供保障。近年來(lái)，天然氣價(jià)格不斷上漲、環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，為進(jìn)一步達(dá)到“挖潛增效、節(jié)能減排”的目標(biāo)，2018 年四川石化自備電站4#汽輪機(jī)進(jìn)行“抽凝改抽背”的項(xiàng)目改造；2020 年9 月3日4#抽背機(jī)組24 h 試運(yùn)行正常，正式投入生產(chǎn)，每年可節(jié)約成本2000 萬(wàn)元。但自運(yùn)行以來(lái)，機(jī)組長(zhǎng)期存在軸封漏汽大缺陷，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

1 軸封漏汽大的危害

四川石化自備電站4#抽背機(jī)組軸封系統(tǒng)采用自密封的方式，自2020 年9 月3 日運(yùn)行以來(lái)，一直存在軸封漏汽大且汽中帶水現(xiàn)象，操作人員無(wú)法靠近觀察，采取加裝臨時(shí)擋板的方式加以控制。軸封加熱器一經(jīng)投用就出現(xiàn)高液位、滿水現(xiàn)象，為此，長(zhǎng)期開啟多級(jí)水封就地排放門以保持軸加水位穩(wěn)定。

軸封漏汽大且軸加長(zhǎng)期維持高水位運(yùn)行，容易造成潤(rùn)滑油系統(tǒng)油中帶水，導(dǎo)致潤(rùn)滑油乳化、油質(zhì)變壞，破壞轉(zhuǎn)子軸瓦處油膜質(zhì)量，軸瓦金屬溫度升高，軸瓦烏金熔化，造成汽輪機(jī)燒瓦事故；軸加滿水嚴(yán)重將導(dǎo)致汽缸進(jìn)水，轉(zhuǎn)子葉片水擊損壞，上下缸溫差大造成汽缸“貓拱背”變形的嚴(yán)重事故。

磷酸酯抗燃油酸值（以KOH 計(jì)）要求控制指標(biāo)為≤0.2 mg/g[1]，在定期取樣分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)磷酸酯抗燃油酸值＞0.2 mg/g，最大值達(dá)到2.22 mg/g；為保證磷酸酯抗燃油酸值在合格范圍內(nèi)，除投運(yùn)抗燃油系統(tǒng)濾油裝置外，還外接“降酸值一體化濾油機(jī)”進(jìn)行24 h 不間斷濾油。此外，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，高中低調(diào)門頻繁出現(xiàn)小幅波動(dòng)，影響機(jī)組電熱負(fù)荷的穩(wěn)定供應(yīng)。

2 磷酸酯抗燃油酸值高原因分析

酸值是評(píng)定抗燃油劣化或水解變質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)[2]。長(zhǎng)期保持較高酸值，會(huì)加速磷酸酯抗燃油的水解直至劣化，導(dǎo)致產(chǎn)生沉淀和起泡，縮短抗燃油的使用壽命?？谷加退嶂瞪哌€會(huì)對(duì)金屬部件產(chǎn)生腐蝕，例如伺服閥內(nèi)部滑閥遭到腐蝕后，會(huì)造成伺服閥的內(nèi)漏加重，調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定性下降，造成配汽機(jī)構(gòu)的抖動(dòng)，機(jī)組轉(zhuǎn)速或負(fù)荷波動(dòng)幅度大，嚴(yán)重影響著機(jī)組的安全、可靠運(yùn)行?？谷加退嶂抵笜?biāo)的影響因素主要有溫度、油中劣化產(chǎn)物和水分等3 個(gè)方面。

（1）當(dāng)溫度低于80 ℃時(shí)，溫度對(duì)抗燃油酸值的影響不大；當(dāng)溫度高于80 ℃尤其是高于110 ℃時(shí)，抗燃油的酸值隨著溫度的上升而急劇上升。

（2）抗燃油中的劣化產(chǎn)物是氧化反應(yīng)、熱裂解反應(yīng)和水解反應(yīng)的共同產(chǎn)物[3]，抗燃油中的劣化產(chǎn)物不僅會(huì)對(duì)油質(zhì)產(chǎn)生影響，還會(huì)對(duì)油質(zhì)劣化進(jìn)行催化，加速油的劣化。

（3）結(jié)合四川石化生產(chǎn)檢測(cè)部抗燃油的定期化驗(yàn)結(jié)果，抗燃油中水分的指標(biāo)并沒(méi)有超標(biāo)，可以排除水分對(duì)抗燃油酸值的影響。

綜上可以看出，由于現(xiàn)場(chǎng)軸封漏汽大，4#抽背機(jī)組機(jī)頭位置和高中低調(diào)門閥體、抗燃油管線現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫溫度都在100 ℃以上，造成磷酸酯抗燃油劣化反應(yīng)加劇，劣化產(chǎn)物增加又對(duì)劣化反應(yīng)起催化作用，反復(fù)疊加造成抗燃油酸值不斷增高，影響調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定，造成閥門波動(dòng)。

3 軸封漏汽大的原因分析

造成軸封漏汽大的原因主要有軸封選型不當(dāng)、軸封面磨損造成軸封間隙過(guò)大、軸封排汽系統(tǒng)不暢、設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)确矫妗?/p>

3.1 軸封選型不當(dāng)

目前，汽輪機(jī)組的軸封一般選擇梳齒式汽封或蜂窩式汽封，其中梳齒式汽封要求徑向間隙為0.2～0.6 mm；當(dāng)汽封的徑向間隙在0.2～0.4 mm 時(shí)，蜂窩汽封的密封特性比梳齒汽封好。采用蜂窩汽封后汽封間隙可以很小，同時(shí)由于蜂窩汽封很軟，即使與轉(zhuǎn)子發(fā)生擦碰一般不會(huì)發(fā)熱和傷及轉(zhuǎn)子而引發(fā)安全問(wèn)題，故蜂窩密封被廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)、高壓渦輪泵等設(shè)備[4]。

軸封設(shè)計(jì)間隙為0.40～0.65 mm，前后汽封均為梳齒式，且為保證密封效果，特在前后汽封靠近大氣端部分各采用一圈蜂窩汽封[1]，滿足機(jī)組軸封系統(tǒng)要求，可排除軸封選型不當(dāng)造成的軸封漏汽大。

3.2 軸封間隙過(guò)大

梳齒式汽封在徑向間隙超過(guò)0.5～0.6 mm，蜂窩汽封在芯格發(fā)生明顯變形時(shí)，就要視運(yùn)行情況在大修時(shí)及時(shí)更換汽封[4]。對(duì)4#抽背機(jī)組揭蓋檢查，梳齒式汽封實(shí)際測(cè)量值為0.4～0.45 mm，設(shè)計(jì)值為0.4～0.65 mm，蜂窩汽封芯格完好，故可排除軸封面磨損造成軸封間隙過(guò)大引起的軸封漏汽大（表1）。

表1 前后軸封間隙測(cè)量值 mm

3.3 軸封設(shè)計(jì)不當(dāng)、排汽系統(tǒng)不暢

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，武汽CB17.5 MW 機(jī)組軸封漏汽管線設(shè)計(jì)、布局存在不合理的局部問(wèn)題。

高壓端一段軸封漏汽至背壓抽汽管徑DN65 偏小，導(dǎo)致高壓端排汽不暢、回汽阻力增加、高壓軸封回汽腔室壓力升高，回汽腔室的蒸汽向外逸出，造成高壓端軸封漏汽大。

高壓端二段軸封漏汽與低壓端一段軸封漏汽均連接在一根母管上高除，阻力懸殊，高壓端二段軸封漏汽排擠低壓端一段軸封漏汽，導(dǎo)致低壓軸封回汽困難，使回汽阻力增加、低壓軸封回汽腔室壓力升高，因此回汽腔室的蒸汽向外逸出，造成低壓端軸封漏汽大。

因高壓端四段軸封漏汽與低壓端三段軸封漏汽均排至1#軸加，且高低壓端軸封漏汽大，導(dǎo)致1#軸封加熱器液位無(wú)法控制在230 mm 以內(nèi)（軸封加熱器液位230 mm 切旁路），實(shí)際運(yùn)行時(shí)液位長(zhǎng)期維持在460 mm 以上，為防止出現(xiàn)軸加滿水事件，現(xiàn)場(chǎng)開啟1#軸封加熱器多級(jí)水封就地排放門加強(qiáng)軸加排水。

在機(jī)組停機(jī)揭蓋檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)后軸封三段排汽孔位置受隔板遮擋，妨礙蒸汽流通，導(dǎo)致后軸封漏汽大。

綜上可以看出，4#抽背機(jī)組軸封漏汽大的原因就是軸封設(shè)計(jì)不當(dāng)、排汽系統(tǒng)不暢造成。

4 軸封漏汽大的改造處理

針對(duì)軸封漏汽大的形成原因，對(duì)機(jī)組的軸封系統(tǒng)進(jìn)行以下改造處理（圖1）。

圖1 軸封改造后

（1）對(duì)高壓端軸封一段漏汽管線進(jìn)行擴(kuò)徑處理，將前軸封一段漏汽至排汽管線由DN65 改為DN100。

（2）前軸封二段漏汽和后軸封一段漏汽匯合后由1 根管線排至除氧器，現(xiàn)改為2 根DN100 管線分別排至除氧器。

（3）抽背機(jī)組軸加疏水不進(jìn)凝汽器，按設(shè)計(jì)要求無(wú)需安裝多級(jí)水封，4#抽背機(jī)組1#軸加多級(jí)水封是利舊，故應(yīng)該予以取消。取消多級(jí)水封后，各軸封加熱器原進(jìn)多級(jí)水封疏水線分開就近進(jìn)地溝。

（4）后軸封三段排汽孔位置向前調(diào)整，避開隔板遮擋，原排汽孔現(xiàn)場(chǎng)封堵，保證排汽順暢。

（5）檢修中對(duì)前后軸封進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，汽封塊彈簧片彈性不好，更換全部420 塊汽封彈簧片。

（6）對(duì)磷酸酯抗燃油箱進(jìn)行全面清掃，并進(jìn)行換油處理，避免系統(tǒng)中劣化產(chǎn)物及其他因素影響抗燃油酸值。

5 改造后的效果

4#抽背機(jī)組經(jīng)改造投運(yùn)后，運(yùn)行狀況良好，主要問(wèn)題得到明顯改善：①前后軸封漏汽明顯減小，前后軸封漏汽大問(wèn)題得到根本解決；②磷酸酯抗燃油酸值得到有效控制，運(yùn)行以來(lái)分析指標(biāo)均≤0.2 mg/g；③機(jī)頭位置、各調(diào)門及管線溫度明顯下降，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫溫度都在80 ℃以下；④前后軸加液位降至可控范圍之內(nèi)，未有液位超230 mm 聯(lián)鎖動(dòng)作情況出現(xiàn)；⑤調(diào)速系統(tǒng)各調(diào)門閥位穩(wěn)定，未再出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象，保證了電熱負(fù)荷的穩(wěn)定供應(yīng)。