1000 MW 機(jī)組汽動(dòng)給水泵組啟動(dòng)卡澀及預(yù)防

馬震東

（國家能源集團(tuán)四川能源公司江油發(fā)電廠，四川綿陽 621709）

0 引言

汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)是汽輪機(jī)的重要系統(tǒng)之一，直接影響著汽輪機(jī)設(shè)備的運(yùn)行情況。1000 MW 機(jī)組汽動(dòng)給水泵組具有容量大、汽輪轉(zhuǎn)子長、汽輪間隙小等特征，運(yùn)行過程中存在啟動(dòng)卡澀問題，以下就相關(guān)預(yù)防措施進(jìn)行分析。

1 給水泵機(jī)械密封的工作原理

目前1000 MW 等級燃煤發(fā)電機(jī)組大部分配套汽動(dòng)給水泵組，給水泵為高壓離心式水泵。為了避免泵內(nèi)高壓循環(huán)液體外漏，將機(jī)械密封裝置安裝在泵軸兩側(cè)。機(jī)械密封裝置無需使用填料，僅依靠固定于泵上的浮動(dòng)動(dòng)環(huán)和泵殼上的靜環(huán)實(shí)現(xiàn)密封。機(jī)械密封裝置中的轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括保護(hù)軸套動(dòng)環(huán)和動(dòng)環(huán)座，由螺栓連接，通過鍵傳力讓動(dòng)環(huán)和泵軸共同轉(zhuǎn)動(dòng)。靜環(huán)主要由端蓋、彈簧、靜環(huán)座推環(huán)組成，借助推環(huán)和靜環(huán)座確保動(dòng)環(huán)位于靜環(huán)之上，并且使用密封墊料密封。其中動(dòng)環(huán)O 形密封環(huán)可避免動(dòng)環(huán)和旋轉(zhuǎn)泵軸間泄漏，靜環(huán)型密封環(huán)可避免靜環(huán)和靜環(huán)部件間泄漏，減少運(yùn)行過程中的振動(dòng)[1]。

2 汽動(dòng)給水泵組卡澀表現(xiàn)

2.1 盤車系統(tǒng)故障

盤車系統(tǒng)由電機(jī)限位機(jī)構(gòu)、嚙齒機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器組成，一般汽動(dòng)給水泵組盤車系統(tǒng)額定電流110 A、電機(jī)功率55 kW、汽輪機(jī)盤車轉(zhuǎn)速100 r/min。盤車系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)在：①技術(shù)人員分析盤車電機(jī)的電流波動(dòng)和轉(zhuǎn)速穩(wěn)定情況可判定盤車電機(jī)是否存在故障，例如潤滑油量偏少、軸承損壞的噪聲和異常振動(dòng)等；②盤車裝置停止運(yùn)行期間插入安全銷，會由于安全銷電磁閥損壞、汽動(dòng)管路漏汽等原因?qū)е卤P車啟動(dòng)期間不能正常拔出；③盤車未能自動(dòng)嚙合而亮燈、限位開關(guān)位置松動(dòng)都會導(dǎo)致盤車裝置不能正常嚙合；④盤車控制柜由于變頻器故障，電磁閥手動(dòng)按鈕未能復(fù)位，同時(shí)選擇兩種控制模式會導(dǎo)致故障燈亮起；⑤盤車供汽壓力值不能滿足要求，會導(dǎo)致盤車啟動(dòng)瞬間脫開或者無動(dòng)作[2]。

2.2 給水泵汽輪機(jī)卡澀

一般的汽動(dòng)給水泵組汽輪機(jī)采用單缸雙流結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子的兩個(gè)支撐軸承相距4000 mm，轉(zhuǎn)子總長5000 mm，轉(zhuǎn)子靜態(tài)撓度最大值0.07 mm，壓力及隔板汽封間距在0.7～3 mm，端部汽封最小間隙0.05 mm。

（1）軸承損壞。汽動(dòng)給水泵組在運(yùn)行過程中需要確保給水泵汽輪機(jī)兩側(cè)的溫度、軸封壓力、排汽壓力在正常范圍內(nèi)，如果軸封參數(shù)、真空參數(shù)在水泵汽輪機(jī)啟動(dòng)或停運(yùn)過程中偏離正常值，將出現(xiàn)蒸汽外漏或軸承吸入冷氣等情況，導(dǎo)致熱應(yīng)力值偏大，進(jìn)而損壞汽輪機(jī)軸承。在啟動(dòng)停止期間，供汽管道輸水暖管如果不充分，將導(dǎo)致給水泵汽輪機(jī)的內(nèi)部受水沖擊，損壞葉片和軸承。在正常運(yùn)行過程中，如果給水泵汽輪機(jī)的軸瓦溫度異常，軸承出現(xiàn)振動(dòng)也將導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子彎曲，造成動(dòng)靜碰磨，劣化后導(dǎo)致給水泵汽輪機(jī)卡澀。

（2）動(dòng)靜碰磨。正常運(yùn)行過程中容易在水泵汽輪機(jī)死角部位堆積大量雜質(zhì)，水泵汽輪機(jī)盤車停止運(yùn)行時(shí)，在氣流擾動(dòng)影響下雜質(zhì)進(jìn)入汽封齒。通常的水泵汽輪機(jī)隔板汽封采用齒形固定式汽封，沒有彈簧片和背弧，缺乏退讓功能。而端部汽封采取蜂窩汽封形式后具有退讓功能，在該情況下雜質(zhì)進(jìn)入隔板汽封齒頂部，相應(yīng)減小了動(dòng)靜間隙，投運(yùn)盤車的過程中會出現(xiàn)汽封和轉(zhuǎn)子碰磨卡澀情況。由于給水泵汽輪機(jī)組隔板的金屬有殘余應(yīng)力，隨著機(jī)組停運(yùn)，金屬隔板受到溫度下降的影響會出現(xiàn)一定變形，汽封間隙發(fā)生偏移也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和汽封齒碰磨情況。隨著排汽缸溫度的增加，低壓缸軸封熱變形更加明顯，造成汽輪機(jī)洼窩中心偏移、摩擦和振動(dòng)增大，甚至?xí)p壞低壓缸軸封。

2.3 給水泵和前置泵卡澀

進(jìn)入泵體的水質(zhì)偏差是主要問題。在調(diào)試過程中凝結(jié)水系統(tǒng)管路較為復(fù)雜，管路改裝完成可能在死角處存在殘?jiān)?，進(jìn)而導(dǎo)致水質(zhì)下降。盤車轉(zhuǎn)速偏低情況下泵內(nèi)的流通量降低，無法帶走雜質(zhì)，之后流入芯包動(dòng)靜結(jié)合部位造成泵軸卡澀[3]。

2.4 汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)故障

潤滑油系統(tǒng)如果出現(xiàn)異常會導(dǎo)致汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)汽輪機(jī)燒瓦、轉(zhuǎn)子動(dòng)靜摩擦、大軸彎曲，導(dǎo)致汽輪機(jī)受損。目前潤滑油系統(tǒng)故障是導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)的重要因素，如盤車、汽輪機(jī)、缸溫存在問題，由此導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.5 給水泵芯包動(dòng)靜卡澀

為了促進(jìn)汽動(dòng)給水泵組的高效運(yùn)行，通常給水泵芯包動(dòng)靜部套間隙設(shè)計(jì)偏小，在間隙發(fā)生變化后會出現(xiàn)動(dòng)靜碰磨現(xiàn)象。例如超超臨界機(jī)組給水泵動(dòng)靜間隙一般為0.4 mm，固體顆粒容易在間隙中出現(xiàn)，而汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)前期進(jìn)行低速盤車暖機(jī)更容易導(dǎo)致堵塞情況；給水泵上下筒體的溫差偏大導(dǎo)致膨脹不均勻，芯包動(dòng)靜間隙大小不同，進(jìn)而出現(xiàn)泵軸卡澀。

3 預(yù)防汽動(dòng)給水泵組卡澀的措施

3.1 防止盤車系統(tǒng)故障

盤車電機(jī)通常為全自動(dòng)或半自動(dòng)形式，啟動(dòng)后需要觀察轉(zhuǎn)速狀態(tài)以及啟動(dòng)電流返回情況，如果電流長時(shí)間不能回到正常值或噪聲偏大、振動(dòng)明顯，需要馬上停止盤車電機(jī)，避免電機(jī)受損。為避免盤車電機(jī)啟動(dòng)后出現(xiàn)故障，一方面需要在啟動(dòng)前期對安全銷的汽動(dòng)管路漏汽情況、安全銷電磁閥完整性進(jìn)行檢查，避免盤車啟動(dòng)后不能正常拔出安全銷，另一方面需要檢查嚙合裝置磁性開關(guān)松動(dòng)以及損壞情況。如果盤車沒有自動(dòng)嚙合并且指示燈亮起，需要技術(shù)人員按下盤車控制柜中的急停按鈕進(jìn)行復(fù)位。此外，需要檢查啟動(dòng)模式是半自動(dòng)或全自動(dòng)，禁止兩種模式同時(shí)運(yùn)行。在防止盤車系統(tǒng)故障方面必須保證供汽壓力處于0.4～0.5 MPa，可以防止盤車啟動(dòng)瞬間脫開或無法啟動(dòng)的問題[4]。

3.2 防止給水泵汽輪機(jī)卡澀

在機(jī)組調(diào)試過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，之后的多次機(jī)組啟停未發(fā)生給水泵汽輪機(jī)卡澀情況。

（1）采取有效措施防止給水泵汽輪機(jī)軸承損壞。給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行期間中軸封溫度在240～350 ℃，在停運(yùn)投盤車過程中汽缸內(nèi)溫度逐漸下降，降低軸封母管溫度，進(jìn)而確保其與缸體軸承溫度相匹配，達(dá)到降低軸承金屬熱應(yīng)力的效果。減少給水泵汽輪機(jī)軸封和真空系統(tǒng)停運(yùn)中冷空氣進(jìn)入，停運(yùn)軸封之后盤車持續(xù)運(yùn)行3～4 h，避免出現(xiàn)葉片應(yīng)力變形或金屬軸承變形。

（2）采取有效措施防止汽缸內(nèi)部動(dòng)靜發(fā)生碰磨。泵組停運(yùn)后連續(xù)盤車，使溫度緩慢下降到常溫狀態(tài)，避免葉片應(yīng)力變化過大而出現(xiàn)變形，導(dǎo)致動(dòng)靜間隙受到影響。由于機(jī)組停運(yùn)期間給水泵汽輪機(jī)后缸噴水壓力偏低，造成汽輪機(jī)排汽溫度升高，所以要求排汽溫度報(bào)警值低于30 ℃，可以避免汽輪機(jī)洼窩中心偏移而出現(xiàn)動(dòng)靜碰磨。由于汽動(dòng)給水泵的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子長、轉(zhuǎn)子撓度大，停盤車之后每周轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子180°，確保轉(zhuǎn)子直線度不超差。

（3）在檢修水泵汽輪機(jī)和管道過程中要做好清潔工作，做到潔凈化施工，嚴(yán)格執(zhí)行汽輪機(jī)上缸作業(yè)管理制度。

3.3 防止給水泵和前置泵卡澀

在調(diào)試初期給水管路需要嚴(yán)格進(jìn)行鈍化和堿化處理，避免管路制造、安裝、運(yùn)輸期間出現(xiàn)油污、氧化皮、焊渣等雜物，讓金屬表面形成高質(zhì)量保護(hù)膜。機(jī)組啟動(dòng)前期需要全面水沖洗凝結(jié)水系統(tǒng)，在除氧器入水口鐵離子達(dá)到指定參數(shù)時(shí)進(jìn)行循環(huán)沖洗，在除氧器出水口達(dá)到指定參數(shù)時(shí)開啟汽動(dòng)泵前置泵入口門并注水，依次通過給水泵本體、出口管道后開始放水，進(jìn)而對汽動(dòng)泵進(jìn)行沖洗。在泵組運(yùn)行期間必須對汽動(dòng)泵前置泵、汽動(dòng)泵入口過濾網(wǎng)壓差、濾網(wǎng)清潔度、各個(gè)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)控，如果濾網(wǎng)壓差偏大要及時(shí)切機(jī)清洗，避免設(shè)備受損。

3.4 維持潤滑油油質(zhì)

主要措施為調(diào)整油泵出口壓力在啟動(dòng)時(shí)為0.52 MPa，事故油泵出口壓力為0.4 MPa。當(dāng)主油泵發(fā)生事故需要迅速切換輔助油泵，進(jìn)而保證供油壓力。不過輔助油泵通常啟動(dòng)時(shí)間較長，需要將啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置在3 s 之內(nèi)。解決油泵切換控制邏輯，在壓力不足0.47 MPa 時(shí)輔助油泵和事故油泵共同啟動(dòng)，正常投運(yùn)后手動(dòng)關(guān)閉事故油泵，供油母管壓力低于0.35 MPa 需要立即切換輔助油泵和事故油泵[5]。

3.5 處理給水泵機(jī)械密封裝置

在該環(huán)節(jié)，發(fā)生故障的主要原因在于給水泵啟動(dòng)或者停運(yùn)期間參數(shù)未能有效控制，因此要求給水泵體注水前期保證密封水投運(yùn)正常。注水期間需要確保除氧器溫度和給水泵體的溫度相一致，手動(dòng)開啟汽動(dòng)泵電動(dòng)門注水，并且監(jiān)視給水泵上下筒體的溫度差，確?！? ℃，觀察連續(xù)出現(xiàn)水流后投入電動(dòng)盤車，并且適當(dāng)縮短軸封沖轉(zhuǎn)的時(shí)間。其作用在于對給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱彎程度加以控制，進(jìn)而降低沖轉(zhuǎn)期間軸系振動(dòng)情況。要求盤車時(shí)間≤2 h，沖轉(zhuǎn)后要盡快將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到低速運(yùn)轉(zhuǎn)模式，暖機(jī)時(shí)間≤30 min。在全部軸承穩(wěn)定振動(dòng)之后調(diào)節(jié)至高速運(yùn)轉(zhuǎn)模式，達(dá)到暖機(jī)轉(zhuǎn)速[6]。

在給水泵暖機(jī)過程中可以逐步加入除氧器，達(dá)到鍋爐上水溫度后要求升溫率1.5 ℃/min，給水泵筒體升溫≤0.5 ℃/min，進(jìn)而降低筒體金屬應(yīng)力，之后采取隔離放水措施加以保養(yǎng)。為避免放水后軸封余熱繼續(xù)，加熱筒體需要將汽動(dòng)泵筒體溫升控制在≤0.5 ℃/min，在溫度低于冷態(tài)溫度10 ℃后開始放水，避免芯包和上下筒體冷熱不均。

4 結(jié)束語

燃煤發(fā)電機(jī)組的汽動(dòng)給水泵組，采用前置泵和主泵同軸的裝配形式，共用一臺給水泵汽輪機(jī)，以滿足驅(qū)動(dòng)需要。通過分析汽動(dòng)給水泵組啟動(dòng)卡澀問題，針對性地防止盤車系統(tǒng)故障、給水泵汽輪機(jī)卡澀、給水泵和前置泵卡澀等相關(guān)問題，還要維持潤滑油油質(zhì)、處理給水泵機(jī)械密封裝置，最終確保1000 MW 機(jī)組汽動(dòng)給水泵組的正常運(yùn)行。