K156型汽輪機(jī)軸封漏汽分析及處理

上海電力股份有限公司吳涇熱電廠 瞿惠斌 姚建強(qiáng)

上汽廠K156型汽輪機(jī)組軸封系統(tǒng)是一種閉式軸封系統(tǒng)，主要由軸封、軸封汽管道系統(tǒng)、軸封汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)、軸封加熱器系統(tǒng)組成，其主要作用有三：第一，防止高壓側(cè)軸端的蒸汽外漏，造成主機(jī)潤滑油進(jìn)水及環(huán)境污染；第二，防止空氣漏入低壓側(cè)，凝汽器真空降低，效率下降；第三，回收熱量及工質(zhì)，保證機(jī)組的正常啟停及運(yùn)行。在機(jī)組運(yùn)行中如果出現(xiàn)軸封漏汽現(xiàn)象，勢必會(huì)影響機(jī)組的各項(xiàng)指標(biāo)，機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行將得不到保障[1]。

1 K156型汽輪機(jī)組軸封系統(tǒng)工作情況概述

K156型汽輪機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)軸封汽采用自密封形式：高中壓缸內(nèi)做過功的蒸汽漏入設(shè)在汽缸兩端端部的軸封內(nèi)腔室后，大部分蒸汽通過機(jī)組的軸封汽母管向低壓缸兩端的軸封內(nèi)腔室供汽，為低壓缸的軸端實(shí)施密封[2]；少部分蒸汽繼續(xù)漏入高中壓缸兩端軸封的外腔室和外界漏入的空氣通過軸封加熱器的管道系統(tǒng)被抽吸到軸承，維持高中壓軸封不向外界漏汽。同時(shí)低壓軸封外腔室漏入的空氣和少量內(nèi)腔室逃逸出的軸封汽也通過軸封加熱器的管道系統(tǒng)被抽吸到軸加，維持低壓軸封不向低壓缸內(nèi)漏空氣。被抽出的疏汽在軸加內(nèi)經(jīng)過換熱后不凝結(jié)氣體由軸加風(fēng)機(jī)排入大氣中。

2 軸封漏汽危害及漏汽原因分析

2.1 軸封漏汽危害

該廠此類某臺(tái)機(jī)組自投運(yùn)以來，高中壓缸后軸封經(jīng)常發(fā)生軸封漏汽現(xiàn)象，曾請(qǐng)?jiān)惭b單位處理，仍不能完全消除。該機(jī)組潤滑油含水率平均為273ml/L（標(biāo)準(zhǔn)≤100ml/L）。軸封向外界漏汽，一方面會(huì)造成工質(zhì)和熱量的損失，會(huì)污染環(huán)境，引起金屬部件銹蝕；另一方面會(huì)竄入軸承室，引起潤滑油帶水、油質(zhì)惡化，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。一般機(jī)組為使軸承潤滑油回油通暢，軸承室設(shè)計(jì)往往是負(fù)壓的；同時(shí)K156機(jī)組為緊湊型機(jī)組，高中壓軸封與軸承室距離更近。這就加劇了軸封汽外漏時(shí)竄入軸承室的蒸汽量，其危害性也會(huì)大大增加。所以在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)維持軸封不向外界漏汽對(duì)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。

2.2 軸封漏汽原因分析

第一，軸封加熱器系統(tǒng)工作不正常（軸加水位過高、軸加風(fēng)機(jī)失效、軸加換熱管泄漏等），使高中壓外軸封疏汽排向軸封加熱器受阻引起高中壓軸封外腔室內(nèi)汽壓過高而發(fā)生軸封汽外漏。

第二，軸封套殼體自身的水平結(jié)合面及軸封套殼體整體與汽缸端部垂直結(jié)合面若存在間隙，軸封汽將直接從該間隙漏出。

第三，軸封彈簧片失效（斷裂、變形）使軸封塊在汽壓作用下退讓至最大，此時(shí)將出現(xiàn)軸封塊周向膨脹間隙過大超標(biāo)、軸封塊徑向間隙超標(biāo)的疊加作用，軸封汽將大量向外直竄漏出。

第四，軸封塊徑向間隙偏大超標(biāo)，軸封梳齒不起作用，軸封汽大量向外漏出。

第五，軸封塊周向膨脹間隙超標(biāo)：若間隙過大，軸封汽將直接從產(chǎn)生的間隙中漏出；若間隙過小，軸封塊受熱膨脹，整道軸封變成橢圓，在對(duì)稱兩端軸封塊的徑向間隙將大大增加，軸封梳齒不起作用，軸封汽大量向外漏出。

第六，高中壓軸封內(nèi)腔室漏汽至低壓軸封之間汽管道（包括軸封汽母管）有雜物堵塞或因內(nèi)壁腐蝕引起汽流不暢造成高中壓軸封腔室內(nèi)汽壓過高而發(fā)生軸封汽外漏。

第七，高中壓軸封外腔室疏汽至軸封加熱器管道有雜物堵塞或因內(nèi)壁腐蝕引起汽流不暢造成高中壓軸封外腔室內(nèi)汽壓過高而發(fā)生軸封汽外漏。

第八，高中壓外軸封套殼體有貫穿裂紋、砂眼，軸封套殼體上疏水管接頭有裂紋、斷裂，致使軸封汽直接外漏；疏水管有異物堵塞疏水不正常，引起軸封腔室內(nèi)汽壓升高而發(fā)生軸封汽外漏。

3 根據(jù)分析原因進(jìn)行高中壓軸封漏汽的處理并提出建議

3.1 機(jī)組運(yùn)行中對(duì)高中壓軸封漏汽的檢查處理和建議

第一，若軸封加熱系統(tǒng)工作不正常，不能在軸加內(nèi)形成真空或真空過低，則軸封疏汽沒有出路，只能從外軸封處沿軸頸漏入外界進(jìn)而被吸入軸承室。在機(jī)組運(yùn)行中，要求運(yùn)行人員進(jìn)行軸加風(fēng)機(jī)輪換運(yùn)行及兩臺(tái)全開試驗(yàn)，就地觀察軸加疏水水位、軸加真空等均正常。說明軸封加熱器系統(tǒng)運(yùn)行正常，與該機(jī)組軸封漏汽無關(guān)，建議加強(qiáng)巡視，發(fā)現(xiàn)異常立即處理。

第二，在高中壓軸封漏汽未消除時(shí)，為降低竄入軸承室的軸封漏汽對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響，建議開啟外接真空式濾油機(jī)濾油，以降低潤滑油含水率。濾油機(jī)開啟后測得平均潤滑油含水率為205ml/L（標(biāo)準(zhǔn)≤100ml/L）。

第三，機(jī)組運(yùn)行時(shí)針對(duì)高中壓后軸封漏汽，將該處的保溫沿汽缸水平中分面位置左右對(duì)稱開孔洞，形成蒸汽通道，使積聚在軸承室外的蒸汽散發(fā)一部分，盡量減少蒸汽被吸入軸承室。該操作有一定效果，但在機(jī)組負(fù)荷高時(shí)效果較小。同時(shí)建議在兩側(cè)保溫所開孔洞處設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)抽吸，盡量不要設(shè)置成吹入，以防外界較冷空氣直接與高溫金屬部件接觸，從而影響金屬材料性能。

3.2 高中壓后軸封漏汽問題最佳的解決建議

在該機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)，針對(duì)性地進(jìn)行了軸封、軸封汽管道系統(tǒng)的檢修和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行最佳處理，解決高中壓后軸封漏汽問題。

第一，軸封套殼體自身上下兩半及與汽缸端部結(jié)合面存在間隙，則高中壓缸內(nèi)蒸汽會(huì)從間隙之間直接外漏，由于保溫層的阻擋和積聚作用，大部分漏出的蒸汽最終會(huì)順著轉(zhuǎn)子軸向通過軸承外油擋竄入軸承室內(nèi)污染潤滑油，而軸承室內(nèi)的負(fù)壓狀態(tài)更加劇了漏汽的吸入。在檢修過程中，對(duì)高中壓后軸封的內(nèi)、外軸封套殼體上下解體后目測檢查無汽流貫穿痕跡、外軸封套殼體拆卸后檢查不銹鋼墊片平整無卷邊且與汽缸端部垂直接觸面目測無汽流沖刷痕跡。說明該處軸封漏汽與軸封套殼體的水平、垂直結(jié)合面的密封均無關(guān)。

第二，若軸封彈簧片存在缺損、裂紋，軸封塊壓下不能正常彈起或彈起不到位等象征，則機(jī)組運(yùn)行時(shí)會(huì)造成彈簧片失效，致使軸封塊向軸封套殼體退讓（軸封塊退讓間隙一般在1.8mm 左右），此時(shí)軸封的徑向間隙、周向膨脹間隙均會(huì)增加較大，產(chǎn)生軸封汽大量直竄外漏現(xiàn)象。在檢修過程中，對(duì)高中壓后軸封塊背部的彈簧片進(jìn)行了檢查，所有彈簧片均完好無破損、裂紋，軸封塊能用力壓下且彈起正常。軸封彈簧片無失效現(xiàn)象。說明該處軸封漏汽與軸封彈簧片無關(guān)。

第三，若軸封塊徑向間隙過大，則軸封封汽的作用下降，會(huì)使大量蒸汽漏到汽缸外而竄入軸承室。在檢修過程中，對(duì)高中壓后軸封塊進(jìn)行解體清理檢查：檢查軸封齒有無磨損、卷邊等，并對(duì)其進(jìn)行修整、確認(rèn)軸封塊均完好無異常；測量高中壓缸后軸封的徑向間隙。經(jīng)過測量，高中壓后軸封兩道外軸封的下半徑向間隙偏大超標(biāo)。機(jī)組運(yùn)行時(shí)振動(dòng)是不可避免的，運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子有一定上抬量，這兩點(diǎn)疊加會(huì)使軸封下部徑向間隙更大，造成軸封汽外漏更嚴(yán)重。檢修中將徑向間隙偏大超標(biāo)的軸封塊進(jìn)行車削背弧處理（若間隙偏小則應(yīng)在軸封塊背弧處距端面2～3mm 處進(jìn)行捻打出小凸肩處理），直至徑向間隙合格為止。

第四，若軸封塊周向膨脹間隙過大，則軸封周向存在間隙，形成汽流通道，使缸內(nèi)蒸汽直接經(jīng)通道向外漏出并順著轉(zhuǎn)子竄入軸承室；若軸封塊周向膨脹間隙過小，則軸封塊受熱后膨脹受阻克服彈簧片彈力向后退讓，整道軸封由整圓形變成橢圓形，造成軸封在橢圓形對(duì)稱兩端處的徑向間隙增大超標(biāo)，使蒸汽向外漏出繼而竄入軸承室污染潤滑油。內(nèi)軸封周向膨脹間隙超標(biāo)過大時(shí)，軸封外腔室蒸汽量和壓力均增大，軸加來不及抽取使蒸汽外漏而竄入軸承室。檢修中，軸封塊徑向間隙調(diào)整合格后進(jìn)行周向膨脹間隙測量，背弧車削處理過的兩道高中壓后軸封外軸封塊的周向膨脹間隙均過小且出現(xiàn)了負(fù)值。將這兩道位于頂部的各一塊軸封塊取下進(jìn)行端部銼削，直至膨脹間隙合格為止。

第五，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)其軸封汽為自密封：高中壓缸內(nèi)做過功的蒸汽經(jīng)內(nèi)軸封進(jìn)入軸封內(nèi)腔室后通過軸封汽管向低壓軸封內(nèi)腔室供汽。若此管道有雜物堵塞、內(nèi)壁腐蝕，產(chǎn)生通徑變小現(xiàn)象，會(huì)造成高中壓軸封內(nèi)腔室向低壓軸封內(nèi)腔室供汽不暢，大量蒸汽進(jìn)入外腔室，軸封加熱器來不及抽取使蒸汽從軸端外漏進(jìn)而竄入軸承室。在檢修時(shí)對(duì)機(jī)組高中壓軸封至低壓軸封之間汽管道（包括軸封汽母管）進(jìn)行了內(nèi)窺鏡檢查，沒有發(fā)現(xiàn)管道有異物、鐵銹等雜物堵塞現(xiàn)象。說明該機(jī)組軸封漏汽與軸封汽自密封管道無關(guān)。建議每次檢修若有機(jī)會(huì)均對(duì)其進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查。

第六，高中壓軸封內(nèi)腔室會(huì)有部分蒸汽通過軸封齒進(jìn)入外腔室，在匯合漏入的空氣后通過軸封疏汽管被抽吸至軸封加熱器。若此管道有雜物堵塞，會(huì)使軸封加熱器汽流不暢，軸封汽積聚造成軸封外腔室正壓，蒸汽克服大氣壓力從軸端漏出進(jìn)而竄入軸承室。在檢修時(shí)對(duì)機(jī)組高中壓后軸封疏汽至軸封加熱器之間的管道進(jìn)行了內(nèi)窺鏡檢查，沒有發(fā)現(xiàn)管道有異物、鐵銹等雜物堵塞現(xiàn)象。說明該機(jī)組軸封漏汽與機(jī)組高中壓軸封外腔室至軸封加熱器間的疏汽管道無關(guān)。建議每次檢修若有機(jī)會(huì)均對(duì)其進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查。

第七，機(jī)組高中壓軸封內(nèi)、外腔室各有一個(gè)疏水口，內(nèi)腔室疏水通過管道接入軸封汽母管、外腔室疏水通過管道接入疏水膨脹箱。若疏水管道不通暢會(huì)在腔室形成蒸汽積聚，在壓力差的作用下使軸封汽外漏而竄入軸承室；若高中壓軸封套殼體、疏水管有裂紋，則裂紋越靠近軸承室，外漏的軸封汽竄入軸承室就越多。在檢修時(shí)檢查高中壓軸封套外殼無貫穿裂紋、砂眼。在將高中壓軸封疏水管和疏水管接頭拆下檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)后軸封內(nèi)腔室疏水管接頭有裂紋、外腔室疏水管接頭有焊瘤堵塞使其通流直徑變小很多。后軸封內(nèi)腔室疏水管接頭有裂紋，使軸封內(nèi)腔室內(nèi)蒸汽直接外漏，致使軸封汽竄入軸承室；后軸封外腔室疏水管接頭通流直徑變小、疏水不暢，腔室內(nèi)汽壓上升克服軸封加熱器抽吸力使軸封汽外漏，致使軸封汽竄入軸承室。檢修中，對(duì)內(nèi)外腔室疏水孔進(jìn)行清理，按相同材質(zhì)更換疏水管接頭及部分疏水管，保證疏水管道接頭及其管道通暢無堵塞、完好無裂紋。建議每次B 級(jí)及以上等級(jí)檢修時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢查維護(hù)。

3.3 檢修處理總結(jié)及效果檢查

第一，此次機(jī)組檢修主要對(duì)所分析原因進(jìn)行逐項(xiàng)驗(yàn)證。對(duì)測量發(fā)現(xiàn)的不符標(biāo)準(zhǔn)的高中壓后軸封徑向間隙、周向膨脹間隙進(jìn)行調(diào)整直至測量合格；對(duì)檢查發(fā)現(xiàn)的軸封套殼體有缺陷的疏水接頭和疏水管進(jìn)行更換，并提出建議。

第二，該機(jī)組檢修后啟動(dòng)順利，檢查高中壓后軸封處已無蒸汽漏出。測量潤滑油含水率明顯下降，平均數(shù)值為70ml/L（標(biāo)準(zhǔn)為≤100ml/L）。通過此次檢修消除了機(jī)組高中壓缸后軸封漏汽問題，同時(shí)機(jī)組潤滑油含水率也合格了。

4 結(jié)語

不僅K156型汽輪機(jī)會(huì)影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，所有汽輪機(jī)的軸封泄漏都會(huì)影響。在軸封發(fā)生泄漏時(shí)，必定有蒸汽竄入附近軸承室，污染潤滑油，使油質(zhì)惡化進(jìn)而影響軸承瓦溫和轉(zhuǎn)子振動(dòng)。通過此次檢修，不僅消除了高中壓后軸封漏汽之缺陷，還一并消除了油中進(jìn)水隱患，使其更好地運(yùn)行效果。在機(jī)組沒有條件進(jìn)行停機(jī)揭缸檢修處理情況下，需采取臨時(shí)措施，本文建議對(duì)泄漏進(jìn)入軸承室的蒸汽進(jìn)行濾油及對(duì)軸封加熱器系統(tǒng)的檢查、試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)軸封處的保溫進(jìn)行開對(duì)流孔洞、設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行引流、散發(fā)，以減輕漏汽對(duì)潤滑油的污染。當(dāng)后續(xù)機(jī)組有檢修機(jī)會(huì)再進(jìn)行揭缸處理時(shí)，按原因逐項(xiàng)檢查檢修，徹底解決機(jī)組軸封泄漏問題。希望本文能給予同行業(yè)單位一點(diǎn)借鑒并在同類型機(jī)組運(yùn)行、檢修過程中提供參考。