汽輪機水沖擊的危害及預防

趙志付

摘要:汽輪機水沖擊,即水或冷蒸汽(低溫飽和蒸汽)進入汽輪機而引起的事故,是汽輪機運行中最危險的事故之一。因而要求鍋爐和汽機運行人員予以高度重視。以免造成汽輪機設備的嚴重損壞

關鍵詞:汽輪機;水沖機;事故

1 水沖擊的原因

1.1 鍋爐方面

運行人員誤操作以及給水自動調節器的原因造成鍋爐滿水;啟動過程中升壓過快,或滑參數停機過程中降壓降溫速度過快,使蒸汽過熱度降低,甚至接近或達到飽和溫度,導致管道內集結凝結水;鍋爐蒸發量過大或不均,化學水處理不當引起汽水共騰。

1.2 汽輪機方面

汽輪機啟動過程中,汽水系統暖管時間不夠,疏水不凈,運行人員操作不當或疏忽,沖轉過程中沒有及時監視到汽缸溫度以及上下缸溫差的變化,使冷水汽進入汽輪機內。

汽輪機回熱系統加熱器水位高,且保護裝置失靈,使水經抽汽管道返回汽輪機內造成水沖擊。除氧器發生滿水事故,使水經除氧器汽平衡管進入軸封系統。啟動時,軸封管道未能充分暖管和疏水,也可能將積水帶到軸封內;停機時,切換備用軸封汽源,因處理不當使軸封供汽帶水。

2 水沖擊的危害:

動靜部分碰磨。汽輪機進水或冷蒸汽,使處于高溫下的金屬部件突然冷卻而急劇收縮,產生很大的熱應力和熱變形,使相對膨脹急劇變化,機組強烈振動,動靜部分軸向和徑向碰磨。徑向碰磨嚴重時會產生大軸彎曲事故。

葉片的損傷及斷裂。當進入汽輪機通流部分的水量較大時,會使葉片損傷和斷裂,特別是對較長的葉片。

推力瓦燒毀。進入汽輪機的水或冷蒸汽的密度比蒸汽的密度大得多,因而在噴嘴內不能獲得與蒸汽同樣的加速度,出噴嘴時的絕對速度比蒸汽小得多,使其相對速度的進汽角遠大于蒸汽相對速度進汽角,汽流不能按正確方向進入動葉通道,而對動葉進口邊的背弧進行沖擊。這除了對動葉產生制動力外,還產生一個軸向力,使汽輪機軸向推力增大。實際運行中,軸向推力甚至可增大到正常情況時的十幾倍,使推力軸承超載而導致烏金燒毀。

閥門或汽缸接合面漏汽。若閥門和汽缸受到急劇冷卻,會使金屬產生永久變形,導致閥門或汽缸接合面漏汽。

引起金屬裂紋。機組啟停時,如經常出現進水或冷蒸汽,金屬在頻繁交變的熱應力作用下,會出現裂紋。如汽封處的轉子表面受到汽封供汽系統來的水或冷蒸汽的反復急劇冷卻,就會出現裂紋并不斷擴大。

3 防止汽輪機水沖擊的措施

3.1 設計方面

正確設置疏水點和布置疏水管。在鍋爐出口至汽輪機主汽閥間的主蒸汽管道上,每個最低點處均應設置疏水點;主蒸汽管道的疏水管不得與鍋爐任何疏水管的聯箱連接,再熱蒸汽管道的最低點處亦應設置疏水點。汽封供汽管應盡可能短,在汽封調節器前后以及汽封供汽聯箱處均應裝疏水管。疏水管應有足夠的通流面積,以排盡疏水。設置可靠的水位監視和報警裝置,除氧器、加熱器和凝汽器應裝高水位報警;加熱器水位高時,應有自動事故放水保護、抽汽逆止門應能自動關閉。

3.2 運行維護操作方面

在機組啟、停過程中要嚴格按規程規定控制升(降)速、升(降)溫、升(降)壓、加(減)負荷的速率,并保證蒸汽過熱度不少于80℃。蒸汽管道投用前(特別是軸封供汽管道,法蘭,夾層加熱系統和高中壓導汽管)應充分暖管,疏水,嚴防低溫水汽進入汽輪機。要嚴密監視鍋爐汽包水位,注意調整汽壓和汽溫。注意監視除氧器,凝汽器水位,防止滿水。定期檢查加熱器水位調節及高水位報警裝置;定期檢查加熱器高水位事故放水門、抽汽逆止門動作是否正常。機組熱態啟動前應檢查停機記錄和停機后汽缸金屬溫度記錄。若有異常應認真分析,查明原因,及時處理。 啟、停機過程中,應認真監視和記錄各主要參數。包括主、再熱汽溫,壓力,各缸溫度,法蘭、螺栓溫度,脹差,軸向位移,排汽溫度等。

機組沖轉過程中因振動異常停機而必須回到盤車狀態時,應全面檢查,認真分析,查明原因,嚴禁盲目啟動。當機組已符合啟動條件時,應連續盤車不少于4h,才允許再次啟動。

當汽輪機發生水沖擊時,應立即破壞真空、停機。在停機過程中應注意機內聲音、振動、軸向位移、推力瓦溫、上下缸溫差及惰走時間,并測量大軸幌度。如無不正常現象,在經過充分疏水后,方可重新啟動。在重新啟動過程中,若發現汽機內部或轉動部分有異音,或轉動部分有摩擦,應立即停機,并進入人工盤車。