一起汽輪機大軸彎曲未遂事故的分析

古仲炎

(廣東粵嘉電力有限公司，廣東 梅州 514032)

某電廠5號機組汽輪機大修后第1次停機，冷機過程中發生一起因汽缸保溫質量不良引發的大軸彎曲未遂事故。

1 事故經過

某電廠5號機組于2010年10月完成A級檢修后，一直連續運行至2011年4月，并按計劃于2011-04-03開工進行C級檢修。機組按調度命令于2011-04-02T23:12解列停機，汽機投入連續盤車冷機過程。在盤車冷機過程中運行人員發現汽機高、中壓外缸內壁上下缸溫差逐漸增大，中壓外缸內壁溫上下缸溫差在2011-04-03T15:39超過50℃，高壓外缸內壁溫上下缸溫差在2011-04-03T 21:44達到50 ℃，而汽輪機廠家說明書規定“汽輪機高、中壓缸外缸上下溫差不能大于50 ℃”。至2011-04-04T14:00,高壓缸外缸內壁上下溫差達55.9 ℃超限，中壓缸外缸內壁上下溫差達到60 ℃超限的最大值后，出現逐漸緩慢回落趨勢。

運行人員檢查后未發現有進冷汽、冷水現象，汽缸各金屬溫度測點設備完好，各點金屬溫度無突升、突降現象，懷疑該汽輪機汽缸溫差大屬于保溫質量問題，決定對汽缸保溫進行拆解。為了使汽缸溫度盡快降至100 ℃以下，以具備拆汽缸保溫條件，電廠決定投入汽輪機快速冷卻裝置(一種將壓縮空氣進行電加熱至一定溫度后通入汽輪機通流部位進行汽缸冷卻的裝置，在國內電廠中有部分機組配備，以下簡稱“快冷裝置”)。2011-04-05T17:25，投入快冷裝置后，高、中壓缸外缸內壁上下溫差及高、中壓缸內缸內壁上下溫差出現增大現象，盤車電機運行電流為8～13 A。19:32，檢查汽機大軸晃動幅值升至0.08 mm，同時各軸承軸振動值也出現緩慢上升趨勢。汽機軸封位置出現金屬摩擦聲，出現汽輪機組典型的大軸彎曲現象。

電廠管理人員決定立即停止快冷裝置運行并采取“悶缸”措施，同時適當削減汽機高、中壓缸上缸保溫厚度。在采取這些措施后，汽輪機大軸晃動、盤車電機電流波動、汽缸上下溫差均呈緩慢下降趨勢。至2011-04-06T02:00，5號機高壓缸外缸內壁上下溫差縮小至50 ℃以下，大軸晃動穩定幅值在0.015 mm左右，盤車電機電流恢復正常，確認汽輪機組大軸彎曲已經恢復正常，未發生永久變形。

2 事故原因分析

(1) 汽缸保溫上下缸不匹配，造成汽機在停機后的自然冷卻過程中，出現上下缸溫差逐漸增大并超過規程規定值。電廠在2010年10月份A級檢修過程中，因過分關注“汽缸保溫表面溫度不能超過50 ℃”的規定，盲目加厚汽缸上缸的保溫層。經查，汽缸上缸保溫層厚度實際施工厚度達到250 mm，而廠家上汽缸保溫層設計材料僅為190 mm；下缸部分因受安裝空間和施工條件的限制，無法加厚和監測表面溫度，造成了上下缸保溫不匹配。在停機后的汽缸自然冷卻過程中，上缸因保溫過好而散熱慢。下缸則散熱相對較快，以致出現上下缸溫差逐漸增大，超過規定值的現象。

(2) 在已經出現上下缸溫差大的情況下，投入汽輪機快冷裝置運行的做法欠妥。當汽機已經出現上下缸溫差大的情況時，投入汽輪機快速冷卻裝置，必然導致下缸冷卻更快，使已經開始出現回落的外缸上下缸溫差又增大，并且使高、中壓內缸上下缸溫差也增大。最終，因汽缸上下缸溫差大、上下缸膨脹不一致而導致動靜摩擦，造成大軸彎曲。

3 防范措施及對策

(1) 重視汽缸保溫的施工質量。汽缸保溫的優

劣可以通過上、下缸溫差反映出來，保溫質量的好壞會嚴重影響汽輪機的安全運行和熱態啟動。對于汽輪機汽缸保溫的敷設，應當執行制造廠的設計規范，并綜合考慮以下3點要求。

① 因為汽機下缸有抽汽管接口，并考慮冷氣易下沉等因素，為了減小上下缸溫差，同一汽缸的下缸保溫層應比上缸厚一些。在采用微孔硅酸鈣制品或硅酸鋁耐火纖維制品時，通常下缸保溫層厚度比上缸大20 %左右。

② 當周圍空氣溫度為25 ℃時，保溫層表面最高溫度不得超過50 ℃。

③ 應保證汽輪機在任何工況下，外缸上下缸溫差不得大于50 ℃。

(2) 當汽輪機出現上下缸溫差大的情況時，嚴禁投入汽輪機快速冷卻裝置或進行汽缸夾層加熱或冷卻。

(3) 應根據每臺機組的具體特性及制造廠家要求，制訂出機組在各種狀態下的典型起動曲線(冷態、溫態、熱態滑參數啟動)和停機曲線(滑參數停機和中參數停機的降溫降壓曲線、停機后汽缸主要金屬溫度的下降曲線、正常停機惰走曲線和緊急破壞真空停機過程的惰走曲線等)，并編入運行規程，以便運行人員對照，盡早發現問題。

(4) 在汽輪機停機后的冷卻過程中，運行人員必須認真監盤、巡回檢查，對汽缸溫度、盤車電機電流、潤滑油壓等主要參數要加強監視、分析。

(5) 對新建機組或有條件的機組，應優先考慮采用噴涂保溫結構。噴涂保溫結構采用珍珠巖、石棉和鉀水玻璃粘合劑同時噴涂在汽缸表面，噴涂材料所含成分相互作用釋放出熱量，使噴涂層得到干燥，其使用溫度可達600 ℃。噴涂保溫結構嚴密、無縫隙、耐振和隔聲性能較好，可縮短機組熱態啟動所需時間；可使汽輪機停機后的冷卻速度大大降低，基本上可以消除在停機后的冷卻過程中出現各部件溫差過大的情況，明顯改善汽輪機的運行條件。