汽輪發(fā)電機組軸封故障分析及處理方法

馬建賓 吝軍鋒

(陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西 神木 719300)

某火力發(fā)電廠引進汽輪機型號為N600-16.7／538/538，為600MW中間再熱凝汽式汽輪機，由齒形軸封、閥門、管道、軸封加熱器、軸加風機等設備組成。軸封的作用一是防止高壓側軸端的蒸汽外漏，造成主機潤滑油進水及環(huán)境污染；二是防止空氣漏入低壓側，凝汽器真空降低，效率下降；三是回收熱量及工質，保證機組的正常啟停及運行。

1 軸封工作原理

汽輪機軸封系統(tǒng)的作用是在汽輪機的軸端形成蒸汽密封，防止高壓部分缸內的蒸汽外漏造成軸承油內進水和蒸汽能量損失；同時防止真空部分外界空氣順轉軸漏進汽缸，影響機組真空和運行安全。在汽機開始啟動或低負荷時，所有汽缸內的壓力低于大氣壓力，汽封蒸汽通過軸封母管送入X腔室，一部分通過汽封片進入汽缸，另一部分進入另一側的Y腔室。Y腔室則由于汽封蒸汽冷凝器的作用，始終保持低度負壓，Y腔室內的蒸汽與空氣的混和物通過連接管道進入汽封蒸汽冷凝器。

2 汽輪機軸封系統(tǒng)常見故障分析

2.1 #4 機軸加進、出口法蘭嚴重泄漏分析

2007 年7 月12 日，#4機組安裝調試后準備開機過168小時試運行。凌晨2：30，汽機側投入軸封和真空系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)軸加水封破壞，重新對U型管注水。2：40，DCS上軸加液位高測點動作黃閃，運行人員未發(fā)現(xiàn)，軸加水側旁路門被連鎖開啟，進出水門聯(lián)鎖關閉，軸封冷卻器出口溫度由正常的32℃持續(xù)升高至166℃，軸加壓力升至正壓，備用軸加風機自啟。直至4：40運行人員DCS畫面檢查，才發(fā)現(xiàn)軸加水側退出，即投入軸加水側，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)軸加進出口法蘭嚴重泄漏，停機檢修。

原因分析：因軸加水封被破壞，注水操作時，發(fā)出軸加液位高報，聯(lián)鎖開啟旁路閥后關閉軸加進、出口閥。因軸加水側進、出口閥已關，基本上無水流過軸加水側，無法保證軸加汽側蒸汽正常凝結，軸加汽側變?yōu)檎龎海?lián)動備用軸加風機。軸加隨著軸封蒸汽對軸加不斷加熱，溫度不斷升高，軸加水側膨脹。直至兩小時后才發(fā)現(xiàn)軸加水側退出，立即投入軸加水側，大量的水瞬間進入軸加水側，此時的凝結水溫度為38℃，軸加迅速冷卻收縮，法蘭墊片破裂，軸加端面嚴重泄漏。

2.2 #4 機滿負荷運行時軸加滿水分析

2008 年4 月27 日，#4機組剛開機運行一天，07：02分，負荷從150MW升至300 MW時，軸加液位高報警，就地檢查軸加水位升高到20 cm，即開大軸加疏水至凝汽器手動門，液位高報消失。7：12和7：14分，軸加液位高報發(fā)出后即消失；運行人員未到就地檢查軸加水位，7：18，軸加汽側壓力由-4.7 kPa開始上升，同時A軸加風機過流跳閘，B軸加風機因軸加汽側壓力升高時聯(lián)鎖啟動即跳閘。直至7：25，軸加液位高報重新發(fā)出，運行人員發(fā)現(xiàn)軸加風機跳閘，軸加汽側壓力已達9 kPa，就地軸加滿水，立即開大軸加疏水至凝汽器手動門，重新啟動A軸加風機運行。

原因分析：發(fā)生此次軸加滿水的異常情況，主要系開機過程，軸加疏水至凝汽器手動門開度偏小所致。在機組從150 MW升負荷至300 MW時，因軸封汽量增加，冷凝后的疏水量增大，無法及時排至凝汽器，在7：02第一次發(fā)現(xiàn)軸加液位高時，調整軸加疏水至凝汽器手動門的開度量偏小，又發(fā)出了連續(xù)二次軸加液位高報，因測點故障，報警立即消失，運行人員未能引起重視及時到就地進行確認，造成了軸加水位持續(xù)上升，最終發(fā)生了滿水，軸加風機抽水過載跳閘。

2.3 #2 機開機過程中主機潤滑油進水

2010 年4 月13 日晚班，＃2機組停運后，退出軸封系統(tǒng)運行，關閉輔汽至軸封隔離總閥及輔汽閥門站軸封供汽電動閥及旁路電動閥。15日晚班，＃2機開機，運行人員微開輔汽至軸封隔離總閥，并打開輔汽供軸封閥門站前疏水閥進行疏水。16日夜班，發(fā)現(xiàn)主機潤滑油箱油位上漲了8 mm，立即關閉輔汽至軸封隔離總閥，而后主機油箱油位基本穩(wěn)定。化學化驗主機潤滑油進水，主機進行濾油，延誤了開機時間。

原因分析：此次主機潤滑油中進水的主要原因是在停機操作退軸封時，只關閉了輔汽閥門站供軸封電動閥，電動閥前手動隔離閥未關閉，閥門未完全隔絕，軸封母管上的疏水閥在關閉狀態(tài)，造成軸封長時間疏水過程中，軸加風機未運行，輔汽進入軸封系統(tǒng)，主機汽封處的壓力升高，由于主機軸承處的負壓，蒸汽被吸入潤滑油中。

2.4 #4 機開機過程中主機潤滑油進水

2012 年3 月21 日白班，#4機開機，14：30投運軸封系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)軸加水位計底部法蘭漏水。運行人員應檢修要求，將軸加水側切至旁路，關閉軸加凝結水進、出口閥，交給檢修處理軸加水位計缺陷。16：20汽機專業(yè)要求檢修立即停止軸加水位計檢修工作，投入軸加水側，化驗主機潤滑油質，潤滑油中含水達2 740 mg/L（正常在100mg/L），安排檢修進行濾油，直至29日9：30主機潤滑油中含水合格。

原因分析：因檢修處理軸加水位計泄漏，要求運行人員將軸加水路切至旁路，隔絕主路。軸加水位計是汽側的水位計，根本無需將水側切至旁路，但運行人員未經(jīng)思考，就將軸加水側切至旁路，從而造成軸封加熱器的回汽無法正常冷凝，而軸加疏水尚未切至凝汽器，仍排入地溝，疏水不暢，軸加汽側壓力升高，導致主機軸封回汽無法正常排至軸封加熱器，最從軸端冒出，沿主軸竄至主機軸承箱，引起主機潤滑油水分超標。

3 防范措施

3.1 二期#3、4機組在調試時多次發(fā)生"軸加水位高跳軸加水側"聯(lián)鎖保護動作，但由于汽側無法解列，調試設計并不合理，即取消"軸加水位高退出軸加水側"的邏輯聯(lián)鎖，軸封系統(tǒng)正常運行后，嚴禁水側退出運行。

3.2 "軸加液位高"預示著軸加疏水系統(tǒng)異常，可能引起軸加風機抽水，主機潤滑油進水等事故，機組籌建設計上僅在DCS上有一個開關量測點高報時會閃爍，沒有硬光字牌報警，導致運行人員未能及時發(fā)現(xiàn)軸加液位高異常，故增加該報警至硬光字牌報警中，便于運行人員及時發(fā)現(xiàn)處理。

3.3 #4 機在籌建設計上軸加液位高報值偏低。軸加就地水位全量程為30 cm，當就地水位計水位升至10 cm時，軸加水位高發(fā)出，但實際上軸加水位還很低，將軸加水側退出運行顯然是不合理的。重新調整軸加液位高報值至20 cm。

3.4 #4 機軸加疏水至凝汽器U型管設計不合理，U型管道太短，導致正常運行中，負荷變化大時，軸封蒸汽量變化引起軸加水封經(jīng)常遭到破壞，需要重新注水。這也是#4機軸封發(fā)生異常最多的原因。

3.5 正常運行中，若U形水封被破壞，注水操作關小軸加疏水至凝汽器疏水閥時，應緩慢，同時嚴禁將軸加疏水至凝汽器疏水閥全關，否則必然造成疏水滯流。

3.6 軸封加熱器水側退出運行，重新投入時應緩慢，以減緩熱脹冷縮對系統(tǒng)的影響。

3.7 若發(fā)生軸加液位高時，應立即檢查軸加疏水溫度、軸加汽側壓力、軸加風機電流，并安排專人在就地監(jiān)視軸加水位。

3.8 停機時應按停機操作卡要求隔絕輔汽至軸封隔離總閥及輔汽供軸封閥門站手動隔離閥，并且應觀察軸封溫度下降，確保軸封系統(tǒng)各閥門完全隔絕。

3.9 修改操作卡，在停機操作卡中明確要求：在停機后應打開軸封母管上的疏水閥，避免開機過程中少量蒸汽進入軸封，無法排走而竄入主機潤滑油中。

3.10 若長時間投運軸封，而未啟動軸加風機或抽真空，均可能造成主機油中進水，故應控制其工作節(jié)點，盡早保證主機汽封處于一定的負壓。

結語

綜上所述，在汽輪發(fā)電機組運行工作中，軸封系統(tǒng)及其操作并不復雜，監(jiān)視參數(shù)也不多，反而一些小的異常現(xiàn)象出現(xiàn)容易被運行人員忽視，最終導致潤滑油進水、軸加風機損壞等異常發(fā)生，延誤了開機時間。運行人員應掌握軸封系統(tǒng)的工作原理，熟知系統(tǒng)流程，明確軸封系統(tǒng)投退的危險點，加強監(jiān)視和細心調整，確保機組在最佳真空下經(jīng)濟運行。

[1]王秋會.汽輪機軸封系統(tǒng)改造探析[J].湖北電力，2007(S2).

[2]盧崗躍，閻保康.國產(chǎn)600MW汽輪機組軸封系統(tǒng)的技術改造及效果分析[J].華東電力，2002(03).