汽輪機低壓軸封供汽溫度突降分析及對策

蘆海慶（寧夏大唐國際大壩發電有限責任公司，寧夏 吳忠 751607）

汽輪機低壓軸封供汽溫度突降分析及對策

蘆海慶
（寧夏大唐國際大壩發電有限責任公司，寧夏 吳忠 751607）

針對某發電公司600 MW汽輪機低壓軸封供汽溫度突然降低的異?，F象，分析其產生的根源并提出解決的辦法，實現了機組真空嚴密性合格，消除了設備隱患，保證了機組長期經濟、安全、穩定運行。

汽輪機；低壓軸封；供汽溫度；真空嚴密性

0 前言

汽輪機低壓軸封供汽可以防止空氣通過汽輪機低壓軸端徑向間隙漏入到低壓缸內，從而保證汽輪機的安全和經濟運行。汽輪機設置了一套軸封供汽系統，負責向低壓軸封提供連續不斷且可調整溫度和壓力的密封蒸汽。

1 汽輪機低壓軸封供汽溫度存在的問題

某公司5，6號汽輪機為東方汽輪機廠生產的NZK-16.7/538/538型亞臨界、中間再熱、單軸、雙缸雙排汽直接空冷機組，高、中壓合缸布置。汽輪機在機組高負荷長時間運行時，由于低壓缸軸封段存在泄汽不暢、低壓缸軸封段溫度變化大且汽封結合面處有水流出的現象，證明軸封段存在積水。長時間積水會導致軸封段密封差、真空嚴密性不合格，嚴重時使軸封段帶水，威脅汽輪機的安全運行。此機組在增加負荷時，存在機組汽輪機低壓軸封供汽溫度瞬間大幅下降的現象，最低下降到105 ℃，而后上升到170 ℃，低壓軸封供汽溫度變化較大。

2 汽輪機軸封系統運行方式

2.1 軸封系統密封及運行汽源

（1）該機組軸封系統（見圖1）為自密封系統，軸封供汽有3路汽源：啟停時，由輔助蒸汽及主汽門前主蒸汽供汽；正常運行時，靠高、中壓主汽門和調門等門桿漏汽和高壓軸封漏汽形成自密封。

汽輪機在啟動、停止過程中，軸封由低壓輔汽聯箱供汽，其定值分別為0.03 MPa，0.055 MPa。當軸封蒸汽聯箱壓力高于0.055 MPa時，溢流調整閥自動開啟，以保證軸封壓力正常。當汽輪機負荷低于30 %額定負荷時，汽輪機軸封用汽由低壓輔汽供給；當汽輪機負荷大于30 %額定負荷時，高、中壓軸封漏汽能夠滿足低壓軸封用汽，低壓軸封用汽由高、中壓軸封漏汽供給，即轉換為汽輪機自密封；此時低壓輔汽供軸封及再熱汽冷端供軸封調整門自動關閉。當汽輪機高、中壓軸封漏汽量過大使軸封壓力大于0.055 MPa時，溢流調整閥自動開啟，以保證軸封壓力正常。

（2） 在汽輪機正常運行中，汽輪機軸封系統設計為自密封式，具有設計合理、安全可靠、系統簡單、自動控制能力強等許多優點，且能夠滿足汽輪機各種運行工況的需要。該軸封系統既提高了汽輪機的做功能力，又減少了軸封的漏汽損失，確保機組有較好的經濟性。

2.2 機組運行對軸封供汽溫度的要求

（1） 軸封蒸汽的過熱度不應小于50 ℃，任何特殊情況下的過熱度不得小于14 ℃。

（2） 低壓軸封溫度要求大于120 ℃，但不得超過180℃，建議軸封蒸汽溫度設定為150 ℃。

（3） 為了避免出現大的熱應力而引起汽輪機轉子的損壞，高中壓缸汽封腔室的軸封汽與轉子金屬溫度之間的溫差不允許超過110 ℃，但在機組冷態啟動過程中允許短時間達到167 ℃。因低壓缸軸封處溫度較低，為了防止轉子產生過大的熱應力，必須嚴格控制汽輪機低壓軸封蒸汽溫度不高于180 ℃。

本機組采取了以下2種方法降低低壓軸封蒸汽溫度。

（1） 設置噴水減溫冷卻器，用凝結水作為冷卻介質，直接冷卻軸封蒸汽；所需要的軸封蒸汽溫度值可以通過溫度設定器來設定。這種冷卻方法能夠很好地適應工況快速變化的調節需要。

（2） 將低壓軸封蒸汽管道經汽輪機凝汽器喉部延伸到凝汽器內部，利用軸封蒸汽管道周圍流動的低壓缸低溫排汽來冷卻軸封汽。機組正常運行時，低壓軸封蒸汽經冷卻后溫度可下降20-30 ℃。

3 汽輪機低壓軸封蒸汽溫度突降原因分析

3.1 軸封供汽溫度大幅變化的共性原因

（1） 軸封供汽、溢流站排汽壓力調節閥、軸封供汽減溫水閥調節不夠靈活，對設定值進行跟蹤控制不及時。

（2） 軸封供汽噴水減溫器后溫度測點安裝位置不合理，過于靠近噴水減溫器。

（3） 低壓軸封蒸汽減溫器噴嘴霧化效果不好，水從噴嘴噴出后不能夠形成非常薄的均勻水霧，使汽輪機低壓軸封蒸汽系統帶水量增大，同時增加汽水分離器的負擔，出現汽水分離不徹底的現象。一旦低壓軸封蒸汽帶水量增大，并進入到疏水罐中后，當疏水罐下部疏水器疏水不暢時，就會使疏水罐內部水位升高并且長期保持一定高度的水位；這樣當低壓軸封蒸汽流過時會攜帶大量水分，并造成蒸汽溫度突然下降。

（4） 機組負荷大幅度變化時，低壓軸封蒸汽的流量會相應發生變化；而減溫水的變化滯后于蒸汽流量的變化，這就造成蒸汽帶水、溫度突降；而在低壓軸封蒸汽溫度低時，減溫水調門又自動關小，因而造成軸封蒸汽溫度突然升高、大幅波動。

3.2 該機組軸封供汽溫度大幅突降的原因

圖2中的曲線表明，在2012-04-20機組長時間高負荷運行期間，負荷沒有明顯變化，軸封壓力等參數調節正常，但低壓缸兩端軸封供汽溫度依然出現10 ℃左右波動（在171-158 ℃之間變化）。圖3示出2012-04-29機組負荷從464 MW增加到530 MW的過程中低壓缸軸封供汽溫度變化情況，軸封供汽溫度在5 min內突降58 ℃左右（兩端溫度由162/163 ℃下至103/105 ℃），最低至103 ℃，隨后恢復至166/167.9 ℃。

分析機組長時間高負荷運行期間及增加負荷過程中軸封供汽溫度變化情況，并對機組軸封系統進行全面檢查，排除了減溫水、軸封供汽壓力等因素的影響。

對系統布置進行分析后發現，由于軸封加熱器到低壓缸軸封段的回汽管路較長、回汽管壓損較大，影響了對端部軸封的回汽壓力，為此應適當加大軸封的負壓值。但由于高中壓軸封各軸封回汽腔室至軸封加熱器的路徑不同、阻力差別較大，高中壓軸封回汽排擠低壓軸封回汽和小汽輪機軸封回汽，導致低壓軸封和小汽輪機回汽困難、阻力增加，低壓軸封回汽腔室壓力升高，因此回汽腔室的蒸汽向外逸出。若單單提高軸封加熱器入口負壓，降低各軸封回汽系統壓力，減少軸封回汽腔室向外跑汽，則往往會伴隨著低壓軸封腔室內供汽量的不足，而很容易使空氣進入，造成真空嚴密性下降，危及機組安全經濟運行。

圖2 機組長時間高負荷運行期間軸封供汽溫度變化曲線

圖3 機組增加負荷過程中軸封供汽溫度變化曲線

4 采取的技術措施

（1） 軸封供汽溫度的設定值由150 ℃提高至160 ℃，以保證當低壓軸封蒸汽溫度突降時不低于100 ℃（低壓轉子軸封處的實際溫度約為80 ℃），防止汽輪機轉子軸封處蒸汽凝結，造成轉子表面溫度突降。

（2） 汽輪機正常運行中，將低壓軸封疏水罐疏水器旁路門開啟（0.5-1）圈，保證蒸汽中攜帶的水能夠及時排除掉。

（3） 檢修中徹底清理低壓軸封疏水罐疏水器內部雜質，并對各個部件進行除銹處理，同時對疏水器前、后管段進行水沖洗，既保證了疏水管道的暢通，同時也有效地防止了疏水器的卡澀。對軸封供汽溫度、壓力調節閥進行全面檢查，保證了其跟蹤的靈敏性。

（4） 停機后，對低壓軸封蒸汽減溫水系統進行徹底清理，對噴嘴進行清理修復，并進行了噴嘴霧化試驗，對噴嘴間隙進行了合理的調整，采取了運行中防止松動的措施，保證機組正常運行中，低壓軸封蒸汽減溫水噴嘴霧化均勻、無偏斜及水簾，達到了最佳的霧化效果。

（5） 檢查小機軸封段的漏汽影響，對小汽輪機軸封供汽、回汽門進行調整，減少小汽輪機軸封段漏汽量。

（6） 在機組檢修中，對汽輪機軸封進行改造，將原迷宮式汽封更換為王長春接觸式汽封，軸端密封效果好，減少了高中壓缸軸封漏汽，使得低壓缸軸封段回汽順暢。

5 采取措施的效果及建議

5.1 效果

采取以上措施后，汽輪機高負荷運行期間，不存在低壓缸軸封段冒汽、冷凝積水現象，保證了機組的安全運行。在機組增加負荷過程中，低壓缸軸封供汽溫度平穩，消除了大幅突降現象。

實驗數據表明，600 MW空冷機組真空度每降低1 %，煤耗增加1.1 g/kWh，提高真空度可有效降低煤耗。通過以上各種技術措施，真空嚴密性試驗合格率得以提高，避免了為保證真空嚴密性而提高低壓缸軸封供汽壓力的弊端，真空嚴密性由原來的250 Pa/min提高到100 Pa/min，真空嚴密性試驗達到了優秀值，經濟性顯著提高。真空嚴密性試驗合格，能夠有效控制凝結水溶氧，提高汽水品質及汽輪機效率。

5.2 建議

建議根據現場設備布置情況，將通往軸封加熱器的低壓缸軸封回汽管道單獨布置，徹底解決同一個回汽管道對低壓缸軸封段回汽的影響，以保證汽輪機、小汽輪機所有軸封段回汽順暢。

6 結束語

通過對汽輪機軸封系統存在問題的分析，查明了問題的原因并采取了有效措施，消除了低壓軸封供汽溫度突然下降的隱患，有效防止了因汽輪機轉子低壓軸封段溫度突變引起的熱應力變化對汽輪機轉子安全的威脅，避免了異常事件的發生，保證機組的長周期安全運行。同時，真空嚴密性試驗合格率提高，降低了機組供電煤耗，以控制小指標的方式確保了大指標的完成，實現了節能降耗，使機組始終以經濟方式運行。

1 吳季蘭.汽輪機設備及系統［M］.北京：中國電力出版社，1999.

2 李建剛.汽輪機設備及運行（第2版）［M］.北京：中國電力出版社，2010.

3 國家能源局.DL/T1290—2013直接空冷機組真空嚴密性試驗方法［S］.2013.

4 中華人民共和國發展和改革委員會.DL/T892—2004電站汽輪機技術條件［S］.2004.

2015-08-07。

蘆海慶（1973-），男，工程師，主要從事發電廠運行管理工作，email：lhq2650@sina.com。