某上汽1000MW機(jī)組試運(yùn)期間軸封系統(tǒng)問題探討

楊森

（大唐三門峽電力有限責(zé)任公司，河南 三門峽 472143）

軸封系統(tǒng)是汽輪機(jī)組的重要組成之一，其主要作用，一是在壓力區(qū)段防止進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽外泄，確保蒸汽都能沿著汽輪機(jī)的葉柵通道前進(jìn)做功，提高汽輪機(jī)的效率；二是在真空區(qū)段防止冷空氣進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)，以免轉(zhuǎn)子遇冷出現(xiàn)熱彎曲，同時保證汽輪機(jī)組有良好的真空，提高汽輪機(jī)的做功能力。軸封系統(tǒng)若發(fā)生異常，可能會導(dǎo)致機(jī)組漏真空，降低經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重的會引起動靜部分摩擦，軸承振動變大，甚至發(fā)生磨軸現(xiàn)象，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行。某廠新安裝的百萬機(jī)組采用上海汽輪機(jī)廠與西門子聯(lián)合設(shè)計的組合積木塊式HMN機(jī)型，其軸封系統(tǒng)對壓力和溫度要求較高，在調(diào)試和投運(yùn)初期軸封系統(tǒng)發(fā)生了多起異常。

1 軸封系統(tǒng)簡介

該1000MW機(jī)組為四缸四排汽結(jié)構(gòu)，采用“N+1”軸承支撐，即高壓缸由兩個徑向軸承支撐，中壓缸和兩個低壓缸各由一個徑向軸承支撐，所有軸承座直接落在基礎(chǔ)上。高、中壓軸封段固定在高、中壓外缸體上，隨缸體膨脹移動；低壓缸的軸封段直接固定在軸承座上，與支撐在凝汽器上的低壓外缸之間用補(bǔ)償波紋管連接。高壓缸前端軸封有4個腔室，后端有3個腔室，軸封供汽至前端第三個腔室和后端第二個腔室；前端第二個腔室和后端第一個腔室的漏汽直接引入中低壓連通管做功，以提高經(jīng)濟(jì)性。中、低壓缸的軸封供汽均從內(nèi)側(cè)腔室進(jìn)入，從外側(cè)腔室回至軸封回汽母管上，如圖1所示。汽缸各端軸封回汽管道上均安裝有蝶閥，以調(diào)整各軸端的軸封回汽量。軸封系統(tǒng)采用自密封設(shè)計，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于70%時，高壓缸、中壓缸的軸端排汽量超過低壓缸所需的供汽量時，低壓缸的汽封用汽就由高、中壓缸軸端漏汽供應(yīng)，此時供汽調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，通過溢流調(diào)節(jié)閥將多余的蒸汽排入凝汽器或#8低加內(nèi)，以維持軸封母管的壓力。

圖1

該機(jī)型軸封供汽系統(tǒng)設(shè)計較為獨(dú)特，有幾個顯著的特點(diǎn)，與常見的西屋機(jī)型軸封系統(tǒng)存在較大的差異。一是該機(jī)型所需軸封供汽壓力較低，僅為3.5kPa，遠(yuǎn)低于常規(guī)機(jī)組軸封壓力定值，這有賴于其供汽接口的設(shè)計位置。二是軸封壓力測量裝置不設(shè)在軸封母管上，而是在母管上引出一個脈沖管，伸出汽輪機(jī)平臺地面，在脈沖管上與汽輪機(jī)中心線平齊的高度處安裝壓力測點(diǎn)，以此處壓力作為軸封供汽壓力的監(jiān)測調(diào)整值（見圖2）。三是高、中、低壓缸軸封供汽為一根母管，不分設(shè)高壓軸封供汽和低壓軸封供汽母管，無低壓部分軸封溫度調(diào)節(jié)裝置。四是軸封供汽對溫度要求較高，由于軸封供汽為一根母管，為照顧各缸軸端金屬溫度，使供汽溫度與之相匹配，該機(jī)型要求機(jī)組正常運(yùn)行時軸封供汽溫度為280～320℃。由于機(jī)組運(yùn)行時輔汽的用戶較少，導(dǎo)致輔汽溫度偏低，難以達(dá)到軸封供汽溫度的要求，因此系統(tǒng)中設(shè)置電加熱器對軸封供汽溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖2

2 試運(yùn)期間軸封系統(tǒng)發(fā)生的問題與措施

2.1 初次投運(yùn)軸封時回汽不暢

初次投運(yùn)軸封系統(tǒng)時將壓力設(shè)置為3.5kPa，發(fā)現(xiàn)高、中壓缸處軸封大量冒汽，而低壓缸各端軸封向內(nèi)吸氣。逐步將軸封壓力提高至6.5kPa，發(fā)現(xiàn)各瓦處均大量冒汽，且軸封壓力波動較大，高輔至軸封供汽調(diào)門波動頻繁，此時各軸端回汽門均已全開，沒有其他的調(diào)節(jié)手段。分析懷疑回汽管道局部存在積水，導(dǎo)致回汽不暢，使蒸汽從軸封處冒出。將軸封母管上各處疏水門全部打開后依然無效。就地排查軸封系統(tǒng)管道，發(fā)現(xiàn)在中壓缸前端軸封回汽管處有一個“U”型低點(diǎn)，且該處無放水管道。將中壓缸前端軸封回汽門法蘭螺栓拆除后，發(fā)現(xiàn)該管道內(nèi)積聚大量疏水，導(dǎo)致回汽無法正常進(jìn)入軸封加熱器內(nèi)。找到問題后，結(jié)合現(xiàn)場管道實際位置，在該低點(diǎn)處增加了一路疏水，將其直接接入軸封回汽至軸封加熱器的入口，使管道內(nèi)積水直接排至軸加，解決了該處積水的問題。再次投運(yùn)后狀況明顯改善，軸封壓力設(shè)置在6.5kPa后，調(diào)整各回汽門使各軸端均處于輕微冒汽的狀態(tài)。但軸封母管壓力為6.5kPa，高于設(shè)計值（3.5kPa）。

2.2 軸封母管壓力異常波動

該機(jī)組在初次沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)后發(fā)現(xiàn)軸封母管壓力頻繁波動，調(diào)門反復(fù)調(diào)節(jié)始終無法維持在某一個壓力范圍內(nèi)。經(jīng)檢查調(diào)門、系統(tǒng)管道等均無異常。進(jìn)一步核對設(shè)計圖紙發(fā)現(xiàn)，壓力測點(diǎn)安裝在汽機(jī)房8米層軸封供汽母管上，靠近高壓缸供汽接口處，這與設(shè)計的壓力脈沖管處安裝壓力測點(diǎn)不相符。根據(jù)上汽提供的測點(diǎn)布置要求，供汽母管的壓力應(yīng)能夠真實反映汽缸中分面處的汽封壓力，據(jù)此設(shè)計院專門在軸封母管上設(shè)計壓力脈沖管，將一根φ89的管道從軸封母管上伸至17米平臺上，在平臺上與汽缸中分面水平的位置安裝壓力取樣裝置。而安裝單位由于未能理解該設(shè)計的用意，沒有按照圖紙要求安裝壓力脈沖管，導(dǎo)致測量的壓力不準(zhǔn)，不能滿足系統(tǒng)要求，頻繁調(diào)節(jié)。后來利用調(diào)試期間機(jī)組停運(yùn)的機(jī)會按照設(shè)計圖安裝壓力脈沖管及壓力取樣裝置，再次投運(yùn)后軸封母管壓力較為穩(wěn)定，沒有明顯波動，但軸封母管壓力高于設(shè)計值的問題未能解決。

2.3 軸封供汽母管溫度異常

該機(jī)組在初次沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)后除了軸封壓力波動之外，另一個突出問題就是供汽母管溫度偏高，在高負(fù)荷時系統(tǒng)中測點(diǎn)T1和T2都達(dá)到了400℃以上，經(jīng)過對管道實際測量，確認(rèn)測量正確，這嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行，尤其是高出低壓缸進(jìn)汽溫度太多，影響低壓缸的安全。經(jīng)過對現(xiàn)場管道布置方式和安裝圖紙的比對，并咨詢上汽技術(shù)人員，發(fā)現(xiàn)高調(diào)、中調(diào)及補(bǔ)汽閥門桿漏汽至軸封溢流管道的安裝位置錯誤（見圖2）。現(xiàn)場高調(diào)門門桿漏汽、中調(diào)門門桿漏汽及補(bǔ)汽閥門桿漏汽管道接在軸封供汽母管的大小頭前φ325管道上，與原設(shè)計接至大小頭后φ406的管道上不符。根據(jù)上汽技術(shù)人員的設(shè)計思路，將這三趟管道接在大小頭后的目的就是為了在負(fù)荷較高時減輕溢流管道的壓力，使其接近溢流調(diào)門，直接將門桿漏汽通過溢流調(diào)門排至凝汽器。而接在大小頭前的情況下，在負(fù)荷較高時，門桿漏汽與高、中壓缸軸封漏汽互相排擠，不能順利排至凝汽器，使進(jìn)入軸封母管的蒸汽量及溫度均高于設(shè)計值。該廠利用調(diào)試期間機(jī)組停運(yùn)的機(jī)會，按照設(shè)計圖將三根門桿漏汽管道按照設(shè)計接口安裝后發(fā)現(xiàn)T2明顯降低，在高負(fù)荷時T2維持在340℃左右，雖仍高于上汽給定的溫度范圍，但勉強(qiáng)可以接受維持運(yùn)行。但高負(fù)荷時T1仍達(dá)到404度左右。

圖3

3 軸封現(xiàn)有問題分析

經(jīng)過檢修和局部重新施工，目前該機(jī)組軸封系統(tǒng)能夠滿足正常運(yùn)行，但是仍存在軸封母管壓力高于設(shè)計值和自密封狀態(tài)時T1、T2溫度偏高的問題。經(jīng)過對同類型的運(yùn)行狀況較好的機(jī)組實地觀摩，對照上汽廠給出的系統(tǒng)圖（圖1）和實際安裝后系統(tǒng)圖（圖3）分析，認(rèn)為造成這兩個異常的原因均屬于設(shè)計問題，主要有以下三點(diǎn)。

3.1 軸封溢流管道的接口設(shè)置有誤

上汽給出的系統(tǒng)圖中顯示，軸封溢流管道與軸封供汽母管的接口位置在高、中壓缸之間。這樣設(shè)計的目的是在高負(fù)荷情況下讓高壓缸兩端的軸端漏出的高溫蒸汽向高中壓缸之間匯集，凝汽器的負(fù)壓對高壓缸和中壓缸兩端均有一定的作用，使這些漏汽能夠在凝汽器負(fù)壓的作用下充分混合，并通過溢流調(diào)門的開度控制輸送至凝汽器的蒸汽量，以保證供汽母管的壓力。同時剩余的蒸汽在經(jīng)過中壓缸時與中壓缸末端漏出的蒸汽混合，溫度被降低至300℃左右供至低壓缸，滿足其供汽的溫度需求。而該廠的軸封溢流管道接口設(shè)置在軸封供汽母管上高壓缸的后端，距離較遠(yuǎn)，使得凝汽器負(fù)壓對高壓缸前端和中壓缸漏汽的作用有限，溢流作用不太明顯，導(dǎo)致高負(fù)荷時母管壓力偏高且高壓缸前端的部分高溫蒸汽進(jìn)入低壓缸供汽，使T2溫度偏高約20℃左右。

3.2 高輔至軸封供汽管道接口設(shè)置有誤

上汽的系統(tǒng)圖中軸封供汽管道接口位于中壓缸和低壓I缸中間的供汽母管上，該處基本處于整個汽輪機(jī)軸系的中間位置上，在此處供汽只需要很小的壓力就可以使兩端均達(dá)到供汽的目的。而該廠的軸封供汽管道接口位于高壓缸的前端處，這導(dǎo)致母管的壓力需要適當(dāng)?shù)奶岣卟拍軐⑤S封蒸汽送至低壓II缸的末端。這是導(dǎo)致在非自密封狀態(tài)下軸封母管壓力高于設(shè)計值的原因。

3.3 溫度測點(diǎn)T1的安裝位置有誤

上汽給出的系統(tǒng)圖中T1的位置應(yīng)該在高、中壓缸之間，溢流管接口之后，按照蒸汽的流向來講其測得的應(yīng)該是中壓缸的漏汽溫度或者是高、中壓缸漏汽混合后供向低壓缸的蒸汽溫度。而該廠T1測點(diǎn)的安裝位置在高壓缸前端供汽口處，在自密封狀態(tài)下實際測得的是高壓缸前端漏汽溫度，不能真實的反映出軸封供汽母管供至低壓缸的溫度，不具有代表性。

4 結(jié)語

上汽1000MW機(jī)組軸封系統(tǒng)的設(shè)計理念有其特殊之處，在機(jī)組設(shè)計階段應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計院和制造廠的溝通，充分理解每一個設(shè)計的意圖；在安裝階段應(yīng)加強(qiáng)對安裝單位的管理和監(jiān)督，嚴(yán)格按照設(shè)計施工，盡量避免無手續(xù)的改變設(shè)計。這也為其它同類型機(jī)組的安裝提供了經(jīng)驗，在施工時注意軸封系統(tǒng)各接口位置、管道走向，以及溫度、壓力等測點(diǎn)的布置方式，將有利于避免類似異常的發(fā)生。

[1]戎朝陽，胡珊君.1000MW超超臨界汽輪機(jī)軸封汽溫控制[J].發(fā)電設(shè)備，2010,24（4）:261-264.

[2]劉磊，張秋生，何志永，梁華.1000MW汽輪機(jī)軸封控制現(xiàn)狀及優(yōu)化[J].中國電力，2016，(06):43-47.