超超臨界660MW機組軸封蒸汽電加熱器故障引起汽輪機振動大分析處理

王戰鋒，田寧

（陜西商洛發電有限公司，陜西商洛，726007）

1 設備概況

某發電公司#2 機組是新建的660MW 機組，汽輪機為東方汽輪機有限責任公司制造，型號為CJK660/609-28/0.4/600/620，型式為高效超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸二排汽、間接空冷抽汽凝汽式汽輪機。本機組所有汽封均為金屬迷宮式結構，軸封系統正常運行時為自密封方式，啟停或事故情況下由輔助蒸汽提供汽源。由于輔助蒸汽溫度無法滿足機組熱態、極熱態狀態下對軸封供汽溫度的要求（371～440℃），為避免軸封段金屬和蒸汽溫度偏差大造成熱應力過大，影響轉子壽命和造成膨脹不均產生動靜碰摩，該機組配置軸封蒸汽電加熱器以滿足軸封供汽要求，#2 汽輪機軸封系統如圖1 所示。

圖1 #2 汽輪機軸封系統圖

2 軸封蒸汽電加熱器介紹

軸封蒸汽電加熱器主要用于加熱軸封供汽，以滿足汽輪機各工況下軸封供汽溫度的要求。裝置能根據蒸汽流向和溫度自動啟、停并配置恒溫控制和連鎖安全保護等功能。軸封蒸汽電加熱器系統圖如圖2 所示，整個系統設備集成在電加熱器模塊中。

軸封蒸汽電加熱器有以下幾種運行工況：

（1）機組冷態到熱態階段（電加熱器不通電）：汽流方向A →B，主管道止回閥關閉，電加熱器支管止回閥打開，汽流通過電加熱器支管供汽。

圖2 #2 汽輪機軸封蒸汽電加熱器系統圖

（2）熱態階段工況1（電加熱器通電）：汽流方向B →A,差壓變送器判斷流向為反向流動，并發信號給電加熱器將出口溫度設定值變為320℃；主管道止回閥開啟，電加熱器支管止回閥關閉；剛開始汽流溫度低于440℃，隨著機組負荷升高，溫度逐漸升高，最終將超過440℃；此工況下電加熱器不加熱，保持備用狀態。當漏汽溫度超過440℃，通過孔板作用將電加熱器腔室溫度通過孔板控制在440℃左右。

（3）熱態階段工況2（電加熱器通電）：汽流方向A →B,差壓變送器判斷流向為正向流動，將電加熱器出口溫度設定值變為440℃，主管道止回閥關閉，電加熱器支管止回閥打開，320℃汽流通過電加熱器支管供汽。軸封電加熱器在處于熱備用（440℃）的情況下，轉到工作狀態，并迅速達到出口溫度440℃。

3 故障經過

2019 年3 月4 日，#2 機組調試階段按計劃停機，22:00 機組打閘解列。

2019 年3 月5 日11:32，#2 機高壓缸內壁金屬溫度486℃，鍋爐點火，機組準備啟動；

15:40 主蒸汽壓力8.8MPa，主蒸汽溫度532℃，汽機開始沖轉；

16:25#2 機組轉速1500rpm，2 瓦軸振升至136μm，2 瓦處就地有明顯摩擦聲，手動打閘停機；停機過程中2 瓦軸振最大238μm。就地檢查2 瓦處有明顯摩擦聲。檢查軸封電加熱器及相關疏水管道、閥門，發現軸封電加熱器出口溫度顯示690℃，但是就地測量高、中壓前軸封供汽溫度只有263℃。

圖3 #2 汽輪機啟動振動大停機參數曲線

4 原因分析

（1）#2 機組沖轉后2 瓦軸振大，停機過程中最大238μm。就地檢查2 瓦處有明顯摩擦聲。此時高壓缸內壁金屬溫度498℃，檢查發現軸封蒸汽電加熱器出口溫度顯示690℃，但是就地測量高、中壓前軸封供汽溫度只有263℃，與軸封段金屬溫度偏差過大，造成該處動靜摩擦機組振動增大。

（2）汽輪機軸封系統用于動、靜間隙的密封防止高壓蒸汽泄漏和負壓區空氣漏入，超超臨界組軸封結構間隙小、熱態時金屬溫度高，對軸封供汽溫度限制比較嚴，而軸封系統供汽汽源只有輔助蒸汽，輔汽溫度為250～300℃，在熱態啟停機時必須依靠軸封蒸汽電加熱器加熱軸封供汽，以保證軸封汽溫與轉子溫度相匹配，因此軸封蒸汽電加熱器一旦出現故障很容易造成軸封供汽溫度與轉子溫度不匹配，軸封段發生動靜摩擦，嚴重時造成軸封抱軸甚至大軸彎曲等嚴重事故。

（3）通過對軸封蒸汽電加熱器結構分析，懷疑主管道止回閥故障未起到逆止作用，這樣輔汽供軸封蒸汽大量被旁路，導致軸封蒸汽電加熱器過流量小溫度高而且加熱器后供高、中壓前軸封蒸汽溫度低。于是停機后對軸封蒸汽電加熱器解體，發現主管道止回閥門軸斷裂、門板脫落（如圖4所示），符合之前所做的判斷。也證實#2 機組啟動時振動大原因為高溫軸封段供汽溫度與金屬溫度不匹配，軸封段動靜摩擦造成機組振動大。

5 處理及防范措施

軸封蒸汽電加熱器對保證超超臨界機組熱態和極熱態安全啟停非常重要，由于#2 機組軸封電加熱器主管道止回閥門軸斷裂，造成軸封供汽溫度低、汽輪機振動大停機，直接中斷調試工作進展，這樣嚴重威脅機組安全，同時造成大量人力、物力浪費，滯后了工程建設時間，所以必須要消除影響軸封系統安全運行的各種因素，制定有力的措施，杜絕異常情況發生。

圖4 #2 汽輪機軸封蒸汽電加熱器主管道止回閥門軸斷裂圖

（1）全面排查軸封系統同類型閥門，修復軸封蒸汽電加熱器主管道止回閥。

（2）現場增設高、中壓缸前軸封供汽溫度測點，便于運行人員準確掌握軸封供汽實際溫度和軸封蒸汽電加熱器工作情況。

（3）聯系制造廠家，分析軸封蒸汽電加熱器主管道止回閥門軸斷裂原因，立即對其他機組同類型逆止門重新選型、更換，確保逆止門可靠，堅決杜絕發生同類事件。

（4）機組熱態啟動時，先投軸封后抽真空。以免汽輪機轉子受到驟冷，高、中壓缸軸封供汽溫度與汽缸轉子金屬溫度差值不大于規定。

（5）在熱態、極熱態啟停階段保證軸封蒸汽電加熱器投運正常并加強監視檢查，維持高、中壓缸前軸封供汽溫度與缸溫相差符合要求。

（6）機組正常運行時，軸封供汽進入自密封狀態，將軸封蒸汽電加熱器后疏水閥保持常開，電加熱器內處于熱暖狀態，保證發生異常狀況需要輔助蒸汽供軸封時溫度滿足要求。

（7）將軸封蒸汽電加熱器電源從廠用汽機段改接至保安段，提高其工作的可靠性。

（8）機組運行時保持輔汽壓力大于0.55MPa，維持高中壓軸封母管壓力30KPa～40KPa。

#2 機組軸封蒸汽電加熱器主管道止回閥門軸修復后，于3 月6 日11:00 #2 機組再次啟動，檢查高、中壓前軸封供汽溫度達到400℃，汽輪機沖轉、暖機、定速過程中振動正常。

6 結論

超超臨界汽輪機組對軸封供汽溫度要求較高，軸封蒸汽電加熱器的工作性能直接關系到汽輪機能否安全、可靠運行，必須在機組啟停過程中重點監視，設備維護中認真檢查，防止因其故障造成軸封供汽溫度與轉子溫度不匹配而引起汽輪機組振動增大、甚至發生軸封抱軸、大軸彎曲等事故的發生。