超超臨界660MW機(jī)組軸封蒸汽電加熱器故障引起汽輪機(jī)振動(dòng)大分析處理

王戰(zhàn)鋒，田寧

（陜西商洛發(fā)電有限公司，陜西商洛，726007）

1 設(shè)備概況

某發(fā)電公司#2 機(jī)組是新建的660MW 機(jī)組，汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限責(zé)任公司制造，型號(hào)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(jī)。本機(jī)組所有汽封均為金屬迷宮式結(jié)構(gòu)，軸封系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)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(jī)組熱態(tài)、極熱態(tài)狀態(tài)下對(duì)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(yīng)力過大，影響轉(zhuǎn)子壽命和造成膨脹不均產(chǎn)生動(dòng)靜碰摩，該機(jī)組配置軸封蒸汽電加熱器以滿足軸封供汽要求，#2 汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 #2 汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)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(jī)各工況下軸封供汽溫度的要求。裝置能根據(jù)蒸汽流向和溫度自動(dòng)啟、停并配置恒溫控制和連鎖安全保護(hù)等功能。軸封蒸汽電加熱器系統(tǒng)圖如圖2 所示，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)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(yùn)行工況：

（1）機(jī)組冷態(tài)到熱態(tài)階段（電加熱器不通電）：汽流方向A →B，主管道止回閥關(guān)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(jī)軸封蒸汽電加熱器系統(tǒng)圖

（2）熱態(tài)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?yàn)榉聪蛄鲃?dòng)，并發(fā)信號(hào)給電加熱器將出口溫度設(shè)定值變?yōu)?20℃；主管道止回閥開啟，電加熱器支管止回閥關(guān)閉；剛開始汽流溫度低于440℃，隨著機(jī)組負(fù)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(tài)。當(dāng)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(tài)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?yàn)檎蛄鲃?dòng)，將電加熱器出口溫度設(shè)定值變?yōu)?40℃，主管道止回閥關(guān)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(zhuǎn)到工作狀態(tài)，并迅速達(dá)到出口溫度440℃。

3 故障經(jīng)過

2019 年3 月4 日，#2 機(jī)組調(diào)試階段按計(jì)劃停機(jī)，22:00 機(jī)組打閘解列。

2019 年3 月5 日11:32，#2 機(jī)高壓缸內(nèi)壁金屬溫度486℃，鍋爐點(diǎn)火，機(jī)組準(zhǔn)備啟動(dòng)；

15:40 主蒸汽壓力8.8MPa，主蒸汽溫度532℃，汽機(jī)開始沖轉(zhuǎn)；

16:25#2 機(jī)組轉(zhuǎn)速1500rpm，2 瓦軸振升至136μm，2 瓦處就地有明顯摩擦聲，手動(dòng)打閘停機(jī)；停機(jī)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(guān)疏水管道、閥門，發(fā)現(xiàn)軸封電加熱器出口溫度顯示690℃，但是就地測(cè)量高、中壓前軸封供汽溫度只有263℃。

圖3 #2 汽輪機(jī)啟動(dòng)振動(dòng)大停機(jī)參數(shù)曲線

4 原因分析

（1）#2 機(jī)組沖轉(zhuǎn)后2 瓦軸振大，停機(jī)過程中最大238μm。就地檢查2 瓦處有明顯摩擦聲。此時(shí)高壓缸內(nèi)壁金屬溫度498℃，檢查發(fā)現(xiàn)軸封蒸汽電加熱器出口溫度顯示690℃，但是就地測(cè)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(dòng)靜摩擦機(jī)組振動(dòng)增大。

（2）汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)用于動(dòng)、靜間隙的密封防止高壓蒸汽泄漏和負(fù)壓區(qū)空氣漏入，超超臨界組軸封結(jié)構(gòu)間隙小、熱態(tài)時(shí)金屬溫度高，對(duì)軸封供汽溫度限制比較嚴(yán)，而軸封系統(tǒng)供汽汽源只有輔助蒸汽，輔汽溫度為250～300℃，在熱態(tài)啟停機(jī)時(shí)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(zhuǎn)子溫度相匹配，因此軸封蒸汽電加熱器一旦出現(xiàn)故障很容易造成軸封供汽溫度與轉(zhuǎn)子溫度不匹配，軸封段發(fā)生動(dòng)靜摩擦，嚴(yán)重時(shí)造成軸封抱軸甚至大軸彎曲等嚴(yán)重事故。

（3）通過對(duì)軸封蒸汽電加熱器結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(jī)后對(duì)軸封蒸汽電加熱器解體，發(fā)現(xiàn)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(shí)#2 機(jī)組啟動(dòng)時(shí)振動(dòng)大原因?yàn)楦邷剌S封段供汽溫度與金屬溫度不匹配，軸封段動(dòng)靜摩擦造成機(jī)組振動(dòng)大。

5 處理及防范措施

軸封蒸汽電加熱器對(duì)保證超超臨界機(jī)組熱態(tài)和極熱態(tài)安全啟停非常重要，由于#2 機(jī)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(jī)振動(dòng)大停機(jī)，直接中斷調(diào)試工作進(jìn)展，這樣嚴(yán)重威脅機(jī)組安全，同時(shí)造成大量人力、物力浪費(fèi)，滯后了工程建設(shè)時(shí)間，所以必須要消除影響軸封系統(tǒng)安全運(yùn)行的各種因素，制定有力的措施，杜絕異常情況發(fā)生。

圖4 #2 汽輪機(jī)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(tǒng)同類型閥門，修復(fù)軸封蒸汽電加熱器主管道止回閥。

（2）現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)高、中壓缸前軸封供汽溫度測(cè)點(diǎn)，便于運(yùn)行人員準(zhǔn)確掌握軸封供汽實(shí)際溫度和軸封蒸汽電加熱器工作情況。

（3）聯(lián)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(duì)其他機(jī)組同類型逆止門重新選型、更換，確保逆止門可靠，堅(jiān)決杜絕發(fā)生同類事件。

（4）機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，先投軸封后抽真空。以免汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子受到驟冷，高、中壓缸軸封供汽溫度與汽缸轉(zhuǎn)子金屬溫度差值不大于規(guī)定。

（5）在熱態(tài)、極熱態(tài)啟停階段保證軸封蒸汽電加熱器投運(yùn)正常并加強(qiáng)監(jiān)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(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，軸封供汽進(jìn)入自密封狀態(tài)，將軸封蒸汽電加熱器后疏水閥保持常開，電加熱器內(nèi)處于熱暖狀態(tài)，保證發(fā)生異常狀況需要輔助蒸汽供軸封時(shí)溫度滿足要求。

（7）將軸封蒸汽電加熱器電源從廠用汽機(jī)段改接至保安段，提高其工作的可靠性。

（8）機(jī)組運(yùn)行時(shí)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(jī)組軸封蒸汽電加熱器主管道止回閥門軸修復(fù)后，于3 月6 日11:00 #2 機(jī)組再次啟動(dòng)，檢查高、中壓前軸封供汽溫度達(dá)到400℃，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、暖機(jī)、定速過程中振動(dòng)正常。

6 結(jié)論

超超臨界汽輪機(jī)組對(duì)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(guān)系到汽輪機(jī)能否安全、可靠運(yùn)行，必須在機(jī)組啟停過程中重點(diǎn)監(jiān)視，設(shè)備維護(hù)中認(rèn)真檢查，防止因其故障造成軸封供汽溫度與轉(zhuǎn)子溫度不匹配而引起汽輪機(jī)組振動(dòng)增大、甚至發(fā)生軸封抱軸、大軸彎曲等事故的發(fā)生。