汽輪機低壓軸封系統的問題分析及改進措施

楊億骍，陳華梅，趙一成

（杭州汽輪動力集團股份有限公司，浙江杭州 310015）

0 引言

軸封系統是保證汽輪發電機組正常運行的必需熱力系統。低壓軸封系統作為軸封系統的重要組成部分，主要用于阻斷空氣進入汽輪機低壓缸，以保證空氣與蒸汽隔離的狀態，保持汽輪機低壓缸內的真空空間，促進凝汽反應的充分進行，進而為汽輪機的高效運行提供有力的熱力支撐。軸封的供汽溫度、穩定性以及汽輪機低壓軸封密封程度，會影響汽輪機組的正常運行和運行成本的可控性。

1 汽輪機低壓軸封系統存在的問題

1.1 進汽溫度控制效果不理想

目前，我國大部分電廠汽輪機應用的低壓軸封進汽系統的設計缺乏嚴謹性，控制技術不夠成熟，導致不同低壓缸軸封進汽普遍存在溫度差異，且沒有得到有效地控制[1]。在個別情況下，已經無法滿足軸封系統的正常運行溫度（121 ℃以上），甚至因低壓軸封進汽溫度失控，使運行溫度低至100 ℃以下，可能造成蒸汽不純凈、真空泄漏以及軸承振幅過大等情況。

低效的汽輪機低壓軸封系統運行狀態會造成資源損耗過量等問題。低壓軸封進汽溫度控制效果不理想與減溫器的干預有直接關系。一方面，蒸汽進入減溫器后會形成明顯的溫度差。當經過減溫器變溫后，蒸汽會通過各個低壓軸封進入到低壓缸內。因低壓軸封距離遠近不同，減溫器近處的軸封進入的蒸汽溫度會較接近減溫器變溫后的初始溫度，但是距離減溫器較遠的軸封進入的蒸汽溫度就會與其存在較大差異。另一方面，許多工作人員為快速達到均衡入汽溫度的目的，采取了調試減溫器的方法控制低壓軸封進汽溫度，但是作用效果并不理想，甚至造成了很大的麻煩。強制性改動減溫器的溫度設定值，在低壓軸封密封性無法得到保證的情況下很容易導致低壓軸封漏氣問題。汽封加熱器、汽封冷卻器、軸封加熱器的整體外形如圖1 所示。

1.2 未設計軸封漏氣和回汽溫度監視測點

傳統汽輪機組軸封系統的設計缺乏合理性，只設計了蒸汽進入軸封的單向進汽口，未根據汽輪機組的運行原理進行合理配置[2]。一方面，未在所有軸封口設置進汽監測點，只設置了總進汽監測點，無法精準監測各個軸封進汽口的進汽溫度，導致監測結果缺乏指導意義；另一方面，未設置回汽溫度的監測點，各軸封的回汽溫度無法被及時檢測到相關數據，導致在汽輪機組運行過程中回汽溫度的不確定性及不可控性，使回汽管內的通暢性及機組故障率受到影響，干擾相關工作人員，導致誤判軸封供汽情況，造成供汽壓力設置過低或過高，低壓軸密封效果下降，使空氣漏入低壓缸。

低壓軸封系統結構中，因系統內未設置軸封漏氣溫度的監測點，對于蒸汽壓力缺乏有效監測手段，給相關工作人員的巡察工作造成很壓力。要求人工作業達到實時監測漏氣溫度的效果很難實現，人不是機器，無法實現機械化、自動化作業，難免出現錯漏。為保證盡快發現漏氣現象，需要安排大量人員進行倒班，24 h 無休地進行監測作業，提高了人工成本。一旦人工監測出現疏漏，會造成蒸汽泄漏故障，蒸汽極有可能進入汽輪機組運行系統，導致部分子系統無法正常作業，甚至造成整個系統癱瘓的嚴重后果。

1.3 低壓軸封密封效果缺乏可靠的監控手段

國內電廠應用的密封效果普遍測試不全面，僅限于真空嚴密性試驗，且流程設計欠缺嚴謹性。執行流程時，需要首先控制真空泵保持關閉狀態，然后觀察凝汽器的垂直下降速度。如果發現速度遠高于正常運行速度，則軸封密封效果不符合標準。根據上一次凝汽器下降運行的超速情況，重新設定低壓軸封供汽壓力值，進行第二次試驗。通過反復試驗，粗略地確定低壓軸封的供汽壓力值，缺乏嚴謹性，只能保證汽輪機組的正常運行，而無法保證其運行在最佳狀態[3]。

傳統試驗方法的弊端明顯。一方面，試驗過程中需要關停真空泵，影響汽輪機組的正常運行。因此，只能有限次數地進行真空嚴密性試驗，在一定程度上削弱了對低壓軸封密封程度的監測效果，進而造成監測的滯后性。另一方面，該試驗的操作風險極大，在反復執行真空泵關、開操作時如果有意外情況發生，將導致再次啟動不利，可能造成整個汽輪機組癱瘓，造成不必要的損失。

1.4 軸抽風機漏水及出口積水

汽輪機組正常運行過程中，軸抽風機會發生運行漏水以及出口處積水等意外。隨著汽輪機組的老化，意外情況出現的概率越來越高。從運行安全角度看，低壓軸抽風機漏水及出口積水是汽輪機組運行的重大隱患，可能造成蒸汽的物態性質變化，使蒸汽變成水，回流到低壓軸封運行管道內，干擾汽輪組的運行效能。

2 低壓軸封系統改進措施

2.1 設計蒸汽強制保溫裝置

蒸汽經過軸封蒸汽減溫系統的降溫處置后，沒有有效的傳送裝置將降溫后的蒸汽送至各個汽輪機低壓軸封管內[4]。且因低壓軸封管入口距離減溫系統的遠近不同，導致各低壓軸封管內進入的蒸汽溫度有很大差異。所以，為了保證整個汽輪機組運行的最佳狀態，需要有針對性地增設蒸汽強制混合裝置，解決低壓軸封口入汽溫度問題。

通過系統地分析，可以在軸封蒸汽減溫系統出口位置加裝數字智能化蒸汽強制混合控溫裝置，并在程序中設置強制執行系統，預設恒溫傳送信息執行指令，以保證經過統一降溫處理后的蒸汽能夠通過恒溫管道，傳送到指定低壓軸封管內，有效解決低壓軸封進汽溫度控制效果不理想的問題。

2.2 調整汽輪機低壓軸封系統運行方式

（1）調整汽輪機低壓軸封系統的直接關聯系統——噴水減溫系統的運行方式：①通過改變軸封減溫系統的輸入水源，用性質穩定的凝輸水代替凝結水，保證凝水壓力時刻處于穩定的狀態，提高出汽溫度的統一性；②改進減溫水裝置噴頭，改用霧化性能較好的噴頭，以防止蒸汽和水混合噴出。

（2）提高低壓軸封供汽溫度的最高限制，從原定的140 ℃提高至170 ℃，以拓寬低壓軸封供汽溫度的調節限域。增加對低壓軸封溫度的控制功能，以保證正常的軸封供汽壓力。將疏水系統對應的第一路疏水至凝汽器門的子系統有效開啟，并持續保持其開啟狀態，使汽輪機組能發揮最佳的運行效能。

2.3 優化低壓軸封進汽壓力的控制方案

傳統的汽輪機組設計中，低壓軸封進汽壓力控制系統執行的是定壓控制流程，只有在軸封管內進汽壓力達到最高限制時才會觸發系統反射執行程序，屬于單向調節。但是，在汽輪機組的實際運行過程中，單向調節的效果是遠遠不夠的，要想實現對低壓軸封進汽壓力的有效調控，應改進現行進汽壓力控制方案。首先，將單向調節改為雙向控制調節，并引入低壓軸封回汽溫度作為被調對象。在進汽壓力控制裝置中加入交換器，以保證雙向調節系統運行的流暢性，調節系統的限域峰值可以根據汽輪機組的實際運行情況進行設置調整。針對低壓軸封進汽壓力和回汽壓力的控制值進行分別設置，以實現低壓軸封進汽壓力的優化控制，并能夠合理地進行自動控制。

2.4 對軸抽風機及出口積水采取措施

針對汽輪機組運行過程中常見的軸抽風機出口處凝結水回流的問題，分析其主要原因是運行過程中軸抽風機出口旁路口被動打開，使軸抽風機的排氣功能受阻，造成廢氣的內循環及堆積，軸封加熱器內的負壓降低，內部回汽壓力升高，導致回汽不暢。為有效實現廢氣的標準排放，緩解軸封加熱器內的回汽壓力，提升軸封回汽量，達到控制軸封冒汽量的效果，將軸封加熱器內的水位提至50%處。

從汽輪機組各子系統的協調運行機制角度分析，汽輪機組內的各個子系統運行狀態是相互關聯、相互影響的。機組運行狀態的良好可以提升汽輪軸封回汽系統的運行效果，汽輪機軸封回汽系統的運行狀態也會促進汽輪機組的整體運行效果。由此可見，改善汽輪機組及汽輪軸封回汽系統的運行峰值，可以有效規避軸封漏氣和油中進水的運行缺陷問題，進而促使汽輪機組的真空嚴密性達到最佳（峰值小于180 Pa），全面提升汽輪機組運行的經濟性。

3 結束語

通過對蒸汽強制保溫裝置的有效改良，實現對進汽和回汽溫度的科學控制，達到低壓軸封缸內氣壓標準運行的目的。通過對汽輪機低壓軸封系統運行方式及軸封進汽壓力的控制方案的進一步優化和改良，達成了對汽輪機組整體運行狀態以及各子系統自運行狀態的有效控制，并科學、有效地規避了軸封漏氣、回水、倒流，以及抽風機出口積水等運行缺陷，提高汽輪機組運行的安全性，為電廠汽輪機組運行經濟效能的提高提供了有力的技術支撐，為我國火力發電廠的持續健康發展奠定了技術基礎。