王國琦，姚昌模，屈紫懿，魯冠軍

(1.廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東惠州516000;2.重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶400053)

0 前言

西門子1000MW汽輪機(jī)由上海電氣集團(tuán)聯(lián)合西門子公司設(shè)計(jì)，為單軸、四缸四排汽、反動(dòng)凝汽式。廣東惠州平海發(fā)電廠一期2×1000MW超超臨界燃煤機(jī)組就選用上述汽輪機(jī)，由于西門子1000MW汽輪機(jī)高、中壓缸軸封間隙較小(約為0.3mm)，且使用的液壓盤車力矩較電動(dòng)盤車力矩偏小。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，當(dāng)主機(jī)軸封處溫度發(fā)生顯著變化時(shí)，高、中壓缸端部軸封及軸封處大軸會(huì)發(fā)生急劇冷卻收縮，有可能導(dǎo)致軸封或汽缸內(nèi)部動(dòng)靜部分碰磨，進(jìn)而導(dǎo)致汽輪機(jī)大軸在軸封處抱死，影響單元機(jī)組的正常運(yùn)行。

目前國內(nèi)西門子1000MW汽輪機(jī)在浙江玉環(huán)電廠、上海外高橋電廠、天津國投北疆電廠均發(fā)生過軸封抱死的問題。為了避免上述問題給電廠安全和經(jīng)濟(jì)性造成影響，下面從廣東惠州平海發(fā)電廠軸封系統(tǒng)的作用、結(jié)構(gòu)及軸封供汽控制系統(tǒng)特點(diǎn)出發(fā)，分析有可能導(dǎo)致軸封抱死的原因及預(yù)防措施。

圖1 1000MW汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)

1 軸封系統(tǒng)的作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 軸封系統(tǒng)的作用

軸封系統(tǒng)的主要作用是向汽輪機(jī)、給水泵小汽輪機(jī)的軸封提供密封蒸汽，同時(shí)將各汽封的漏汽合理導(dǎo)出或抽出。在汽輪機(jī)的高壓區(qū)段，軸封系統(tǒng)的正常功能是防止蒸汽向外泄漏;在汽輪機(jī)的低壓區(qū)段，則是防止外界的空氣進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部，保證汽輪機(jī)有盡可能高的真空，以確保汽輪機(jī)組的高效率。

1.2 軸封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.2.1 軸封系統(tǒng)供汽汽源

如圖1所示，該廠軸封蒸汽系統(tǒng)有兩路汽源:在啟動(dòng)及停機(jī)時(shí)軸封蒸汽的汽源來自于輔汽聯(lián)箱，輔汽經(jīng)過減溫減壓后進(jìn)入軸封供汽母管，其中輔汽聯(lián)箱的汽源又來自于本機(jī)四抽、冷再、鄰機(jī)及啟動(dòng)鍋爐;隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，軸封供汽切至高中壓主汽閥、高中壓調(diào)閥及補(bǔ)氣閥等門桿漏汽供汽。在軸封供汽的母管上共有7路，分別引至高、中、低壓缸的端部軸封處。

1.2.2 軸封結(jié)構(gòu)

在汽輪機(jī)的高、中、低壓缸中，汽缸內(nèi)外壓差較大。正常運(yùn)行時(shí)，高壓缸軸封要承受很高的正壓差，中壓缸軸封次之，而低壓缸則要承受很高的負(fù)壓差，因此，這三個(gè)汽缸的軸封設(shè)計(jì)有較大的區(qū)別。為實(shí)現(xiàn)蒸汽不外漏、空氣不內(nèi)漏的軸封設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，除通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較小通過軸封的蒸汽(或空氣)的通流量外，還必須借助外部調(diào)節(jié)控制手段阻止蒸汽的外泄或空氣的內(nèi)漏，因此汽缸軸封必然設(shè)計(jì)成多段多腔室結(jié)構(gòu)。為阻止蒸汽不外泄到大氣，避免軸承的潤滑油中帶水，應(yīng)使與大氣交界的腔室處于微真空狀態(tài);為防止空氣漏入汽缸，應(yīng)使與蒸汽交界的腔室處于正壓狀態(tài)。

該廠西門子1000MW汽輪機(jī)軸封采用交錯(cuò)汽封片聯(lián)鎖密封和汽封齒式非聯(lián)鎖迷宮密封兩種形式，如圖2所示。在相對(duì)膨脹較小的區(qū)域采用交錯(cuò)汽封片聯(lián)鎖密封，在相對(duì)膨脹較大的區(qū)域則采用汽封齒式非聯(lián)鎖迷宮密封。

1)高壓缸軸封

圖2 1000MW汽輪機(jī)軸封的兩種結(jié)構(gòu)形式

如圖1所示，汽輪機(jī)高壓缸有兩個(gè)軸封，由于高壓缸前端軸封漏汽的壓力、溫度較高，因此高壓缸前端軸封較長，由五段四個(gè)腔室組成，后端軸封由四段三個(gè)腔室組成。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，為了不使高溫汽流向外泄漏，軸封汽直接送入高壓缸第三個(gè)前軸封汽室(由內(nèi)往外數(shù)，下同)和后端第二個(gè)軸封汽室。高壓缸第二個(gè)前軸封汽室和第一個(gè)后軸封汽室內(nèi)的漏汽直接引至中壓缸排汽管，而第四個(gè)前軸封和第三個(gè)后軸封汽室的漏汽通過高壓缸軸封回汽閥匯集至低壓汽封漏汽母管。

2)中壓缸軸封

如圖1所示，中壓缸前、后兩端各有三段兩個(gè)汽室，軸封汽被分別送入兩端第一段軸封后的汽室，而兩端第二個(gè)軸封汽室內(nèi)的漏汽同樣通過軸封回汽閥進(jìn)入低壓汽封漏汽母管。

3)低壓缸軸封

如圖1所示，低壓缸的前、后端軸封均由三段兩個(gè)汽室組成，兩端第一個(gè)軸封汽室與軸封母管相連，兩端第二個(gè)軸封汽室內(nèi)的漏汽匯集至低壓汽封漏汽母管。

2 軸封供汽控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

該廠軸封供汽系統(tǒng)設(shè)有軸封壓力控制回路和溫度控制回路，其中軸封壓力控制回路是通過調(diào)節(jié)軸封供汽調(diào)門、溢流調(diào)門的開度來實(shí)現(xiàn)的，并且兩個(gè)閥門是由一個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)的，即兩個(gè)閥門不能同時(shí)開啟，當(dāng)軸封壓力高于設(shè)置值時(shí)，供汽調(diào)閥逐漸關(guān)小，直到軸封供汽調(diào)閥全關(guān)后才允許軸封溢流調(diào)閥開啟。

在啟動(dòng)階段，軸封供汽由輔助蒸汽供給，來自輔助聯(lián)箱的輔汽經(jīng)過減溫器減溫后，一路至小機(jī)軸封供汽，一路至主機(jī)軸封供汽。主機(jī)軸封供汽經(jīng)軸封供汽調(diào)壓閥減壓后，供至軸封供汽母管，分別供至高中低壓缸的各個(gè)軸封段，即通過軸封供汽調(diào)門來維持軸封壓力，軸封溫度靠供汽調(diào)門前的減溫器來控制，該廠軸封系統(tǒng)對(duì)于軸封溫度要求非常嚴(yán)格，軸封供汽調(diào)門前的溫度與高壓轉(zhuǎn)子計(jì)算溫度成對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖3所示。

圖3 汽輪機(jī)軸封供汽溫度控制曲線

當(dāng)主機(jī)高壓轉(zhuǎn)子計(jì)算溫度大于300℃時(shí)，軸封供汽調(diào)門前的溫度應(yīng)控制在280～320℃;當(dāng)主機(jī)高壓轉(zhuǎn)子計(jì)算溫度低于200℃時(shí)，即冷態(tài)沖轉(zhuǎn)時(shí)，軸封供汽調(diào)門前的溫度可適當(dāng)降低為240～300℃，允許的進(jìn)汽溫度為圖3中兩條折線之間的部分，如果出現(xiàn)溫度過高或者過低，或者供汽調(diào)門前蒸汽過熱度過低，均會(huì)強(qiáng)關(guān)軸封供汽調(diào)門。

隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，軸封系統(tǒng)進(jìn)入到自密封階段，此時(shí)軸封供汽調(diào)門保持關(guān)閉，溢流調(diào)門來調(diào)節(jié)軸封壓力，當(dāng)軸封母管的壓力高于設(shè)定值3.5kPa后，軸封溢流閥開啟，使多余的蒸汽進(jìn)入凝汽器來調(diào)節(jié)軸封壓力在設(shè)定值，此時(shí)當(dāng)軸封供汽母管的溫度高于310℃時(shí)，溫度控制回路會(huì)產(chǎn)生積分量動(dòng)作于軸封供汽調(diào)門，使軸封供汽調(diào)門微開，靠節(jié)流產(chǎn)生的部分冷氣來調(diào)節(jié)軸封供汽母管的溫度。此時(shí)軸封供汽調(diào)門前蒸汽允許進(jìn)汽溫度為圖4中曲線下面的部分，同時(shí)必須有5℃以上的過熱度，否則軸封供汽調(diào)閥會(huì)強(qiáng)制關(guān)閉。

圖4 汽輪機(jī)軸封冷卻蒸汽溫度控制曲線

3 汽輪機(jī)軸封抱死的原因

3.1 輔助蒸汽溫度低

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)該廠輔助蒸汽系統(tǒng)的汽源來自于本機(jī)四抽，冷再作為備用;在機(jī)組啟停階段，輔汽來自于相鄰機(jī)組或者啟動(dòng)鍋爐。在機(jī)組正常運(yùn)行階段，輔助蒸汽系統(tǒng)用戶很少，幾乎為死汽，有可能造成軸封溫度較低。

機(jī)組啟停時(shí)，輔汽聯(lián)箱至主機(jī)軸封的供汽主要來自于啟動(dòng)鍋爐或鄰機(jī)輔汽聯(lián)箱，該廠啟動(dòng)鍋爐設(shè)計(jì)出口溫度為350℃，正常運(yùn)行時(shí)鄰機(jī)輔汽聯(lián)箱溫度在350℃左右，考慮到啟動(dòng)鍋爐和鄰機(jī)輔汽聯(lián)箱至本機(jī)輔汽聯(lián)箱的距離較遠(yuǎn)，啟停機(jī)時(shí)，尤其是停機(jī)的時(shí)候，如果管路疏水不當(dāng)，會(huì)造成輔汽聯(lián)箱的蒸汽溫度較低。

冷段再熱蒸汽是本機(jī)輔汽聯(lián)箱的備用汽源，在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行或停機(jī)過程中，由于四抽壓力較低，可能會(huì)短時(shí)采用冷再熱蒸汽供輔汽。在高旁開啟時(shí)，為控制高旁后的蒸汽溫度，高旁減溫水會(huì)投入，如果減溫水調(diào)閥調(diào)節(jié)不好或者減溫水調(diào)閥關(guān)閉后存在內(nèi)漏，均會(huì)造成輔汽溫度較低，進(jìn)而造成軸封溫度較低。

3.2 軸封減溫水內(nèi)漏

該廠主機(jī)軸封和小機(jī)軸封的減溫水設(shè)計(jì)為同一個(gè)減溫器，正常運(yùn)行時(shí)減溫水以主機(jī)軸封溫度設(shè)定值作為調(diào)節(jié)的對(duì)象，為了保證主機(jī)軸封溫度的穩(wěn)定，減溫水調(diào)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)要保證良好，減溫器后面的溫度測(cè)點(diǎn)一定要遠(yuǎn)離減溫器，避免溫度變化太敏感造成減溫水調(diào)閥調(diào)節(jié)擺動(dòng)，另外要求減溫水調(diào)閥關(guān)閉后能防止內(nèi)漏。

3.3 冷空氣漏入

在機(jī)組正常運(yùn)行中，高中壓主汽門、調(diào)門及補(bǔ)氣閥的門桿漏氣溫度很高，此時(shí)主機(jī)軸封供汽調(diào)閥起著調(diào)節(jié)軸封溫度的功能，當(dāng)軸封母管溫度高于310℃時(shí)，軸封供汽調(diào)閥微開啟，靠節(jié)流減溫的形式來降低軸封母管溫度，但同時(shí)軸封供汽調(diào)閥的開關(guān)受其之前的溫度限制，當(dāng)軸封供汽調(diào)閥前的溫度高于320℃時(shí)，軸封供汽調(diào)閥強(qiáng)制關(guān)閉，從而造成軸封母管壓力不斷地波動(dòng)，有可能造成外部的冷空氣進(jìn)入汽缸的端部。

3.4 軸封系統(tǒng)疏水不當(dāng)

為防止軸封蒸汽溫度低，該廠軸封系統(tǒng)在軸封減溫器后、主機(jī)軸封供汽調(diào)閥前、軸封供汽母管上以及軸封供汽母管至各軸封段的分支上均設(shè)計(jì)有疏水門。在投用軸封時(shí)，如果疏水不當(dāng)或者疏水時(shí)間太短，將造成冷水、冷汽進(jìn)入軸封系統(tǒng)。尤其對(duì)于低壓缸段軸封，由于低壓缸段軸封供汽管道需經(jīng)過凝汽器內(nèi)部方可到達(dá)低壓軸封處，軸封蒸汽很容易被冷卻。

4 防止汽輪機(jī)軸封抱死的措施

為保證汽輪機(jī)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，可采取以下措施防止汽輪機(jī)軸封抱死。

(1)DCS及大屏聲光報(bào)警中，引入“輔汽聯(lián)箱溫度低”及“軸封母管溫度低”報(bào)警。

(2)高旁減溫水的關(guān)閉邏輯要考慮好，確保高旁減溫水能夠關(guān)嚴(yán)，防止高旁減溫水竄入輔汽系統(tǒng)。

(3)機(jī)組啟停時(shí)，輔汽需切至鄰機(jī)或啟動(dòng)爐時(shí)，需加強(qiáng)沿途管道的疏水，確保輔汽聯(lián)箱的溫度高于280℃。

(4)主機(jī)軸封供汽站前的溫度測(cè)點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離軸封減溫器，軸封減溫水調(diào)門調(diào)節(jié)品質(zhì)應(yīng)良好，能夠保證軸封汽溫度的穩(wěn)定;另外，軸封減溫水的零位應(yīng)校正好，防止減溫水調(diào)門關(guān)閉后，仍有減溫水進(jìn)入軸封系統(tǒng)。

(5)軸封供汽調(diào)閥前疏水器的旁路門應(yīng)改為電動(dòng)門，并將軸封供汽調(diào)閥前的溫度引入其開關(guān)的邏輯中去。因?yàn)樵跈C(jī)組正常運(yùn)行中，軸封供汽調(diào)閥經(jīng)常處于關(guān)閉狀態(tài)，這就造成軸封供汽調(diào)閥前的蒸汽為死汽，溫度降低后凝結(jié)成水，可以通過疏水器排走，但形成的低溫蒸汽不能及時(shí)排走，有必要將此處的手動(dòng)門更改為電動(dòng)門，可及時(shí)地排走冷水冷汽。

(6)在軸封供汽調(diào)閥開始調(diào)溫時(shí)，如軸封供汽調(diào)閥前溫度高于320℃，軸封供汽調(diào)閥會(huì)強(qiáng)制關(guān)閉?？稍谶壿嬛性O(shè)置積分量，使軸封供汽調(diào)閥緩慢關(guān)閉，防止軸封供汽調(diào)閥關(guān)閉太快，造成軸封母管壓力波動(dòng)。

(7)在軸封供汽母管至各段軸封處增設(shè)溫度監(jiān)視測(cè)點(diǎn)，將現(xiàn)有的高、中壓段疏水手動(dòng)門更換為電動(dòng)門，并且將各段溫度引入各電動(dòng)門的開關(guān)邏輯中，當(dāng)軸封溫度低時(shí)，能迅速自動(dòng)開啟疏水電動(dòng)門疏水。

(8)該廠輔汽系統(tǒng)正常運(yùn)行中沒有連續(xù)供汽用戶，長期運(yùn)行輔汽聯(lián)箱溫度會(huì)逐步下降，運(yùn)行中嚴(yán)格控制輔汽聯(lián)箱溫度大于280度，溫度低時(shí)及時(shí)開啟疏水旁路，提高輔汽溫度。

5 總結(jié)

由于汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)運(yùn)行的好壞直接關(guān)系到汽輪機(jī)組能否安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。因此，為了防止汽輪機(jī)軸封抱死對(duì)整個(gè)電廠運(yùn)行的影響，在機(jī)組運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取有效措施，防止事故的擴(kuò)大。

［1］ 吳春潮，王峰，諶麗.1000MW汽輪機(jī)啟、停過程中防止軸封抱死的措施［J］.華電技術(shù)，2011，(6).

［2］ 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院.汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)［M］.北京:中國電力出版社，2011.

［3］ 胡念蘇.超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.