曹長云

【摘 要】某核電廠兩臺(tái)機(jī)組軸封系統(tǒng)自投運(yùn)以來，曾一度運(yùn)行不夠理想。在經(jīng)過一系列的技術(shù)改造和程序升級(jí)后，運(yùn)行情況得以改善。本文介紹了歷次機(jī)組啟?；蜃児r過程中軸封系統(tǒng)出現(xiàn)的異常情況、原因分析和處理過程，并就今后軸封系統(tǒng)的運(yùn)行方式提出了自己的觀點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】軸封；冒汽；水封；連通管；控制閥

中圖分類號(hào)： TM621.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）04-0155-002

0 引言

某核電汽輪機(jī)組軸封系統(tǒng)自調(diào)試運(yùn)行以來，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理和人員操作經(jīng)驗(yàn)不足等方面的因素，在數(shù)次機(jī)組啟停和變工況運(yùn)行過程中，均出現(xiàn)過不同程度的異常，影響到機(jī)組的正常運(yùn)行。針對這些異常情況，相關(guān)人員經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，對不足之處進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造，并將軸封系統(tǒng)相關(guān)操作經(jīng)驗(yàn)固化于操作規(guī)程之中，從而克服了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不足和人員經(jīng)驗(yàn)不足等因素，大大提高了軸封系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，為機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。

1 軸封系統(tǒng)簡介

某核電機(jī)組汽輪機(jī)軸封均采用迷宮式汽封，通過汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)向軸封提供密封蒸汽，防止汽輪機(jī)軸端蒸汽沿軸外漏或使空氣漏入汽缸，破壞凝汽器真空。

軸封系統(tǒng)有主蒸汽、輔助蒸汽、低壓缸抽汽三路汽源。正常運(yùn)行時(shí)，由低壓缸抽汽作為供汽汽源，輔助蒸汽供汽壓力控制閥和供汽壓力卸壓閥共同控制軸封蒸汽母管壓力在20～28kPa之間，軸封母管內(nèi)的蒸汽被分別送至每個(gè)軸密封體，經(jīng)過軸密封體后的乏汽流向軸封冷卻器，在那里被冷凝水冷卻，產(chǎn)生的凝結(jié)水疏至凝汽器中，而不凝結(jié)氣體由兩臺(tái)軸加風(fēng)機(jī)抽出，排到大氣。異常工況下，主蒸汽作為供汽汽源，由主蒸汽供汽壓力控制閥保持軸封蒸汽母管壓力為22kPa。輔助蒸汽只在機(jī)組啟停期間使用，正常運(yùn)行期間處于隔離狀態(tài)。

2 軸封系統(tǒng)歷次異常工況分析及對策

2.1 軸封冒汽、冒水、嘯叫

軸封系統(tǒng)運(yùn)行過程中，出現(xiàn)最多的情況就是軸封系統(tǒng)在投運(yùn)過程中或者機(jī)組工況變化時(shí)，汽輪機(jī)軸封處出現(xiàn)冒汽、冒水和嘯叫現(xiàn)象。典型的事例如下：

2004年5月17日，2號(hào)機(jī)組啟動(dòng)過程中，利用主蒸汽汽源投運(yùn)軸封系統(tǒng)。在軸封系統(tǒng)投運(yùn)后不久，汽輪機(jī)3#、6#軸封處有大量蒸汽往外冒出，4#、5#軸封處也有輕微的冒汽現(xiàn)象，同時(shí)還有少量積水從軸封處冒出，并且汽輪機(jī)平臺(tái)可以聽到尖銳的嘯叫聲。

由于主蒸汽當(dāng)時(shí)正處于升溫升壓過程中，參數(shù)還未到達(dá)額定參數(shù)，所以主蒸汽品質(zhì)欠佳，濕度過大，這些濕蒸汽在流經(jīng)軸密封體時(shí)大量凝結(jié)并且不能及時(shí)被吹掃，淤積在密封腔室內(nèi)，導(dǎo)致大量蒸汽沿軸漏到大氣，部份凝結(jié)水也從軸封處被擠出。另外，濕度較大的主蒸汽在進(jìn)入軸封母管以前，被主蒸汽供汽壓力調(diào)節(jié)閥節(jié)流后也會(huì)產(chǎn)生大量凝結(jié)水，而這些凝結(jié)水僅靠一根裝有孔徑為5mm節(jié)流孔板的管線疏往凝汽器，疏水能力不足，軸封母管內(nèi)會(huì)殘留大量的積水，致使軸封母管內(nèi)的蒸汽產(chǎn)生汽帶水現(xiàn)象進(jìn)入軸密封體，從而引起軸封腔室進(jìn)水，產(chǎn)生以上現(xiàn)象。此外，如果在軸封系統(tǒng)投運(yùn)的過程中，操作人員操之過急，暖管時(shí)間不夠，會(huì)引起密封體和軸封蒸汽溫差較大，導(dǎo)致蒸汽在密封體內(nèi)凝結(jié)，也會(huì)產(chǎn)生上述現(xiàn)象。針對以上現(xiàn)象，運(yùn)行人員通過增加軸加風(fēng)機(jī)入口閥開度調(diào)整軸加負(fù)壓至-6kPa左右，對密封體內(nèi)的積水進(jìn)行吹掃，同時(shí)，通過調(diào)整壓力控制器的輸出提高軸封供氣壓力至30kPa左右，增加軸封體前后壓差，迫使積水流出，保持蒸汽流道暢通。通過以上干預(yù)后，軸封處的冒汽、冒水現(xiàn)象和嘯叫聲自動(dòng)消失，在軸封處可聽見明顯的吸氣聲。

鑒于以上問題，在今后的軸封系統(tǒng)操作中，如果是在機(jī)組啟動(dòng)狀態(tài)下投運(yùn)軸封系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先選用輔助蒸汽（由另一機(jī)組輔助蒸汽通過兩個(gè)機(jī)組間的連通管供汽）作為軸封汽源，待機(jī)組功率達(dá)到90%以上后再直接切換至低壓缸抽汽供汽。這樣，不但可以保證軸封蒸汽品質(zhì)更優(yōu)，減少軸封體積水的可能性，而且在進(jìn)行由輔助蒸汽往低壓缸抽汽的切換時(shí)，只需切換兩路汽源的手動(dòng)隔離閥即可，不必調(diào)整壓力控制器，從而大大簡化了軸封切換流程，降低了系統(tǒng)壓力波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 輔助蒸汽連通管供軸封不能實(shí)現(xiàn)機(jī)組間互為備用

輔助蒸汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一根連通管，可將1#、2#機(jī)組輔助蒸汽系統(tǒng)連接起來，以實(shí)現(xiàn)任一機(jī)組降功率或停機(jī)時(shí)，其輔助蒸汽用戶由正常運(yùn)行機(jī)組輔助蒸汽系統(tǒng)供應(yīng)蒸汽，以便保持機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行或快速重新啟動(dòng)。然而運(yùn)行實(shí)踐證明，這種設(shè)計(jì)帶有一定的局限性：

2003年12月16日，2#機(jī)組因機(jī)械脫扣閥動(dòng)作而跳機(jī)，之后軸封系統(tǒng)壓力急劇下降，凝汽器真空因低壓缸汽封大量漏入空氣而遭到破壞。與此同時(shí)，1#、2#機(jī)組輔助蒸汽連通管貫穿2#機(jī)組RCW熱交換器房間管段發(fā)生劇烈擺動(dòng)，大量水泥封堵材料被振落。

如圖1所示，在發(fā)生該事件前，兩臺(tái)機(jī)組均滿功率運(yùn)行，輔助蒸汽母管內(nèi)壓力相等，1#、2#機(jī)組連通管中蒸汽處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，連通管內(nèi)因蒸汽冷卻散熱形成較多積水。當(dāng)2#機(jī)組跳機(jī)后，其輔助蒸汽母管壓力急劇下降，而1#機(jī)組的輔助蒸汽壓力保持不變，兩者產(chǎn)生壓力差，1#機(jī)組的輔助蒸汽便通過連通管流向2#機(jī)組，連通管中的積水被蒸汽帶入軸封系統(tǒng)，形成濕蒸汽，并在低壓缸軸封處再次被冷凝，使低壓缸軸封壓力迅速下降，失去密封功能，空氣通過低壓缸軸封進(jìn)入凝汽器，使真空惡化。另外，連通管中的低溫冷凝水在蒸汽流過時(shí)，發(fā)生閃蒸，引起汽水共振，導(dǎo)致連通管線劇烈振動(dòng)。上述事件發(fā)生后，運(yùn)行人員立即關(guān)閉兩個(gè)機(jī)組間的輔助蒸汽連通閥，不久管道振動(dòng)消失。

針對此問題，運(yùn)行人員改變了系統(tǒng)的運(yùn)行模式，將兩個(gè)機(jī)組間的輔助蒸汽連通閥和輔助蒸汽供汽隔離閥由常開狀態(tài)改為常關(guān)狀態(tài)，取消其正常運(yùn)行期間兩個(gè)機(jī)組輔助蒸汽互為備用的功能，僅僅用于當(dāng)一臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行，另一臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)的時(shí)候，作為啟動(dòng)機(jī)組的輔助蒸汽供汽（主要是軸封系統(tǒng)用汽）。另外，還通過設(shè)計(jì)變更，在連通管的最低點(diǎn)設(shè)置疏水器，確保連通管投運(yùn)過程中產(chǎn)生的凝結(jié)水能被及時(shí)疏往凝汽器，避免發(fā)生管線汽水共振現(xiàn)象。

2.3 U形管水封被破壞

在軸封冷卻器的疏水管線上，設(shè)計(jì)有一U形管水封，確保正常運(yùn)行期間，軸封冷卻器液位和凝汽器真空達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，這個(gè)U形管水封很容易被破壞，引起凝汽器真空惡化。

2003年6月22日，1#機(jī)組低功率運(yùn)行期間，輔助鍋爐故障停運(yùn)，軸封蒸汽（當(dāng)時(shí)由輔助鍋爐供汽）自動(dòng)切換到主蒸汽供汽，軸封壓力短時(shí)降低后恢復(fù)正常，但凝汽器真空卻一直惡化，進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)軸封冷卻器U形管水封被破環(huán)。

如圖2所示，U形水封要想保持平衡，必須使U形管兩側(cè)壓力相對于最低點(diǎn)處保持平衡，一旦任一側(cè)壓力發(fā)生波動(dòng)，這個(gè)平衡就會(huì)被打破。本事件中，當(dāng)輔助鍋爐停運(yùn)后，軸封蒸汽短時(shí)斷汽，軸封冷卻器殼側(cè)壓力降低，當(dāng)軸封蒸汽切換到主蒸汽后，軸封冷卻器殼側(cè)壓力瞬間陡增，同時(shí)疏水量也急劇增加，打破U形管兩側(cè)壓力平衡，引起水封破壞，大量軸封回流蒸汽涌入軸封冷卻器中，來不及冷凝便被吸到凝汽器中，使凝汽器真空惡化。事件發(fā)生后，運(yùn)行人員迅速手動(dòng)關(guān)閉水封與凝汽器的手動(dòng)隔離閥，并重新對U形管注水形成水封，凝汽器真空得以恢復(fù)正常。

為了徹底解決瞬態(tài)工況下，U形管水封被破壞問題，目前已通過設(shè)計(jì)變更在兩個(gè)機(jī)組的水封隔離閥之前增加了一臺(tái)捕水器，這樣，即便是在壓力瞬態(tài)下U形管水封被破壞，空氣也不會(huì)進(jìn)入到凝汽器中，不會(huì)威脅到凝汽器真空，而且被破壞的水封可重新自動(dòng)建立，不必再人工注水建立水封。增加這一改造后，兩臺(tái)機(jī)組的水封至今沒有出現(xiàn)過異常。

2.4 低壓缸抽汽管線垂直段無法疏水

當(dāng)機(jī)組利用另一機(jī)組輔助蒸汽作為軸封汽源起機(jī)，功率達(dá)90%以后，需將軸封汽源由另一機(jī)組輔助蒸汽切換到本機(jī)組低壓缸抽汽。但在歷次切換操作中，軸封蒸汽母管均出現(xiàn)過不同程度的壓力波動(dòng)，低壓缸抽汽管線甚至出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。

如圖3所示，低壓缸抽汽隔離閥（V4601）閥門前有一段約2米高的豎直管道，起機(jī)過程中，V4601處于關(guān)閉狀態(tài)，低壓缸抽汽管道中的凝結(jié)水都積聚在V4601前。當(dāng)進(jìn)行軸封蒸汽切換時(shí)，開啟V4601，關(guān)閉輔助蒸汽隔離閥V4603，V4601閥前的積水便進(jìn)入母管，在母管內(nèi)遇熱發(fā)生閃蒸，引起軸封母管壓力波動(dòng)。另外，啟機(jī)過程中V4601后的逆止閥V4602受輔助蒸汽的反壓作用也處于關(guān)閉狀態(tài)，所以V4601與V4602之間的這段管線內(nèi)幾乎沒有蒸汽介質(zhì)，管線溫度較低，當(dāng)?shù)蛪焊壮槠鹘?jīng)此段管線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)水，引起汽水兩相流導(dǎo)致抽汽管線振動(dòng)。

為了解決這一問題，我們通過設(shè)計(jì)變更，在V4601與V4602間的管線上加裝自動(dòng)疏水器，確保低壓缸抽汽在進(jìn)入母管以前被徹底疏水。經(jīng)過數(shù)次機(jī)組的啟動(dòng)驗(yàn)證，改造后沒有再出現(xiàn)過類似問題。

3 結(jié)論與建議

通過分析軸封系統(tǒng)各種異常運(yùn)行工況，大多與軸封系統(tǒng)管線布置、軸封蒸汽參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行方式等因素有關(guān)。通過設(shè)計(jì)變更改善管線布置、增加低位疏水裝置，可解決系統(tǒng)的疏水問題；通過優(yōu)化運(yùn)行方式：減少低參數(shù)軸封蒸汽運(yùn)行時(shí)間、增加軸封系統(tǒng)暖管時(shí)間、加大啟動(dòng)階段軸加負(fù)壓，可提高軸封正常運(yùn)行可靠性。另外，升版運(yùn)行規(guī)程、提高運(yùn)行人員培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)反饋，也是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

【參考文獻(xiàn)】

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