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

        2019-10-11 01:38:26王戰(zhàn)鋒田寧
        電子制作 2019年18期
        關(guān)鍵詞:熱態(tài)軸封加熱器

        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?,并發(fā)信號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?,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;

        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℃,但是就地測量高、中壓前軸封供汽溫度只有263℃。

        圖3 #2 汽輪機(jī)啟動振動大停機(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(jī)組振動增大。

        (2)汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)用于動、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)時金屬溫度高,對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)生動靜摩擦,嚴(yán)重時造成軸封抱軸甚至大軸彎曲等嚴(yán)重事故。

        (3)通過對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)組啟動時振動大原因?yàn)楦邷剌S封段供汽溫度與金屬溫度不匹配,軸封段動靜摩擦造成機(jī)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(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,同時造成大量人力、物力浪費(fèi),滯后了工程建設(shè)時間,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)場增設(shè)高、中壓缸前軸封供汽溫度測點(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)啟動時,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,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,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)、定速過程中振動正常。

        6 結(jié)論

        超超臨界汽輪機(jī)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(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)組振動增大、甚至發(fā)生軸封抱軸、大軸彎曲等事故的發(fā)生。

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