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(tǒng)是保證汽輪發(fā)電機組正常運行的必需熱力系統(tǒng)。低壓軸封系統(tǒng)作為軸封系統(tǒng)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(tài)，保持汽輪機低壓缸內(nèi)的真空空間，促進凝汽反應(yīng)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(wěn)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(tǒng)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(yīng)用的低壓軸封進汽系統(tǒng)的設(shè)計缺乏嚴謹性，控制技術(shù)不夠成熟，導(dǎo)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(jīng)無法滿足軸封系統(tǒng)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(tǒng)運行狀態(tài)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(yù)有直接關(guān)系。一方面，蒸汽進入減溫器后會形成明顯的溫度差。當經(jīng)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(nèi)。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(diào)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(shè)定值，在低壓軸封密封性無法得到保證的情況下很容易導(dǎo)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(shè)計軸封漏氣和回汽溫度監(jiān)視測點

傳統(tǒng)汽輪機組軸封系統(tǒng)的設(shè)計缺乏合理性，只設(shè)計了蒸汽進入軸封的單向進汽口，未根據(jù)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(shè)置進汽監(jiān)測點，只設(shè)置了總進汽監(jiān)測點，無法精準監(jiān)測各個軸封進汽口的進汽溫度，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果缺乏指導(dǎo)意義；另一方面，未設(shè)置回汽溫度的監(jiān)測點，各軸封的回汽溫度無法被及時檢測到相關(guān)數(shù)據(jù)，導(dǎo)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(nèi)的通暢性及機組故障率受到影響，干擾相關(guān)工作人員，導(dǎo)致誤判軸封供汽情況，造成供汽壓力設(shè)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(tǒng)結(jié)構(gòu)中，因系統(tǒng)內(nèi)未設(shè)置軸封漏氣溫度的監(jiān)測點，對于蒸汽壓力缺乏有效監(jiān)測手段，給相關(guān)工作人員的巡察工作造成很壓力。要求人工作業(yè)達到實時監(jiān)測漏氣溫度的效果很難實現(xiàn)，人不是機器，無法實現(xiàn)機械化、自動化作業(yè)，難免出現(xiàn)錯漏。為保證盡快發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，需要安排大量人員進行倒班，24 h 無休地進行監(jiān)測作業(yè)，提高了人工成本。一旦人工監(jiān)測出現(xiàn)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(tǒng)，導(dǎo)致部分子系統(tǒng)無法正常作業(yè)，甚至造成整個系統(tǒng)癱瘓的嚴重后果。

1.3 低壓軸封密封效果缺乏可靠的監(jiān)控手段

國內(nèi)電廠應(yīng)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(shè)計欠缺嚴謹性。執(zhí)行流程時，需要首先控制真空泵保持關(guān)閉狀態(tài)，然后觀察凝汽器的垂直下降速度。如果發(fā)現(xiàn)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(jù)上一次凝汽器下降運行的超速情況，重新設(shè)定低壓軸封供汽壓力值，進行第二次試驗。通過反復(fù)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(tài)[3]。

傳統(tǒng)試驗方法的弊端明顯。一方面，試驗過程中需要關(guān)停真空泵，影響汽輪機組的正常運行。因此，只能有限次數(shù)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(jiān)測效果，進而造成監(jiān)測的滯后性。另一方面，該試驗的操作風(fēng)險極大，在反復(fù)執(zhí)行真空泵關(guān)、開操作時如果有意外情況發(fā)生，將導(dǎo)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(fēng)機漏水及出口積水

汽輪機組正常運行過程中，軸抽風(fēng)機會發(fā)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(xiàn)的概率越來越高。從運行安全角度看，低壓軸抽風(fēng)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(tài)性質(zhì)變化，使蒸汽變成水，回流到低壓軸封運行管道內(nèi)，干擾汽輪組的運行效能。

2 低壓軸封系統(tǒng)改進措施

2.1 設(shè)計蒸汽強制保溫裝置

蒸汽經(jīng)過軸封蒸汽減溫系統(tǒng)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(nèi)[4]。且因低壓軸封管入口距離減溫系統(tǒng)的遠近不同，導(dǎo)致各低壓軸封管內(nèi)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(tài)，需要有針對性地增設(shè)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(tǒng)地分析，可以在軸封蒸汽減溫系統(tǒng)出口位置加裝數(shù)字智能化蒸汽強制混合控溫裝置，并在程序中設(shè)置強制執(zhí)行系統(tǒng)，預(yù)設(shè)恒溫傳送信息執(zhí)行指令，以保證經(jīng)過統(tǒng)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(nèi)，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(diào)整汽輪機低壓軸封系統(tǒng)運行方式

（1）調(diào)整汽輪機低壓軸封系統(tǒng)的直接關(guān)聯(lián)系統(tǒng)——噴水減溫系統(tǒng)的運行方式：①通過改變軸封減溫系統(tǒng)的輸入水源，用性質(zhì)穩(wěn)定的凝輸水代替凝結(jié)水，保證凝水壓力時刻處于穩(wěn)定的狀態(tài)，提高出汽溫度的統(tǒng)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(diào)節(jié)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(tǒng)對應(yīng)的第一路疏水至凝汽器門的子系統(tǒng)有效開啟，并持續(xù)保持其開啟狀態(tài)，使汽輪機組能發(fā)揮最佳的運行效能。

2.3 優(yōu)化低壓軸封進汽壓力的控制方案

傳統(tǒng)的汽輪機組設(shè)計中，低壓軸封進汽壓力控制系統(tǒng)執(zhí)行的是定壓控制流程，只有在軸封管內(nèi)進汽壓力達到最高限制時才會觸發(fā)系統(tǒng)反射執(zhí)行程序，屬于單向調(diào)節(jié)。但是，在汽輪機組的實際運行過程中，單向調(diào)節(jié)的效果是遠遠不夠的，要想實現(xiàn)對低壓軸封進汽壓力的有效調(diào)控，應(yīng)改進現(xiàn)行進汽壓力控制方案。首先，將單向調(diào)節(jié)改為雙向控制調(diào)節(jié)，并引入低壓軸封回汽溫度作為被調(diào)對象。在進汽壓力控制裝置中加入交換器，以保證雙向調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行的流暢性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的限域峰值可以根據(jù)汽輪機組的實際運行情況進行設(shè)置調(diào)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(shè)置，以實現(xiàn)低壓軸封進汽壓力的優(yōu)化控制，并能夠合理地進行自動控制。

2.4 對軸抽風(fēng)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(fēng)機出口處凝結(jié)水回流的問題，分析其主要原因是運行過程中軸抽風(fēng)機出口旁路口被動打開，使軸抽風(fēng)機的排氣功能受阻，造成廢氣的內(nèi)循環(huán)及堆積，軸封加熱器內(nèi)的負壓降低，內(nèi)部回汽壓力升高，導(dǎo)致回汽不暢。為有效實現(xiàn)廢氣的標準排放，緩解軸封加熱器內(nèi)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(nèi)的水位提至50%處。

從汽輪機組各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行機制角度分析，汽輪機組內(nèi)的各個子系統(tǒng)運行狀態(tài)是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。機組運行狀態(tài)的良好可以提升汽輪軸封回汽系統(tǒng)的運行效果，汽輪機軸封回汽系統(tǒng)的運行狀態(tài)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(tǒng)的運行峰值，可以有效規(guī)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(jīng)濟性。

3 結(jié)束語

通過對蒸汽強制保溫裝置的有效改良，實現(xiàn)對進汽和回汽溫度的科學(xué)控制，達到低壓軸封缸內(nèi)氣壓標準運行的目的。通過對汽輪機低壓軸封系統(tǒng)運行方式及軸封進汽壓力的控制方案的進一步優(yōu)化和改良，達成了對汽輪機組整體運行狀態(tài)以及各子系統(tǒng)自運行狀態(tài)的有效控制，并科學(xué)、有效地規(guī)避了軸封漏氣、回水、倒流，以及抽風(fēng)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(jīng)濟效能的提高提供了有力的技術(shù)支撐，為我國火力發(fā)電廠的持續(xù)健康發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。