唐 峰，韓慶華，寧玉開

（山東中實易通集團有限公司，山東 濟南 250002）

0 引言

某機組選用的N1013-28／600／620型汽輪機是由上海電氣集團股份有限公司制造的高效超超臨界凝汽式汽輪機。本機組數(shù)字電液控制系統(tǒng)采用艾默生公司研發(fā)生產(chǎn)的OVATION系統(tǒng)，它具有技術(shù)先進、效率高的特點。該系統(tǒng)簡單、靈活、啟動速度快。主機軸封采用DEH控制。軸封供汽系統(tǒng)具有軸封供汽壓力較低，軸封蒸汽的溫度限制要求比較高等特點。同類型技術(shù)的多臺已運行機組曾由于軸封蒸汽溫度與汽輪機轉(zhuǎn)子溫度不匹配，而發(fā)生機組振動和軸封抱軸事故。如何控制好軸封蒸汽溫度對機組安全運行有重要意義。

1 某機組軸封蒸汽系統(tǒng)特點及軸封蒸汽溫度要求

1.1 軸封蒸汽系統(tǒng)及其特點

汽輪發(fā)電機組正常運行時，為了使高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和汽缸等固定設(shè)備之間不相互碰摩，高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸、隔板等固定設(shè)備之間必需留有適當(dāng)?shù)拈g隙。存在間隙就會產(chǎn)生漏汽，漏汽會影響機組效率并會對機組安全運行產(chǎn)生影響。軸封蒸汽系統(tǒng)用于汽輪機動、靜間隙的密封，防止汽輪機高壓蒸汽泄漏和對環(huán)境的污染；對負(fù)壓區(qū)防止空氣漏入，影響真空。

機組本體軸封蒸汽系統(tǒng)設(shè)計中，供汽汽源來自機組的輔助蒸汽系統(tǒng)。汽輪機在盤車、沖轉(zhuǎn)階段，軸封供汽系統(tǒng)母管壓力維持在3.5 kPa。當(dāng)機組在低負(fù)荷運行期間，高、中壓調(diào)節(jié)閥門桿漏汽也會為軸封供汽提供一部分汽源。隨著機組運行負(fù)荷的增加，當(dāng)負(fù)荷達到約70%負(fù)荷時，汽輪機高中壓缸軸端漏汽和高、中壓調(diào)閥門桿漏汽為軸封供汽系統(tǒng)提供汽源。軸封蒸汽母管壓力上升，當(dāng)蒸汽母管壓力升至一定值后，輔助蒸汽向軸封供汽調(diào)節(jié)閥自動關(guān)小，保持軸封供汽母管壓力維持在3.5 kPa［1］。軸封供汽調(diào)節(jié)閥逐漸全關(guān)后，軸封供汽汽源切換為高、中壓缸軸封漏汽和高、中壓調(diào)閥的門桿漏汽，此時軸封溢流調(diào)節(jié)閥逐漸自動打開，將多余的軸封蒸汽通過溢流管路排至凝汽器以維持軸封蒸汽母管壓力正常。汽輪機端部軸封漏汽由軸加風(fēng)機通過軸封回汽管路被抽出并輸送到軸封冷卻器，凝結(jié)的軸封回汽通過凝結(jié)水管路輸送至凝汽器。汽輪機軸封回汽通過軸加風(fēng)機將夾帶的不凝結(jié)氣體抽出并排放至大氣，如圖1所示。

圖1 軸封蒸汽系統(tǒng)

圖中：A-汽輪機高壓缸；B-汽輪機中壓缸；C-汽輪機低壓缸；1-軸封供汽調(diào)節(jié)閥；2-軸封溢流調(diào)節(jié)閥；3-汽輪機進汽閥門；4-汽封冷卻器；5-軸加風(fēng)機。

1.2 軸封蒸汽溫度要求

1）根據(jù)軸封溫度限制曲線，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)子溫度小于200℃時，軸封汽源溫度范圍為240～300℃。

2）根據(jù)軸封溫度限制曲線，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)子溫度大于300℃時，軸封汽源溫度范圍要求為280～320℃。

3）根據(jù)軸封溫度限制曲線，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)子溫度在 200～300℃之間時，軸封汽源溫度范圍在上述區(qū)間內(nèi)變化。詳見圖2。

圖2 軸封溫度限制曲線

2 同類型機組在運行中出現(xiàn)的問題及分析

國內(nèi)已投運的同類技術(shù)汽輪機，在機組啟動或熱態(tài)跳機后，由于軸封蒸汽溫度與轉(zhuǎn)子溫度不匹配，發(fā)生過多起轉(zhuǎn)子抱軸甚至抱死的情況。

某廠汽輪機在熱態(tài)跳機后，汽輪機在惰走過程中軸封汽源由自密封切換至輔助蒸汽系統(tǒng)，輔助蒸汽汽源切換至老廠來汽。新建機組與老廠備用汽源距離相對比較遠，而且老廠來汽溫度偏低，造成輔助蒸汽母管溫度迅速降低，軸封蒸汽溫度也由正常運行期間的310℃迅速下降到190℃，并在190～220℃波動。機組軸封發(fā)生動靜碰摩并有抱軸現(xiàn)象，盤車轉(zhuǎn)速降至正常轉(zhuǎn)速以下，振動也隨之增大。通過增加其他用戶輔助蒸汽用汽量，將輔助蒸汽母管溫度提高，相應(yīng)的軸封蒸汽溫度升高至260℃，機組在盤車一段時間后振動逐漸降低，盤車轉(zhuǎn)速也恢復(fù)到正常轉(zhuǎn)速，未對機組造成嚴(yán)重影響。

對汽輪機軸封抱軸的原因分析如下：同類型機組的軸封結(jié)構(gòu)間隙小，軸封蒸汽供汽汽源只有一路輔助蒸汽汽源，軸封蒸汽溫度的控制措施單一以及本機組對軸封汽溫與轉(zhuǎn)子溫度限制要求高，綜合因素導(dǎo)致了本技術(shù)類型機組容易發(fā)生機組軸封抱軸的發(fā)生。

具體分析如下：在機組負(fù)荷達到75%額定負(fù)荷后，機組軸封供汽系統(tǒng)已進入自密封狀態(tài)，汽輪機高中壓缸軸端漏汽和高、中壓調(diào)閥門桿漏汽為軸封供汽系統(tǒng)提供汽源，汽輪機主再熱蒸汽達到600℃，高中壓缸進汽溫度也達到600℃，汽輪機高中壓缸軸端漏汽和高、中壓調(diào)閥門桿漏汽溫度達到300℃，對應(yīng)的低壓缸軸封進汽溫度也達到300℃，與高中壓缸溫度的溫差達到300℃，各汽缸軸封金屬溫度存在較大差距，低壓缸軸封蒸汽溫度無調(diào)節(jié)手段。根據(jù)據(jù)軸封溫度限制曲線，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)子溫度小于200℃時，軸封汽源溫度范圍為240～300℃；當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)子溫度大于300℃時，軸封汽源溫度范圍要求為280～320℃。軸封溫度最好控制在300℃左右，當(dāng)軸封蒸汽溫度與轉(zhuǎn)子溫度不匹配時，汽缸端部汽封熱膨脹量會小于汽輪機轉(zhuǎn)子的熱膨脹量，汽缸端部汽封就會發(fā)生卡住汽輪機轉(zhuǎn)子的問題。特別是對于新建機組，由于啟動爐設(shè)計蒸汽溫度和老廠供機組輔助蒸汽管道長而導(dǎo)致的蒸汽溫度往往偏低，不能滿足軸封蒸汽溫度與轉(zhuǎn)子溫度的匹配，相同類型汽輪機在機組啟動或者高負(fù)荷跳機后，由于軸封蒸汽溫度與汽輪機轉(zhuǎn)子溫度滿足不了軸封溫度限制曲線要求，在盤車時會發(fā)生抱軸或者轉(zhuǎn)子抱死現(xiàn)象，如果處理措施不當(dāng)可能會引起大軸彎曲的重大事故。

3 防止軸封抱軸采取的措施

為防止軸封抱軸，在輔助蒸汽供汽輪機軸封管道增設(shè)了經(jīng)設(shè)計核算后的大容量電加熱器。為了防止機組正常運行時電加熱器干燒，在電加熱器后增加常開的疏水管路，并且調(diào)整軸封電加熱器設(shè)置將軸封蒸汽溫度維持比較高的溫度范圍，通過少許的通流量來保證軸封電加熱器正常運行時的安全可靠性。機組正常運行時，通過對軸封電加熱器設(shè)置將軸封蒸汽溫度控制在300℃左右，以滿足軸封蒸汽和轉(zhuǎn)子的溫度限制，防止本機出現(xiàn)轉(zhuǎn)子抱軸甚至抱死的情況出現(xiàn)。如圖3所示

圖3 改進后的軸封供汽系統(tǒng)

圖中：A-汽輪機高壓缸；B-汽輪機中壓缸；C-汽輪機低壓缸；1-軸封供汽調(diào)節(jié)閥；2-軸封溢流調(diào)節(jié)閥；3-汽輪機進汽閥門；4-汽封冷卻器；5-軸加風(fēng)機；6-輔助蒸汽至軸封供汽電動門；7-輔助蒸汽至軸封供汽電動門后逆止門；8-軸封電加熱器前電動門；9軸封電加熱器；10-軸封電加熱器后電動門；11-軸封電加熱器旁路門；12-就地溫度表；13-熱電偶；14-軸封電加熱器后疏水閥。

在機組啟動及低負(fù)荷運行時，軸封蒸汽溫度與轉(zhuǎn)子金屬溫度不滿足要求時，投入安裝的電加熱器系統(tǒng)。開啟軸封蒸汽電動門和軸封電加熱器旁路門；開啟軸封電加熱器前電動門和軸封電加熱器后電動門，并保持疏水閥常開；投入軸封電加熱器，關(guān)閉軸封電加熱器旁路門；根據(jù)軸封溫限制曲線將軸封蒸汽溫度調(diào)整至正常值。

當(dāng)機組穩(wěn)定運行且達到75%額定負(fù)荷時，機組軸封供汽系統(tǒng)進入自密封狀態(tài)，將軸封電加熱器后疏水閥保持常開，保證軸封電加熱器的安全運行，通過設(shè)置軸封電加熱器，軸封的蒸汽溫度可提高到300℃左右，保證輔助蒸汽系統(tǒng)的蒸汽在機組熱跳后能更平穩(wěn)地進入軸封系統(tǒng)，防止軸封蒸汽溫度與轉(zhuǎn)子溫度不匹配造成抱軸的發(fā)生。通過改進系統(tǒng)設(shè)計后，軸封蒸汽的溫度將得到保證，本機組正常運行中軸封溫度控制在300℃左右。

4 結(jié)束語

某1 013 MW超超臨界機組汽輪機軸封供汽系統(tǒng)特點及汽溫限制要求高。在啟動時或者高負(fù)荷停機后會出現(xiàn)過軸封蒸汽溫度波動與轉(zhuǎn)子溫度不匹配造成轉(zhuǎn)子抱死的情況，對軸封供汽系統(tǒng)增加經(jīng)設(shè)計核算后的大容量電加熱器，為防止軸封抱軸提供了可行且可靠的防范措施，為機組的安全運行提供了保障。

［1］ 劉翔.900 MW汽輪發(fā)電機組主機軸封系統(tǒng)特點分析與探討［J］.上海電力，2005，18（2）：142-143.