汽輪發(fā)電機(jī)組軸封故障分析及處理方法

馬建賓 吝軍鋒

(陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 神木 719300)

某火力發(fā)電廠引進(jìn)汽輪機(jī)型號(hào)為N600-16.7／538/538，為600MW中間再熱凝汽式汽輪機(jī)，由齒形軸封、閥門、管道、軸封加熱器、軸加風(fēng)機(jī)等設(shè)備組成。軸封的作用一是防止高壓側(cè)軸端的蒸汽外漏，造成主機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)水及環(huán)境污染；二是防止空氣漏入低壓側(cè)，凝汽器真空降低，效率下降；三是回收熱量及工質(zhì)，保證機(jī)組的正常啟停及運(yùn)行。

1 軸封工作原理

汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)的作用是在汽輪機(jī)的軸端形成蒸汽密封，防止高壓部分缸內(nèi)的蒸汽外漏造成軸承油內(nèi)進(jìn)水和蒸汽能量損失；同時(shí)防止真空部分外界空氣順轉(zhuǎn)軸漏進(jìn)汽缸，影響機(jī)組真空和運(yùn)行安全。在汽機(jī)開始啟動(dòng)或低負(fù)荷時(shí)，所有汽缸內(nèi)的壓力低于大氣壓力，汽封蒸汽通過(guò)軸封母管送入X腔室，一部分通過(guò)汽封片進(jìn)入汽缸，另一部分進(jìn)入另一側(cè)的Y腔室。Y腔室則由于汽封蒸汽冷凝器的作用，始終保持低度負(fù)壓，Y腔室內(nèi)的蒸汽與空氣的混和物通過(guò)連接管道進(jìn)入汽封蒸汽冷凝器。

2 汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)常見故障分析

2.1 #4 機(jī)軸加進(jìn)、出口法蘭嚴(yán)重泄漏分析

2007 年7 月12 日，#4機(jī)組安裝調(diào)試后準(zhǔn)備開機(jī)過(guò)168小時(shí)試運(yùn)行。凌晨2：30，汽機(jī)側(cè)投入軸封和真空系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)軸加水封破壞，重新對(duì)U型管注水。2：40，DCS上軸加液位高測(cè)點(diǎn)動(dòng)作黃閃，運(yùn)行人員未發(fā)現(xiàn)，軸加水側(cè)旁路門被連鎖開啟，進(jìn)出水門聯(lián)鎖關(guān)閉，軸封冷卻器出口溫度由正常的32℃持續(xù)升高至166℃，軸加壓力升至正壓，備用軸加風(fēng)機(jī)自啟。直至4：40運(yùn)行人員DCS畫面檢查，才發(fā)現(xiàn)軸加水側(cè)退出，即投入軸加水側(cè)，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)軸加進(jìn)出口法蘭嚴(yán)重泄漏，停機(jī)檢修。

原因分析：因軸加水封被破壞，注水操作時(shí)，發(fā)出軸加液位高報(bào)，聯(lián)鎖開啟旁路閥后關(guān)閉軸加進(jìn)、出口閥。因軸加水側(cè)進(jìn)、出口閥已關(guān)，基本上無(wú)水流過(guò)軸加水側(cè)，無(wú)法保證軸加汽側(cè)蒸汽正常凝結(jié)，軸加汽側(cè)變?yōu)檎龎?，?lián)動(dòng)備用軸加風(fēng)機(jī)。軸加隨著軸封蒸汽對(duì)軸加不斷加熱，溫度不斷升高，軸加水側(cè)膨脹。直至兩小時(shí)后才發(fā)現(xiàn)軸加水側(cè)退出，立即投入軸加水側(cè)，大量的水瞬間進(jìn)入軸加水側(cè)，此時(shí)的凝結(jié)水溫度為38℃，軸加迅速冷卻收縮，法蘭墊片破裂，軸加端面嚴(yán)重泄漏。

2.2 #4 機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)軸加滿水分析

2008 年4 月27 日，#4機(jī)組剛開機(jī)運(yùn)行一天，07：02分，負(fù)荷從150MW升至300 MW時(shí)，軸加液位高報(bào)警，就地檢查軸加水位升高到20 cm，即開大軸加疏水至凝汽器手動(dòng)門，液位高報(bào)消失。7：12和7：14分，軸加液位高報(bào)發(fā)出后即消失；運(yùn)行人員未到就地檢查軸加水位，7：18，軸加汽側(cè)壓力由-4.7 kPa開始上升，同時(shí)A軸加風(fēng)機(jī)過(guò)流跳閘，B軸加風(fēng)機(jī)因軸加汽側(cè)壓力升高時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)即跳閘。直至7：25，軸加液位高報(bào)重新發(fā)出，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)軸加風(fēng)機(jī)跳閘，軸加汽側(cè)壓力已達(dá)9 kPa，就地軸加滿水，立即開大軸加疏水至凝汽器手動(dòng)門，重新啟動(dòng)A軸加風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

原因分析：發(fā)生此次軸加滿水的異常情況，主要系開機(jī)過(guò)程，軸加疏水至凝汽器手動(dòng)門開度偏小所致。在機(jī)組從150 MW升負(fù)荷至300 MW時(shí)，因軸封汽量增加，冷凝后的疏水量增大，無(wú)法及時(shí)排至凝汽器，在7：02第一次發(fā)現(xiàn)軸加液位高時(shí)，調(diào)整軸加疏水至凝汽器手動(dòng)門的開度量偏小，又發(fā)出了連續(xù)二次軸加液位高報(bào)，因測(cè)點(diǎn)故障，報(bào)警立即消失，運(yùn)行人員未能引起重視及時(shí)到就地進(jìn)行確認(rèn)，造成了軸加水位持續(xù)上升，最終發(fā)生了滿水，軸加風(fēng)機(jī)抽水過(guò)載跳閘。

2.3 #2 機(jī)開機(jī)過(guò)程中主機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)水

2010 年4 月13 日晚班，＃2機(jī)組停運(yùn)后，退出軸封系統(tǒng)運(yùn)行，關(guān)閉輔汽至軸封隔離總閥及輔汽閥門站軸封供汽電動(dòng)閥及旁路電動(dòng)閥。15日晚班，＃2機(jī)開機(jī)，運(yùn)行人員微開輔汽至軸封隔離總閥，并打開輔汽供軸封閥門站前疏水閥進(jìn)行疏水。16日夜班，發(fā)現(xiàn)主機(jī)潤(rùn)滑油箱油位上漲了8 mm，立即關(guān)閉輔汽至軸封隔離總閥，而后主機(jī)油箱油位基本穩(wěn)定?；瘜W(xué)化驗(yàn)主機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)水，主機(jī)進(jìn)行濾油，延誤了開機(jī)時(shí)間。

原因分析：此次主機(jī)潤(rùn)滑油中進(jìn)水的主要原因是在停機(jī)操作退軸封時(shí)，只關(guān)閉了輔汽閥門站供軸封電動(dòng)閥，電動(dòng)閥前手動(dòng)隔離閥未關(guān)閉，閥門未完全隔絕，軸封母管上的疏水閥在關(guān)閉狀態(tài)，造成軸封長(zhǎng)時(shí)間疏水過(guò)程中，軸加風(fēng)機(jī)未運(yùn)行，輔汽進(jìn)入軸封系統(tǒng)，主機(jī)汽封處的壓力升高，由于主機(jī)軸承處的負(fù)壓，蒸汽被吸入潤(rùn)滑油中。

2.4 #4 機(jī)開機(jī)過(guò)程中主機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)水

2012 年3 月21 日白班，#4機(jī)開機(jī)，14：30投運(yùn)軸封系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)軸加水位計(jì)底部法蘭漏水。運(yùn)行人員應(yīng)檢修要求，將軸加水側(cè)切至旁路，關(guān)閉軸加凝結(jié)水進(jìn)、出口閥，交給檢修處理軸加水位計(jì)缺陷。16：20汽機(jī)專業(yè)要求檢修立即停止軸加水位計(jì)檢修工作，投入軸加水側(cè)，化驗(yàn)主機(jī)潤(rùn)滑油質(zhì)，潤(rùn)滑油中含水達(dá)2 740 mg/L（正常在100mg/L），安排檢修進(jìn)行濾油，直至29日9：30主機(jī)潤(rùn)滑油中含水合格。

原因分析：因檢修處理軸加水位計(jì)泄漏，要求運(yùn)行人員將軸加水路切至旁路，隔絕主路。軸加水位計(jì)是汽側(cè)的水位計(jì)，根本無(wú)需將水側(cè)切至旁路，但運(yùn)行人員未經(jīng)思考，就將軸加水側(cè)切至旁路，從而造成軸封加熱器的回汽無(wú)法正常冷凝，而軸加疏水尚未切至凝汽器，仍排入地溝，疏水不暢，軸加汽側(cè)壓力升高，導(dǎo)致主機(jī)軸封回汽無(wú)法正常排至軸封加熱器，最從軸端冒出，沿主軸竄至主機(jī)軸承箱，引起主機(jī)潤(rùn)滑油水分超標(biāo)。

3 防范措施

3.1 二期#3、4機(jī)組在調(diào)試時(shí)多次發(fā)生"軸加水位高跳軸加水側(cè)"聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作，但由于汽側(cè)無(wú)法解列，調(diào)試設(shè)計(jì)并不合理，即取消"軸加水位高退出軸加水側(cè)"的邏輯聯(lián)鎖，軸封系統(tǒng)正常運(yùn)行后，嚴(yán)禁水側(cè)退出運(yùn)行。

3.2 "軸加液位高"預(yù)示著軸加疏水系統(tǒng)異常，可能引起軸加風(fēng)機(jī)抽水，主機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)水等事故，機(jī)組籌建設(shè)計(jì)上僅在DCS上有一個(gè)開關(guān)量測(cè)點(diǎn)高報(bào)時(shí)會(huì)閃爍，沒(méi)有硬光字牌報(bào)警，導(dǎo)致運(yùn)行人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸加液位高異常，故增加該報(bào)警至硬光字牌報(bào)警中，便于運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理。

3.3 #4 機(jī)在籌建設(shè)計(jì)上軸加液位高報(bào)值偏低。軸加就地水位全量程為30 cm，當(dāng)就地水位計(jì)水位升至10 cm時(shí)，軸加水位高發(fā)出，但實(shí)際上軸加水位還很低，將軸加水側(cè)退出運(yùn)行顯然是不合理的。重新調(diào)整軸加液位高報(bào)值至20 cm。

3.4 #4 機(jī)軸加疏水至凝汽器U型管設(shè)計(jì)不合理，U型管道太短，導(dǎo)致正常運(yùn)行中，負(fù)荷變化大時(shí)，軸封蒸汽量變化引起軸加水封經(jīng)常遭到破壞，需要重新注水。這也是#4機(jī)軸封發(fā)生異常最多的原因。

3.5 正常運(yùn)行中，若U形水封被破壞，注水操作關(guān)小軸加疏水至凝汽器疏水閥時(shí)，應(yīng)緩慢，同時(shí)嚴(yán)禁將軸加疏水至凝汽器疏水閥全關(guān)，否則必然造成疏水滯流。

3.6 軸封加熱器水側(cè)退出運(yùn)行，重新投入時(shí)應(yīng)緩慢，以減緩熱脹冷縮對(duì)系統(tǒng)的影響。

3.7 若發(fā)生軸加液位高時(shí)，應(yīng)立即檢查軸加疏水溫度、軸加汽側(cè)壓力、軸加風(fēng)機(jī)電流，并安排專人在就地監(jiān)視軸加水位。

3.8 停機(jī)時(shí)應(yīng)按停機(jī)操作卡要求隔絕輔汽至軸封隔離總閥及輔汽供軸封閥門站手動(dòng)隔離閥，并且應(yīng)觀察軸封溫度下降，確保軸封系統(tǒng)各閥門完全隔絕。

3.9 修改操作卡，在停機(jī)操作卡中明確要求：在停機(jī)后應(yīng)打開軸封母管上的疏水閥，避免開機(jī)過(guò)程中少量蒸汽進(jìn)入軸封，無(wú)法排走而竄入主機(jī)潤(rùn)滑油中。

3.10 若長(zhǎng)時(shí)間投運(yùn)軸封，而未啟動(dòng)軸加風(fēng)機(jī)或抽真空，均可能造成主機(jī)油中進(jìn)水，故應(yīng)控制其工作節(jié)點(diǎn)，盡早保證主機(jī)汽封處于一定的負(fù)壓。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工作中，軸封系統(tǒng)及其操作并不復(fù)雜，監(jiān)視參數(shù)也不多，反而一些小的異常現(xiàn)象出現(xiàn)容易被運(yùn)行人員忽視，最終導(dǎo)致潤(rùn)滑油進(jìn)水、軸加風(fēng)機(jī)損壞等異常發(fā)生，延誤了開機(jī)時(shí)間。運(yùn)行人員應(yīng)掌握軸封系統(tǒng)的工作原理，熟知系統(tǒng)流程，明確軸封系統(tǒng)投退的危險(xiǎn)點(diǎn)，加強(qiáng)監(jiān)視和細(xì)心調(diào)整，確保機(jī)組在最佳真空下經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1]王秋會(huì).汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)改造探析[J].湖北電力，2007(S2).

[2]盧崗躍，閻?？?國(guó)產(chǎn)600MW汽輪機(jī)組軸封系統(tǒng)的技術(shù)改造及效果分析[J].華東電力，2002(03).