超臨界機組軸封系統(tǒng)異常排查及處理

梁 鵬

（酒鋼集團能源中心，甘肅嘉峪關 735100）

引言

某電廠2×350 MW 超臨界發(fā)電機組中新6#機組低壓汽端軸封漏汽、漏水，導致油脂水分超標，主機潤滑油壓已緩慢降至低限值，凝汽器真空偏低2.5 kPa 以上,經(jīng)排查分析，上述問題均由軸封系統(tǒng)異常所造成。

1 軸封系統(tǒng)簡介

新6#機組采用自密封汽封系統(tǒng)：即機組正常運行時，由高、中壓缸軸端汽封的漏汽經(jīng)噴水減溫后作為低壓軸端汽封及給水泵汽輪機的供汽，多余漏汽經(jīng)溢流站溢流至凝汽器。在機組啟動、低負荷運行、停機階段，汽封供汽由外來蒸汽提供。該汽封系統(tǒng)從機組啟動到滿負荷運行，全過程均能按機組汽封供汽要求自動進行切換。

汽輪機汽封系統(tǒng)的主要作用是在汽輪機啟動、運行、停機各種工況下，為汽缸端部軸封提供合適的汽源，并回收汽輪機軸端汽封、高中壓主汽閥、調閥門桿漏汽及汽-氣混合物，以防止蒸汽外漏、甚至竄入軸承箱使?jié)櫥陀椭袔?，同時防止大氣漏入汽缸而影響機組的真空。

2 原因分析與排查

2.1 低壓汽端軸封冒汽、冒水原因排查

新6#機組自2013 年投入運行后，汽輪機低壓汽端軸封（3#瓦）常出現(xiàn)冒汽甚至冒水現(xiàn)象。導致汽機潤滑油油中帶水。

從軸封外端逸出的蒸汽，沿軸向穿過油封進入汽輪機低壓軸承箱中，蒸汽冷凝成水后，隨潤滑油的回油進入潤滑油系統(tǒng)，不斷積累的蒸汽冷凝水與潤滑油一起在機組中循環(huán)，這一過程使?jié)櫥筒粩嗳榛?，造成潤滑油品質下降。

汽輪機潤滑油水分超標而導致油品乳化對汽輪機危害極大：潤滑油粘度降低，不僅影響軸承的潤滑,加劇軸承及其他需要潤滑的部件的磨損。水分超標還會導致潤滑油箱、軸承箱生銹,產生的銹垢如果進入軸瓦處，導致燒瓦。更嚴重的是潤滑油中顆粒度超標容易導致調速系統(tǒng)卡死，汽輪機轉速失控，造成汽輪機被迫停止工作而報廢。

經(jīng)運行觀察，低壓汽端軸封的冒汽、冒水現(xiàn)象與軸封母管壓力大小無關，只要軸封系統(tǒng)投運，這種現(xiàn)象就存在。從根本上治理低壓汽端軸封冒汽、冒水難題，則需在下一次新6#機大修期間調整軸封間隙、檢查低壓光軸尖齒2 組石墨接觸汽封環(huán)是否完好。

2.2 主機潤滑油壓低的原因排查

2018 年11 月10 日新6#機組檢修期間將主機冷油器油側由A 側切至B 側運行，冷油器出口油壓由0.248 MPa 降至0.228 MPa；系統(tǒng)油壓由0.162 MPa降至0.147 MPa。截止2019 年5 月16 日，冷油器出口油壓0.217 MPa，潤滑油壓已低至0.135 MPa，低于規(guī)程規(guī)定低限值0.14 MPa。經(jīng)對新5#、6#機組主機潤滑油系統(tǒng)參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，新6#機組潤滑油經(jīng)過冷油器后參數(shù)發(fā)生了變化。數(shù)據(jù)分析見表1。

表1 新5#、6#機組主機潤滑油系統(tǒng)參數(shù)對比表

說明新6#機組B 冷油器堵塞或A 冷油器存在泄漏。在機組正常運行中，通過油箱油位及水側水池油花檢查，能排查冷油器泄漏。

2.3 真空系統(tǒng)泄漏原因排查

截止2019 年6 月新6#機組停機檢修前，凝汽器端差為7.7 ℃，并且凝汽器A 側端差比B 側端差大0.7 ℃，即凝汽器A 側換熱效果較B 側更差。兩臺真空泵運行情況下真空偏低2.5 kPa，真空嚴密性試驗結果為990 Pa/min。

新6#機組自2017年11月真空系統(tǒng)泄漏以來，組織運行、檢修人員對新6#機真空系統(tǒng)查漏，但未查找漏點。主要原因為，真空系統(tǒng)龐雜，檢測手段單一（用薄塑料或對真空系統(tǒng)法蘭涂抹黃油進行真空查漏），沒有真空查漏專用儀器（氦質譜真空檢漏儀），導致真空漏點遲遲未找到。但當停運軸加風機后，機組背壓由7.7 kPa 降低至5 kPa，凝汽器端差由7.7 ℃降低至2 ℃，凝汽器真空系統(tǒng)運行基本恢復至正常。根據(jù)這一現(xiàn)象，將運行軸加風機入口門關至四分之一左右，低壓軸封回汽門也相應關小。

調整新6#機軸封閥門位置后，真空有所提高且基本恢復正常值，但是低壓缸3#、4#軸瓦處間斷性冒汽，油中水分明顯增多。

停運軸加風機，真空系統(tǒng)能恢復正常運行，可能原因分析如下：若新6#機汽端或勵端軸封至低壓缸供回汽管道（凝汽器內部）接反，當停運軸加風機后，軸封供汽量增加，實現(xiàn)低壓軸封密封。這種可能性較小，因為新6#機在2017 年前真空系統(tǒng)正常；軸封至低壓缸供回汽管道（凝汽器內部）有泄漏點，特別是凝汽器A 側對應的勵端軸封，因為A 側端差較B 側端差大0.7 ℃。當停運軸加風機后，高中壓軸封回汽、門桿漏汽、小機軸封回汽被泄漏點吸走，從勵端軸封吸入的空氣大大減少，所以真空系統(tǒng)參數(shù)能恢復正常值。

3 解決對策

3.1 低壓軸封汽端冒汽

低壓汽封為光軸尖齒結構，供、回汽4列軸封圈中有2 組石墨接觸汽封環(huán)，石墨環(huán)的完好決定了低壓軸封的工作狀態(tài)。見圖1。

圖1 低壓汽端汽封設計結構圖與實體結構圖

新6#機大修期間發(fā)現(xiàn)，3#瓦軸封供汽石墨片缺失、斷裂，導致低壓軸封汽端長期冒汽、冒水。機組檢修期間，對斷裂及破損的石墨接觸汽封環(huán)進行了更換，對3#、4#軸瓦處軸封體結合面存在的溝槽，進行了修復。見圖2、圖3。

圖2 3#瓦軸封供汽石墨片缺失

圖3 3#瓦軸封供汽石墨片斷裂

3.2 潤滑油壓低

機組檢修期間，重點檢查主機冷油器板換，發(fā)現(xiàn)板換油側有大量油泥。低壓汽端長期冒汽冒水，油品乳化液在油系統(tǒng)中循環(huán)，最終沉積在壓損最大的板式換熱器中，導致其油側有大量油泥，造成油循環(huán)阻力增加，新6#機大修停機前潤滑油壓降至0.135 MPa的原因已找到。見圖4、圖5。

圖4 板換油側有大量油泥

圖5 板換油側油泥清洗干凈后回裝

3.3 低壓軸封管道

經(jīng)檢查確認，低壓軸封汽端、勵端供汽管道連接正確；低壓軸封汽端、勵端回汽管道連接正確。

隔離新6#機6.3 m 低壓軸封供、回汽手動門。從12.6 m 低壓軸封汽端供、回汽管道腔室分別注水查漏，未發(fā)現(xiàn)泄漏點。

當從12.6 m 低壓軸封勵端供汽管道腔室注水查漏，結果發(fā)現(xiàn)新6#機4#瓦軸封供汽（凝汽器內部）焊縫有一小孔，導致4#瓦軸封供汽被凝汽器負壓吸走，55 kPa 的軸封蒸汽送至X 腔室已所剩無幾。大修期間對4#瓦軸封供汽焊縫小孔進行了補焊。見圖6。

圖6 4#瓦軸封供汽焊縫有一小孔

從12.6 m 低壓軸封勵端回汽管道腔室注水查漏，發(fā)現(xiàn)新6#機4#瓦回汽管道膨脹節(jié)（凝汽器內部）嚴重泄漏，膨脹節(jié)破裂。軸封正常運行時，4#瓦軸封回汽已不是軸加風機所對應的微負壓（-5 kPa）,而是凝汽器真空（-75 kPa），足足大了15倍，大量空氣從4#瓦處吸入。大修期間對4#瓦軸封回汽膨脹節(jié)進行了更換。見圖7。

圖7 4#瓦軸封回汽膨脹節(jié)破裂

一方面4#瓦軸封供汽管道焊縫有一小孔，供汽基本被凝汽器負壓吸走，另一方面4#瓦回汽管道膨脹節(jié)破裂，汽-氣混合全部被泄漏點吸走，兩方面的原因最終導致新6#機真空系統(tǒng)泄漏。

4 實施效果

結合機組檢修，成功解決新6#機自投產以來，低壓汽端軸封長期出現(xiàn)漏汽、漏水的難題；避免了油中帶水，油品乳化，潤滑油壓降低對汽輪機安全運行造成的巨大威脅；凝汽器漏真空難題得以解決，避免了因漏真空導致的溶氧超標、設備腐蝕，軸向推力增大、汽輪機軸承中心偏移等一系列危及汽輪機安全運行的后果。運行參數(shù)如表2所示。

表2 新6#機軸封系統(tǒng)異常處理前后數(shù)據(jù)對比

5 結束語

根據(jù)超臨界機組軸封系統(tǒng)異常排查與處理，結合機組大修根治了低壓汽端軸封自投產以來長期冒汽、冒水的難題，解決了主機潤滑油壓降至低限值的問題，同時通過停運軸加風機準確判斷機組真空泄漏點為低壓軸封供、回汽管道泄漏，降低機組背壓2.5 kPa，提高了機組運行的安全、經(jīng)濟性，對同類汽輪機軸封系統(tǒng)相關問題的分析和解決有一定參考借鑒意義。