防止汽轮机轴封汽带水的改进措施

防止汽轮机轴封汽带水的改进措施

张生鹏

内蒙古伊泰煤制油有限责任公司 内蒙古 鄂尔多斯市 010300

摘要：因为轴封蒸汽温度如果与汽轮机本体部件温度（特别是转子的金属温度）差别太大或是蒸汽带水，将使汽轮机部件产生很大的热应力，这种热应力将造成汽轮机部件产生摩擦，使部件寿命损耗加剧。本文分析了防止汽轮机轴封汽带水的改进措施。

关键词：汽轮机；轴封；轴封汽；滤网；减温器

轴封蒸汽系统作为热力发电厂汽轮机系统的重要组成部分，其主要功能是向汽轮机主机、给水泵小汽轮机的端部动静部位提供轴向密封蒸汽，同时将各汽封的漏汽合理导向或抽出。

一、汽轮机轴封蒸汽带水的原因分析

1.高压缸轴封(端部汽封)的作用在于阻止蒸汽沿着转子漏出,高压缸前后的端部汽封所承受的压差比较大,额定工况时调节级喷嘴处的压力为4.43MPa,对于15级后压力则为0.11MPa,不但压差存在,为了不使动静机件发生碰磨,而总要留有一定间隙,间隙的存在也必然要导致漏汽,漏汽量一般要达到总汽量的0.5%。由于上述两个原因,很容易使该处的蒸汽沿转子窜入轴承室,引起轴承温度升高,使油系统中带有由蒸汽凝结而成的水。可见解决油系统中带水的问题关键是消除轴封漏汽。如果汽轮机高压缸前段轴封间隙调整得不合适,导致轴封供汽从该处沿轴颈窜入轴承室,造成油中带水,油质恶化。

2.轴封系统的配置不太合理,高低压轴封供汽联在同一根母管而引起供汽分配不均的问题。

3.控制好高压缸前轴封第二腔室漏汽是防止轴封漏汽的关键,试验表明,如果将该二段漏汽压力提升到0.014MPa以上,汽封处就会有明显的漏汽存在,所以在保证机组真空的前提下,二段漏汽压力应该尽量调低,防止油中带水。在机组运行中,当机组增加负荷时,轴封漏汽量增加,需要开大二段漏汽至1号低压加热器门;当机组减负荷时,又要防止空气从二段漏汽进入轴封冷却器,从而进入凝汽器影响机组真空,需要关小该阀门。二段漏汽至加热器门均为手动门,随着机组负荷的变化,运行人员必须频繁地就地进行操作,增加了调整难度,对机组安全运行有不利影响。

4.轴封冷却器也应该作解体改造和检查,重点是考虑提高冷却能力以及检查喷嘴直径是否磨损以致影响抽汽能力,使轴封的排汽不畅从而引起轴端漏出蒸汽。

5.油中带水主要是由蒸汽混入油系统中引起的,但不一定只是轴封漏汽,还有可能是轴承附近的缸体结合面泄露的蒸汽结合面包括:高压缸结合面、轴封套结合面、汽缸在受到快速加热和冷却时,尤其是汽缸端部靠轴封处,由于该部位的约束紧固螺栓跨距大,对汽缸的约束力明显弱于其他部位,所以最易发生变形。

6.理想情况下轴承内的压力应该低于大气压,这种负压通常是轴承流出的油流有抽吸作用引起的。但是润滑油释放出的大量油烟在高速旋转的转子带动下,在轴承室内扩散,升压会充满整个轴承室,若不及时排出,会从油挡间隙漏出,聚集在油挡外造成漏油,所以轴承室的负压必须通过排烟机加以保持但负压不能太大,以防将泄露出的蒸汽和空气吸入轴承室,这是一个比较矛盾的问题,需要选取合适的负压同时满足二者负压一般控制在12～30 mm水柱,具体应该根据各瓦的实际情况进行调整。7.缺乏有效的脱水滤油设备虽然不是造成汽轮机油中带水的根本原因,但是也为机组的安全稳定运行留下了隐患。

二、案例分析

1.轴封汽系统布置。600 MW超临界机组的轴封蒸汽系统由轴端汽封、轴封供汽压力调节站、轴封供汽母管、喷水减温器、轴端汽封进汽滤网、安全门、防爆门、轴封漏汽和门杆漏汽管道、轴封加热器、轴封抽风机以及上述管道和设备的疏水装置及管道等组成。根据汽轮机轴封系统设计，机组正常运行时汽轮机轴封系统为自密封。在机组启动或低负荷运行期间，轴封供汽由辅助汽源提供。但是，实际上电厂2台汽轮机在全负荷段均不能实现自密封。经检查发现，低压缸轴封腔室温度一直偏低，特别是2号低压缸。如果低压缸温度低到一定程度，就会有一部分蒸汽凝结成水，使轴封汽带水。若机组运行中轴封汽带水，不仅可能损坏轴端汽封，而且会使油中进水，引起油质劣化，甚至还会引起机组振动增大，严重时发生水冲击的恶性事故，威胁汽轮机的安全。

2.低压缸轴封汽温度低的原因。(1)低压缸轴封温度测试点设置不合理。制造厂规定低压缸轴封温度应控制在121～176℃，但电厂低压缸轴封温度测点设在2号低压缸后轴封进汽管上，而低压缸轴封进汽腔室内无温度测点。由于低压缸轴封进汽管经过凝汽器内部，虽有保温层，但温降还是会达到80℃以上。低负荷时，高中压缸轴封漏汽至低压缸的蒸汽量变少，低压缸轴封汽需要补充辅助蒸汽，温度降低也较多。(2)低压缸轴封汽减温水进水管过粗，温度调节惯性较大。机组运行中若稍开减温水，低压缸轴封汽温度就会有较大变化，曾出现超过100℃的降幅，安全危害极大。(3)2号低压缸后端轴封汽进汽管疏水点布置不合理。疏水点布置在滤网底部，而滤网后的管道却低于该疏水点，造成进汽管疏水不完全。特别是在启动和低负荷不能自密封时，由于轴封进汽温度较低，更需尽快排出冷凝的疏水。

3.改造措施。(1)在凝汽器内的低压缸轴封汽进汽管上加装密封套管。在轴封汽进汽管道外套一个Φ159×4.5不锈钢管，减少热损失，有利调节轴封汽温度。(2)在2号低压缸后端轴封汽进汽管上增加一路疏水接至B疏水扩容器(见图1虚线内)。原进汽管一路疏水接至进口滤网底部，增加一路疏水接至滤网前、后管道。由于滤网后的管道低于滤网底部的疏水口，这样可以保证进汽管路内无疏水存留。(3)在轴封汽减温水调节阀前隔离门增加针型旁路阀凝68B(见图2)，旁路管径改为DN 10。机组正常运行时，打开此针型旁路阀，关闭轴封汽减温水调节阀前隔离门(凝68)，可以小流量调节轴封汽减温水，防止轴封汽温度调节时大起大落，保证轴封汽温度调节的精细度。改造后，2台机组都没有发生低压缸轴封蒸汽温度突降的问题。

(4)将1，2号低压缸的四处端部汽封改为蜂窝式汽封。蜂窝式汽封比梳齿式汽封密封效果好，可以减少蒸汽散热。改造后在低压缸端部汽封处进行了查漏，没有发现负压现象，消除了轴封汽系统影响真空严密性的缺陷。蜂窝式汽封具有以下结构特点。①蜂窝式汽封是由0.05～0.1 mm厚的不锈钢金属薄板，采用特殊加工手段加工成相应直径及深度的规整蜂窝带，然后用真空钎焊技术将蜂窝带钎焊在母体汽封环低齿区域的内表面，和汽封环组合在一起形成的。蜂窝式汽封阻止流体泄漏的机理包括强大的气旋效应、强烈的摩阻效应、高效的阻透气效应、高效的流束收缩效应、较好的热力学效应、强大的吸附效应。②蜂窝式汽封是根据蜂窝状阻汽原理设计的。蜂窝带是质地柔软的六边形蜂窝网格，具有可磨损的优点。该汽封主要用于自由叶片顶部汽封和轴向密封，封汽效果较好。其不足之处是易于结垢。(5)更换轴封减温器喷头，以保证雾化效果良好，使轴封汽温度变化平稳；解体检修减温水调节阀，消除阀门内漏。(6)冷端再热汽至辅助蒸汽调整门最低阀位开度由0改为3%。由于电厂辅汽联箱为定-滑压运行方式，压力设定最低为0.60 MPa，当四抽供辅汽联箱的压力高于此压力时，冷端再热汽至辅汽的调整门关闭；在低负荷时，冷端再热汽至辅汽会开启。由于冷端再热汽至辅汽调整门前无疏水器，所以冷端再热汽至辅汽管路可能积水，蒸汽带水极可能进入轴封汽系统。冷端再热汽至辅汽调整门最低阀位改为3%的目的就是保证管路有一定的蒸汽流通量，防止积水，以降低轴封汽带水的概率。

改造前后的轴封减温器的蒸汽温度均控制在220℃的情况下，通过改造，机组运行中低压缸前后两端轴封腔室温度差控制在10℃以内，相比改造前得到了很大提高。轴封温度也符合厂家控制在121～176℃的要求。通过对轴封汽减温水系统的改进，轴封汽温度调整的线性更好，没有再发生低压缸轴封汽温度突降的现象。

参考文献：

[1]陆浩．防止汽轮机轴封汽带水的改进措施．2018.

[2]张家.浅谈汽轮机轴封蒸汽带水的原因分析及对策.2018.