15 MW汽轮机轴封磨损原因分析及处理

赵轶炫

（河北钢铁集团宣钢公司动力厂,河北张家口075100）

15 MW汽轮机轴封磨损原因分析及处理

赵轶炫

（河北钢铁集团宣钢公司动力厂,河北张家口075100）

介绍了宣钢公司动力厂15 MW汽轮发电机组轴封磨损原因分析及处理，通过检修及工艺优化，解决了困扰汽轮机轴封磨损问题，为快速恢复机组的安全运行积累了经验。

汽轮机;轴封;磨损;三通阀

1 概述

宣钢公司15 WM汽轮发电机组2010年12月并网发电，汽轮机型号为15-3.43/0.981-13型单抽凝汽式汽轮机，额定功率15 MW。2011年2月份、2011年6月份在运行中接连出现汽轮机前后轴封、隔板汽封、转子轴套严重磨损现象，蒸汽沿前后轴封大量泄漏，窜入轴承箱内，润滑油脂含水严重超标，调节、保安系统的滑阀、电磁阀出现锈蚀、卡涩，机组轴瓦损坏受伤，威胁机组的安全运行。机组漏汽损失增大，发电量减少，蒸汽单耗增加。同时转子轴封套磨损需要汽轮机揭缸返厂更换，每次检修工期25天，停产损失发电量800万kWh。

2 1 5 MW汽轮机轴封作用及组成

2.1 汽轮机轴端汽封的作用

一是防止高中压汽缸内的压力蒸汽从轴端向大汽中泄漏，造成汽轮机油中进水和环境污染；二是防止大汽中的空气从低压缸的轴端漏入低压排汽缸中，造成凝汽器真空降低、循环热效率减低、抽真空功耗增加。

2.2 15 WM汽轮机轴封系统组成

汽轮机轴封系统分为轴封供汽系统和轴封回汽系统两部分。正常运行中，汽轮机轴端密封供汽为自密封系统，即高中压缸轴端泄出的压力蒸汽经过减温后供低压缸的轴端密封。轴封回汽系统是将高低压缸轴端的最末端的汽、气混合物回收至轴封加热器，回汽中的蒸汽凝结成水回收至凝汽器，回汽中的空气经抽风机排至大气，确保汽轮机轴端无蒸汽漏出，无空气漏入。

（1）前轴封为梳齿型刚性密封，汽封圈数量11道。

（2）隔板汽封为梳齿型刚性密封，汽封圈数量15道。

（3)后轴封为梳齿型刚性密封，汽封圈数量4道。

(4)轴封供汽由均压箱提供。

(5)轴封泄汽由汽封加热器回收。

2.3 15 WM汽轮机轴封系统工艺流程

（1）前轴封汽启机前由外部蒸汽通过均压箱提供，机组并网后外部蒸汽停止，由高压轴封自供，多余蒸汽通过管道进入汽封加热器。

（2）后轴封汽启机前由外部蒸汽通过均压箱提供，机组并网后由高压轴封泄汽提供，多余蒸汽通过管道进入汽封加热器。

（3）均压箱通过管道与前汽封、后汽封及凝汽器、外供蒸汽、抽汽管道相连接，提供轴封供汽的汽源。

（4）汽封加热汽通过管道与前轴封、后轴封泄汽相连，回收泄汽余热，加热凝结水。

（5）隔板汽封安装在隔板底部，其作用为减少级间漏汽损失，提高机组热效率。

15 MW汽轮发电轴封系统图见图1。

图1 15MW汽轮发电轴封系统图

3 1 5 MW汽轮发电机组轴封存在的问题

3.1 轴封汽供汽均压箱压力无法自动调整。机组投产后，均压箱不能根据运行工况及时对轴封供汽压力进行自动调节，均压箱内蒸汽温度也无法调整，导致均压箱蒸汽超压、超温。

3.2 均压箱无清扫杂质人孔，混入均压箱内杂质无法及时清除，杂质在运行中可随轴封汽进入轴封导致轴封磨损。

3.3 后轴封泄汽过大，造成低压轴封供汽不足，导致空气混入低压缸内，造成机组真空下降，机组效率降低，单耗增加。

3.4 轴端密封汽封圈采用不锈钢材质，机组在启机过临界转速过程中振动增大，汽封圈与转子轴封套产生碰磨，由于汽封圈材质较硬，转子轴封套和汽封圈均磨损严重。

3.5 汽缸底部疏水管节流孔板孔径较小，导致汽缸底部疏水不畅，隔板汽封受水冲击磨损。

3.6 轴端密封汽封圈与转子安装间隙范围偏小，导致机组过临界转速时，轴封汽封片磨损严重。

4 轴封系统采取解决问题的措施

根据上述分析问题，逐步进行轴封系统工艺系统优化及改造：

4.1 均压箱工艺系统优化

4.1.1 均压箱系统运行分析

15 WM汽轮机均压箱作用是机组启机及运行中供前轴封蒸汽及泄漏蒸汽通过其对机组后轴封提供蒸汽进行密封。根据连续发生的前、后轴封磨损事故运行前后参数分析，均压箱蒸汽压力过高，日常运行中最高达到0.1 MPa。为此，通过在均压箱增设自动控制三通阀门，调整前、后汽封压力，使均压箱保持2.94~29.4 kPa的压力。当均压箱内压力低于2.94 kPa时，与二级抽汽相连的调节阀阀口开度增大向均压箱内补汽，同时与凝汽器相连调节阀阀口关小。当均压箱内压力升高大于29.4 kPa时，调节阀与凝汽器相连阀口开大排汽降低压力，同时与二级抽汽相连的调节阀阀口开度减小，减少向均压箱内补汽。

4.1.2 通过微机编程，采用程序控制均压箱三通阀工作，通过程序的全自动控制，均压箱实际运行压力得到逐步稳定，运行压力达到额定压力29 kPa下运行。程序逻辑原理图如下2所示：

图2 微机自动控制均压箱三通阀工作原理图

4.1.3 均压箱增加降温补汽

均压箱运行中，箱内蒸汽温度可达到200益以上，造成轴封片过热产生金属变形。为此在均压箱增加外供蒸汽调节管路及调节阀门，当均压箱内蒸汽温度较高时，可由低温蒸汽进行降温，确保均压箱内温度在低于150益范围运行。

4.1.4 均压箱增加杂物清扫孔

运行中外界杂质，管道焊渣等异物会进入均压箱内，原均压箱未设计杂物清扫检查孔，箱内异物无法及时清理，将随轴封汽进入轴端密封，如果异物尺寸较大，在汽封圈与转子轴封套间卡涩从而产生剧烈磨损，损害轴封密封。为此在均压箱侧面开渍110孔，焊接DN100，PN2.5法兰，同时制作DN100盲盘进行封堵，在检修中可方便拆卸对均压箱内杂物进行清理。均压箱增加杂物清扫盲板示意图见图3。

图3 均压箱增加杂物清扫盲板示意图

4.2 后轴封泄汽管路工艺优化

后轴封汽由均压箱供汽后，后轴封产生泄汽进入汽封加热器内，进行热交换，当后轴封间隙发生变化泄汽量较大时，无法保证后轴封密封蒸汽压力，为此在后轴封泄汽管路增加调节阀门，根据后轴封汽量、负荷大小控制后轴封泄汽，确保后轴封密封及蒸汽回收。（见图4）

图4 15 MW汽轮发电轴封优化系统图

4.3 轴端汽封圈选型优化

15 MW汽轮机汽封圈采用不锈钢材质，机组启机过程通过临界转速，机组振动达到180滋m，动静摩擦将会产生，由于汽封圈材质硬度较高，在瞬间动静摩擦中与转子进行硬接触，导致汽封圈梳齿损伤，损伤的汽封圈梳齿脱落后在汽封圈与转子间隙中进行剧烈摩擦，加重汽封圈的磨损，最终导致转子轴套严重损害。

针对汽封圈在实际运行中产生的问题，轴端密封圈选型采用铜质材料，当铜质汽封圈与转子产生摩擦时，由于铜质较软，当汽封圈出现轻微摩擦时可有效避免汽封圈与转子磨损的加重，避免转子轴套的严重损伤。

4.4 汽缸底部疏水管工艺优化

汽轮机底部疏水管采用DN20法兰连接，法兰内装有节流孔板，孔板孔径渍8mm，根据隔板汽封磨损情况，判断汽缸底部疏水管节流孔板孔径较小，疏水不畅，机组在启机中隔板汽封处产生水冲击，导致隔板汽封磨损。根据运行经验，在原孔板基础上增加孔板孔径至渍10mm，解决汽缸底部疏水不畅问题。

4.5 轴端密封汽封圈安装优化

机组在冷态启动中，过临界转速振动较大，振幅值最高达到190~200滋m，汽封圈与轴套安装间隙偏小将导致机组过临界转速时出现汽封圈与轴套磨损。考虑到安装间隙标准的尺寸范围，根据实际的运行数据，采用在原安装尺寸基础上公差范围增加+ 0.02 mm，增加汽封圈与转子相对间隙，在机组过临界转速时，减少汽封圈及转子轴套磨擦，提高汽封圈及轴套的使用寿命。

5 结论

2012年7月1日机组轴封经改造完成后并网发电，完成72 h试运行，机组各项运行指标正常。通过实际运行，此次15 MW汽轮发电机组轴端密封系统工艺优化，彻底解决了汽轮机前轴封、后轴封、隔板汽封及转子轴套运行中出现严重磨损的设备问题。经过一年时间的运行观察，优化后的轴端密封系统，工作运行正常，均压箱内压力、温度运行正常；汽封加热器运行状态正常，换热效果良好；汽轮机润滑油脂含水量恢复正常值，解决了由于轴封窜汽导致油脂含水的问题，机组其他各项运行指标正常。

Causes and Treatm ent of W ear of the Shaft Seal in 15 MW Steam Turbine

ZHAO Yixuan
(The Power Plant of Xuanhua Steel of Hebei Steel Group,Zhangjiakou,Hebei 075100,China)

The causes and treatment of shaft seal wear in the 15 MW steam turbine of the Power Plant of Xuanhua Steel was introduced.Through repair and process optimization the problem of shaft seal wear in the steam turbine was solved,enriching experience in rapid recovery of safe operation of generating units.

steam turbine;shaft seal;wear;three-way valve

TK26

B

1006-6764（2014）04-0036-03

2013-12-09

赵轶炫（1980-），男，毕业于河北工业职业技术学院，机械制造及其自动化专业，工程师，现从事汽轮机运行管理工作。