燃气轮机联合循环机组汽轮机轴封系统改造及控制逻辑优化

龚凯峰

（上海电力建设启动调整试验所，上海　200031）

燃气轮机联合循环机组汽轮机轴封系统改造及控制逻辑优化

龚凯峰

（上海电力建设启动调整试验所，上海200031）

针对某电厂燃气轮机联合循环机组汽轮机轴封系统的设计缺陷及使用过程中发现的问题，在调试期间进行了针对性的改造和优化措施。增加了轴封进汽疏水管道和轴封电加热旁路管道，优化了轴封电加热逻辑，修改了轴封母管疏水管道，优化了轴封系统控制逻辑。结果表明，相关措施有效地提高和稳定了轴封进汽温度，杜绝了轴封母管进水隐患，提高了汽轮机运行的安全性。

燃气汽轮联合循环发电机组汽轮机轴封系统设备改造逻辑优化

汽轮发电机组轴封系统在汽轮机安全经济运行中起到重要作用，为了汽轮机本体部件的安全，对送汽的压力和温度有一定的要求［1］。送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，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寿命损耗的加剧，同时还会造成汽轮机动、静部分的相对膨胀失调，这将直接影响汽轮机组的安全［2］。因此，轴封系统是否安全高效地运行对机组整体安全性及经济性都有着重要意义。本文基于某燃机电厂基建调试阶段的汽轮机轴封系统，分析和论述了针对其进行的改造和优化，有效地提高了机组运行安全性，也为同类型电厂提供参考，避免发生相同问题。

1　某燃机电厂汽轮机轴封系统介绍

某电厂燃气轮机联合循环发电机组，其汽轮机轴封系统主要由轴封电加热、汽封进汽控制阀、轴封母管、汽封排汽控制阀、汽封冷却器、轴抽风机以及相关管道疏水等组成。该厂轴封蒸汽系统由启动锅炉供汽，通过辅助蒸汽管道进入汽机厂房，由轴封电加热器把蒸汽温度加热至满足轴封用汽的温度；通过自动控制回路来控制轴封母管的压力控制阀控制压力恒定3.5kPa（表压），温度通过一个减温水控制阀控制为150℃。汽轮机未冲转时，轴封汽使用辅助蒸汽供应；汽轮机冲转带负荷后，汽轮机高中压轴封自密封，靠溢流调节阀维持高中压轴封母管压力，低压轴封依旧为外密封。高、中、低压汽轮机两端的最外面一挡轴封排汽分别进入一个蒸汽母管，该母管保持微负压，蒸汽母管连接轴封冷却器，在轴封冷却器内蒸汽被凝结而空气被排入大气，通过轴抽风机保持真空。高压缸两端的最里面一档轴封排汽在汽轮机未冲转时进入凝汽器，在汽轮机带负荷后自密封状态下的高参数轴封漏气进入中压外缸下部与内缸的夹层内，与中压缸排汽一起至低压缸做功；两种状态切换由两个气动蝶阀控制完成。

2　轴封系统调试过程中发现的缺陷

该厂汽轮机轴封系统在调试阶段，暴露出了一些设计和运行方面的问题，影响了机组整体安全性。

（1）轴封电加热进汽温度低。机组在调试阶段，发现轴封电加热进汽温度164℃，小于170℃的最低要求，导致轴封电加热出口温度上升速率非常缓慢，且无法达到系统正常运行要求的275℃最低标准。（2）轴封进汽调节阀前蒸汽温度上升速率过慢。汽机房内辅助蒸汽停用的情况下，机组启动过程中，等待轴封进汽温度达到标准的时间大约需要2个小时，系统检测显示轴封进汽温度上升速率非常缓慢，导致联合循环机组APS功能受到一定制约，机组启动周期延长，影响燃机发电机组快速响应电网负荷要求的能力。（3）轴封母管疏水接至清洁疏水系统。高中压轴封进汽母管一处疏水管设计为接至汽机房清洁疏水系统，并未同轴封母管其它疏水管道一样接至凝汽器本体疏水系统。这一原始设计使得轴封系统存在进水的可能，而机组实际运行过程中确实发生一次疑似事故，说明这一原始设计存在着根本上的安全隐患，威胁机组的安全运行。（4）高中压轴封进汽调门反应速度慢。在汽轮机脱扣停机过程中，汽机高中压轴封从自密封切换至外密封时，高中压进汽调门响应速度不够，导致高中压轴封压力产生10min左右晃动，最低至负压，最高至9kPa左右。（5）轴封漏汽至中压缸阀门在汽机3000rpm前打开。由于逻辑设计问题导致在调试过程中，高压轴封漏汽至中压缸的蝶阀在汽机3000rpm前打开，使得中压缸下部提前进汽，上下缸温差超过规定值，启动过程延缓。

3　轴封系统缺陷分析和处理措施

针对以上问题，分析其产生原因，确认主要涉及两个方面，轴封系统机务改造和轴封系统控制逻辑优化。因此，提出了以下解决方案。

（1）针对进汽温度低和上升速率慢的问题，从设计和实际运行角度分析确认为蒸汽流通量不够导致蒸汽温度无法在规定的启动时间内满足要求。提出了在汽轮机轴封进汽管道上增加合理的疏水点，保证汽轮机轴封进汽前蒸汽温度能够达到设计值。经过现场环境分析，提出在轴封电加热器前后分别增加疏水点，同时增加轴封电加热旁路的修改方案，增加了蒸汽流通量，有效地解决了这一问题。（2）针对轴封母管疏水至大气，导致运行过程中存在的漏空气情况，从而使得轴封齿部位进冷汽，引发轴封齿收缩，使得汽轮机盘车转速下降的问题，经过事故分析以及参考厂家建议，采取了更改疏水管道至本体立管疏水系统，从而避免了漏空气的可能性，杜绝类似事故再次发生。（3）针对轴封压力控制问题，分析认为高中压轴封进汽调门的控制逻辑在这种特殊情况下的控制方式不能够保证安全快速地完成压力控制，在比较其他机组的控制逻辑以及和专家意见后决定一条逻辑：增加汽机跳闸直接把高中压进汽调门开度指令置为50%，之后再进行正常PID调节。经过实际运行情况反馈，控制效果比较理想，基本能在2分钟左右控制住轴封压力。（4）针对轴封漏汽蝶阀提前开的问题，增加了汽轮机转速判断逻辑条件，只有当汽轮机转速大于48.5Hz时才允许开启轴封漏汽至中压缸的阀门，经过实际运行，再未发生该类情况。

4　结语

通过以上改进，该机组在整套调试后期及168h考核期间，轴封系统启动过程温度上升速率得到较大提高，能够稳定维持在280℃～300℃的运行要求值，压力响应迅速，机组运行稳定。

［1］梁娜，丁常富，郝文广.机组轴封系统热经济性向量分析法及应用［J］.汽轮机技术，2010（3）：177-179.

［2］陈飞，胡念苏.1000MW火力发电机组培训材料——汽轮机设备系统及运行［M］.北京：中国电力出版社，2009：340-342.