电加热器防轴封抱轴的应用

2018-05-07韩庆华宁玉开

山东电力高等专科学校学报 2018年1期

唐峰，韩庆华，宁玉开

（山东中实易通集团有限公司，山东济南 250002）

0 引言

某机组选用的N1013-28／600／620型汽轮机是由上海电气集团股份有限公司制造的高效超超临界凝汽式汽轮机。本机组数字电液控制系统采用艾默生公司研发生产的OVATION系统，它具有技术先进、效率高的特点。该系统简单、灵活、启动速度快。主机轴封采用DEH控制。轴封供汽系统具有轴封供汽压力较低，轴封蒸汽的温度限制要求比较高等特点。同类型技术的多台已运行机组曾由于轴封蒸汽温度与汽轮机转子温度不匹配，而发生机组振动和轴封抱轴事故。如何控制好轴封蒸汽温度对机组安全运行有重要意义。

1 某机组轴封蒸汽系统特点及轴封蒸汽温度要求

1.1 轴封蒸汽系统及其特点

汽轮发电机组正常运行时，为了使高速旋转的转子和汽缸等固定设备之间不相互碰摩，高速旋转的汽轮机转子与汽缸、隔板等固定设备之间必需留有适当的间隙。存在间隙就会产生漏汽，漏汽会影响机组效率并会对机组安全运行产生影响。轴封蒸汽系统用于汽轮机动、静间隙的密封，防止汽轮机高压蒸汽泄漏和对环境的污染；对负压区防止空气漏入，影响真空。

机组本体轴封蒸汽系统设计中，供汽汽源来自机组的辅助蒸汽系统。汽轮机在盘车、冲转阶段，轴封供汽系统母管压力维持在3.5 kPa。当机组在低负荷运行期间，高、中压调节阀门杆漏汽也会为轴封供汽提供一部分汽源。随着机组运行负荷的增加，当负荷达到约70%负荷时，汽轮机高中压缸轴端漏汽和高、中压调阀门杆漏汽为轴封供汽系统提供汽源。轴封蒸汽母管压力上升，当蒸汽母管压力升至一定值后，辅助蒸汽向轴封供汽调节阀自动关小，保持轴封供汽母管压力维持在3.5 kPa［1］。轴封供汽调节阀逐渐全关后，轴封供汽汽源切换为高、中压缸轴封漏汽和高、中压调阀的门杆漏汽，此时轴封溢流调节阀逐渐自动打开，将多余的轴封蒸汽通过溢流管路排至凝汽器以维持轴封蒸汽母管压力正常。汽轮机端部轴封漏汽由轴加风机通过轴封回汽管路被抽出并输送到轴封冷却器，凝结的轴封回汽通过凝结水管路输送至凝汽器。汽轮机轴封回汽通过轴加风机将夹带的不凝结气体抽出并排放至大气，如图1所示。

图1 轴封蒸汽系统

图中：A-汽轮机高压缸；B-汽轮机中压缸；C-汽轮机低压缸；1-轴封供汽调节阀；2-轴封溢流调节阀；3-汽轮机进汽阀门；4-汽封冷却器；5-轴加风机。

1.2 轴封蒸汽温度要求

1）根据轴封温度限制曲线，当汽轮机转子温度小于200℃时，轴封汽源温度范围为240～300℃。

2）根据轴封温度限制曲线，当汽轮机转子温度大于300℃时，轴封汽源温度范围要求为280～320℃。

3）根据轴封温度限制曲线，当汽轮机转子温度在 200～300℃之间时，轴封汽源温度范围在上述区间内变化。详见图2。

图2 轴封温度限制曲线

2 同类型机组在运行中出现的问题及分析

国内已投运的同类技术汽轮机，在机组启动或热态跳机后，由于轴封蒸汽温度与转子温度不匹配，发生过多起转子抱轴甚至抱死的情况。

某厂汽轮机在热态跳机后，汽轮机在惰走过程中轴封汽源由自密封切换至辅助蒸汽系统，辅助蒸汽汽源切换至老厂来汽。新建机组与老厂备用汽源距离相对比较远，而且老厂来汽温度偏低，造成辅助蒸汽母管温度迅速降低，轴封蒸汽温度也由正常运行期间的310℃迅速下降到190℃，并在190～220℃波动。机组轴封发生动静碰摩并有抱轴现象，盘车转速降至正常转速以下，振动也随之增大。通过增加其他用户辅助蒸汽用汽量，将辅助蒸汽母管温度提高，相应的轴封蒸汽温度升高至260℃，机组在盘车一段时间后振动逐渐降低，盘车转速也恢复到正常转速，未对机组造成严重影响。

对汽轮机轴封抱轴的原因分析如下：同类型机组的轴封结构间隙小，轴封蒸汽供汽汽源只有一路辅助蒸汽汽源，轴封蒸汽温度的控制措施单一以及本机组对轴封汽温与转子温度限制要求高，综合因素导致了本技术类型机组容易发生机组轴封抱轴的发生。

具体分析如下：在机组负荷达到75%额定负荷后，机组轴封供汽系统已进入自密封状态，汽轮机高中压缸轴端漏汽和高、中压调阀门杆漏汽为轴封供汽系统提供汽源，汽轮机主再热蒸汽达到600℃，高中压缸进汽温度也达到600℃，汽轮机高中压缸轴端漏汽和高、中压调阀门杆漏汽温度达到300℃，对应的低压缸轴封进汽温度也达到300℃，与高中压缸温度的温差达到300℃，各汽缸轴封金属温度存在较大差距，低压缸轴封蒸汽温度无调节手段。根据据轴封温度限制曲线，当汽轮机转子温度小于200℃时，轴封汽源温度范围为240～300℃；当汽轮机转子温度大于300℃时，轴封汽源温度范围要求为280～320℃。轴封温度最好控制在300℃左右，当轴封蒸汽温度与转子温度不匹配时，汽缸端部汽封热膨胀量会小于汽轮机转子的热膨胀量，汽缸端部汽封就会发生卡住汽轮机转子的问题。特别是对于新建机组，由于启动炉设计蒸汽温度和老厂供机组辅助蒸汽管道长而导致的蒸汽温度往往偏低，不能满足轴封蒸汽温度与转子温度的匹配，相同类型汽轮机在机组启动或者高负荷跳机后，由于轴封蒸汽温度与汽轮机转子温度满足不了轴封温度限制曲线要求，在盘车时会发生抱轴或者转子抱死现象，如果处理措施不当可能会引起大轴弯曲的重大事故。

3 防止轴封抱轴采取的措施

为防止轴封抱轴，在辅助蒸汽供汽轮机轴封管道增设了经设计核算后的大容量电加热器。为了防止机组正常运行时电加热器干烧，在电加热器后增加常开的疏水管路，并且调整轴封电加热器设置将轴封蒸汽温度维持比较高的温度范围，通过少许的通流量来保证轴封电加热器正常运行时的安全可靠性。机组正常运行时，通过对轴封电加热器设置将轴封蒸汽温度控制在300℃左右，以满足轴封蒸汽和转子的温度限制，防止本机出现转子抱轴甚至抱死的情况出现。如图3所示

图3 改进后的轴封供汽系统

图中：A-汽轮机高压缸；B-汽轮机中压缸；C-汽轮机低压缸；1-轴封供汽调节阀；2-轴封溢流调节阀；3-汽轮机进汽阀门；4-汽封冷却器；5-轴加风机；6-辅助蒸汽至轴封供汽电动门；7-辅助蒸汽至轴封供汽电动门后逆止门；8-轴封电加热器前电动门；9轴封电加热器；10-轴封电加热器后电动门；11-轴封电加热器旁路门；12-就地温度表；13-热电偶；14-轴封电加热器后疏水阀。

在机组启动及低负荷运行时，轴封蒸汽温度与转子金属温度不满足要求时，投入安装的电加热器系统。开启轴封蒸汽电动门和轴封电加热器旁路门；开启轴封电加热器前电动门和轴封电加热器后电动门，并保持疏水阀常开；投入轴封电加热器，关闭轴封电加热器旁路门；根据轴封温限制曲线将轴封蒸汽温度调整至正常值。

当机组稳定运行且达到75%额定负荷时，机组轴封供汽系统进入自密封状态，将轴封电加热器后疏水阀保持常开，保证轴封电加热器的安全运行，通过设置轴封电加热器，轴封的蒸汽温度可提高到300℃左右，保证辅助蒸汽系统的蒸汽在机组热跳后能更平稳地进入轴封系统，防止轴封蒸汽温度与转子温度不匹配造成抱轴的发生。通过改进系统设计后，轴封蒸汽的温度将得到保证，本机组正常运行中轴封温度控制在300℃左右。