超超临界660MW机组轴封蒸汽电加热器故障引起汽轮机振动大分析处理

2019-10-11王战锋田宁

电子制作 2019年18期

王战锋，田宁

（陕西商洛发电有限公司，陕西商洛，726007）

1 设备概况

某发电公司#2 机组是新建的660MW 机组，汽轮机为东方汽轮机有限责任公司制造，型号为CJK660/609-28/0.4/600/620，型式为高效超超临界、一次中间再热、单轴、三缸二排汽、间接空冷抽汽凝汽式汽轮机。本机组所有汽封均为金属迷宫式结构，轴封系统正常运行时为自密封方式，启停或事故情况下由辅助蒸汽提供汽源。由于辅助蒸汽温度无法满足机组热态、极热态状态下对轴封供汽温度的要求（371～440℃），为避免轴封段金属和蒸汽温度偏差大造成热应力过大，影响转子寿命和造成膨胀不均产生动静碰摩，该机组配置轴封蒸汽电加热器以满足轴封供汽要求，#2 汽轮机轴封系统如图1 所示。

图1 #2 汽轮机轴封系统图

2 轴封蒸汽电加热器介绍

轴封蒸汽电加热器主要用于加热轴封供汽，以满足汽轮机各工况下轴封供汽温度的要求。装置能根据蒸汽流向和温度自动启、停并配置恒温控制和连锁安全保护等功能。轴封蒸汽电加热器系统图如图2 所示，整个系统设备集成在电加热器模块中。

轴封蒸汽电加热器有以下几种运行工况：

（1）机组冷态到热态阶段（电加热器不通电）：汽流方向A →B，主管道止回阀关闭，电加热器支管止回阀打开，汽流通过电加热器支管供汽。

图2 #2 汽轮机轴封蒸汽电加热器系统图

（2）热态阶段工况1（电加热器通电）：汽流方向B →A,差压变送器判断流向为反向流动，并发信号给电加热器将出口温度设定值变为320℃；主管道止回阀开启，电加热器支管止回阀关闭；刚开始汽流温度低于440℃，随着机组负荷升高，温度逐渐升高，最终将超过440℃；此工况下电加热器不加热，保持备用状态。当漏汽温度超过440℃，通过孔板作用将电加热器腔室温度通过孔板控制在440℃左右。

（3）热态阶段工况2（电加热器通电）：汽流方向A →B,差压变送器判断流向为正向流动，将电加热器出口温度设定值变为440℃，主管道止回阀关闭，电加热器支管止回阀打开，320℃汽流通过电加热器支管供汽。轴封电加热器在处于热备用（440℃）的情况下，转到工作状态，并迅速达到出口温度440℃。

3 故障经过

2019 年3 月4 日，#2 机组调试阶段按计划停机，22:00 机组打闸解列。

2019 年3 月5 日11:32，#2 机高压缸内壁金属温度486℃，锅炉点火，机组准备启动；

15:40 主蒸汽压力8.8MPa，主蒸汽温度532℃，汽机开始冲转；

16:25#2 机组转速1500rpm，2 瓦轴振升至136μm，2 瓦处就地有明显摩擦声，手动打闸停机；停机过程中2 瓦轴振最大238μm。就地检查2 瓦处有明显摩擦声。检查轴封电加热器及相关疏水管道、阀门，发现轴封电加热器出口温度显示690℃，但是就地测量高、中压前轴封供汽温度只有263℃。

图3 #2 汽轮机启动振动大停机参数曲线

4 原因分析

（1）#2 机组冲转后2 瓦轴振大，停机过程中最大238μm。就地检查2 瓦处有明显摩擦声。此时高压缸内壁金属温度498℃，检查发现轴封蒸汽电加热器出口温度显示690℃，但是就地测量高、中压前轴封供汽温度只有263℃，与轴封段金属温度偏差过大，造成该处动静摩擦机组振动增大。

（2）汽轮机轴封系统用于动、静间隙的密封防止高压蒸汽泄漏和负压区空气漏入，超超临界组轴封结构间隙小、热态时金属温度高，对轴封供汽温度限制比较严，而轴封系统供汽汽源只有辅助蒸汽，辅汽温度为250～300℃，在热态启停机时必须依靠轴封蒸汽电加热器加热轴封供汽，以保证轴封汽温与转子温度相匹配，因此轴封蒸汽电加热器一旦出现故障很容易造成轴封供汽温度与转子温度不匹配，轴封段发生动静摩擦，严重时造成轴封抱轴甚至大轴弯曲等严重事故。

（3）通过对轴封蒸汽电加热器结构分析，怀疑主管道止回阀故障未起到逆止作用，这样辅汽供轴封蒸汽大量被旁路，导致轴封蒸汽电加热器过流量小温度高而且加热器后供高、中压前轴封蒸汽温度低。于是停机后对轴封蒸汽电加热器解体，发现主管道止回阀门轴断裂、门板脱落（如图4所示），符合之前所做的判断。也证实#2 机组启动时振动大原因为高温轴封段供汽温度与金属温度不匹配，轴封段动静摩擦造成机组振动大。

5 处理及防范措施

轴封蒸汽电加热器对保证超超临界机组热态和极热态安全启停非常重要，由于#2 机组轴封电加热器主管道止回阀门轴断裂，造成轴封供汽温度低、汽轮机振动大停机，直接中断调试工作进展，这样严重威胁机组安全，同时造成大量人力、物力浪费，滞后了工程建设时间，所以必须要消除影响轴封系统安全运行的各种因素，制定有力的措施，杜绝异常情况发生。