胜利发电厂300MW 汽轮机汽封系统改造技术研究

2021-05-26马洪生李宏伟管洪军张月雷

科技经济导刊 2021年11期

关键词：严密性轴封真空

马洪生，李宏伟，管洪军，张月雷

（胜利石油管理局有限公司胜利发电厂，山东东营 257087）

1.技改背景

胜利发电厂3 号、4 号机组为东方汽轮机有限公司生产的高中压合缸300MW 亚临界、中间再热、两缸两排汽、抽汽凝汽式汽轮机，机组型号为C300/237-16.7/0.39/537/537，机组投产后，存在以下问题。

1.1 汽缸效率低、高中压缸过桥汽封漏汽量大

4号机组大修前，进行的了机组热效率试验，试验结果表明：三阀全开（3VWO）工况下的机组热耗率为8201kJ/kW·h，与机组设计值相比，汽轮机的热耗率和缸效率均有较大差距。对高、中压合缸处汽封漏汽量进行了测量，高、中压合缸处轴封漏汽量占再热蒸汽流量的比例为6.25%，约为设计值3.86%的1.6 倍。考虑轴封漏汽量后的中压缸效率仅为87.78%（设计值为 92.08%），高、中压合缸处轴封漏汽极大降低了机组的效率。

1.2 低压缸轴封密封效果不佳

3 号、4 号机组真空严密性试验长期不合格，凝结器端差高于设计值，真空系统查漏无异常。

表1 3 号、4 号机组2019 年1 月-6 月真空严密性试验和凝结器端差统计表

表1 数据表明3 号、4 号机组真空严密性试验结果长期高于设计要求的0.27kPa/min。轴封密封不良，凝结器端差升高，会导致凝汽器真空降低。

2.汽封特性分析及改造选型方案

针对机组汽封系统存在的问题，我们对目前的主流汽封进行了研究分析，并依据各处汽封工作条件的差异，利用机组通流改造的机会，对各处汽封重新选型、配置，进行改造，以期获得良好的效果。

2.1 汽封特性分析

关于DAS 汽封。如图2 所示，DAS 汽封具有保护常规齿的耐磨损DAS 齿片，这种汽封齿运行时与轴颈表面间隙比常规汽封齿小，当其接触机组的转子时，在转子的接触压力作用下，压缩弹簧使汽封圈后退，从而保护常规汽封齿不被磨损。机组正常运行时，可保证各汽封齿都能处在设计间隙下。DAS 汽封的装配结构与常规汽封相同，安装简单方便。经测试，DAS 汽封的泄漏量比铁素体迷宫式汽封的泄漏量总体小15%左右，比蜂窝汽封泄漏量总体小5%~8%左右。

图2 DAS 汽封运行原理图

关于错齿汽封及封严汽封。如图3 所示，错齿汽封在汽封圈及转子上错位镶齿，该结构能大幅增加有效齿数，增强密封能力；封严汽封在错齿汽封圈内孔喷涂一层特殊材质的封严涂层，涂层处的汽封间隙较常规错齿汽封更小，且该涂层耐磨防腐蚀，能长期保持小间隙。在实际工程中，这两种汽封搭配使用，能起到较满意的密封效果。

图3 错齿汽封运行原理图

关于防旋汽封。如图4 所示，防旋汽封是在DAS 汽封的基础上增加了一列防旋齿。通过分析计算，对齿数及形态进行优化，工作时对流经汽封的汽流进行反向导流，能有效减小汽流激振的发生，提高机组运行的可靠性。

图4 防旋汽封运行原理图

关于布莱登汽封。如图5 所示，布莱登汽封在安装时通过弹簧力周向撑开，径向间隙较大；工作时蒸汽压力达到设计阈值后，周向闭合，径向间隙较小。该种结构设计可实现大间隙启动，避免动静碰磨，正常工作时汽封始终与转子保持最小间隙，提高密封性能。

图5 布莱登汽封运行原理图

关于接触式汽封。接触式汽封的接触齿为石墨复合材料，具有耐磨且质地较软的特性。安装时通过接触齿与转子接触，机组启动运行过程中，接触齿通过与转子自然磨损，保持正常运行过程中二者间隙最小，以实现运行时汽封的超小间隙，这种自然的磨损并不会伤害转子。

2.2 汽封改造方案

根据汽封工作环境的不同及各种汽封的工作特性，采取组合汽封形式，对叶顶、隔板、轴端分别选用不同的汽封，理论上可以达到最佳密封效果。2019-2020 年，利用机组通流改造的机会，对汽轮机全部汽封进行了优化改造。高、中压动叶片叶顶汽封采用城墙齿+DAS 汽封结构，减小叶顶漏汽损失。高、中压缸轴封及过桥汽封采用错齿汽封圈，大幅增加有效齿数，增强密封能力。高、中压隔板汽封圈采用布莱登汽封圈，在工作时周向闭合，达到减小径向间隙的目的。低压轴封采用4 列接触式汽封+DAS 汽封；低压隔板汽封采用DAS 汽封，间隙更小，密封性更好。具体汽封配置如表2。