電廠汽輪機水沖擊機理及防范措施

孫錫東

摘 要：汽輪機水沖擊，即水或冷蒸汽（低溫的飽和蒸汽）進入汽輪機，可能造成設備的嚴重損壞。此類設備事故應以預防為主，若運行中一旦發(fā)生，就要求集控運行人員必須采取正確果斷的措施進行處理。文章以某廠660MW超超臨界機組為例，介紹汽輪機水沖擊的現(xiàn)象、危害及原因，提出汽輪機水沖擊的處理方法和防范措施。

關鍵詞：汽輪機；水沖擊；上下缸溫差

首先介紹一下某廠汽輪機設備主要技術規(guī)范和結構特點。汽輪機為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽、高中壓合缸、反動凝汽式汽輪機，型號是CCLN660-25/600/600，機組采用合作制造方式，高中壓積木塊為日本三菱公司制造，低壓積木塊為哈汽制造?；責嵯到y(tǒng)設計有三臺高壓加器、一臺內(nèi)置式除氧器和四臺低壓加熱器。

對于660MW超超臨界機組，從下面幾方面對汽輪機水沖擊進行分析講究：

1 汽輪機水沖擊的現(xiàn)象

汽輪機進水時，以下現(xiàn)象不一定同時出現(xiàn)：（1）汽輪機上、下缸溫差明顯增大；（2）高、中壓主汽閥，高、中壓調(diào)閥或任一抽汽電動閥、抽汽逆止閥門桿處冒出白色的濕蒸汽或濺出水珠；（3）抽汽管道發(fā)生水沖擊或產(chǎn)生振動，管道上下壁溫差明顯增大；（4）軸向位移增大，推力軸承金屬溫度及推力軸承回油溫度急劇升高，汽缸金屬溫度迅速下降；（5）低壓脹差負向變化明顯；（6）汽缸內(nèi)部發(fā)生金屬摩擦聲或撞擊聲，各軸承振動增大；（7）主蒸汽或再熱蒸汽溫度急劇下降；（8）盤車狀態(tài)下盤車電流增大或者盤車跳閘。

2 汽輪機水沖擊的危害

2.1 推力軸承的損壞

汽輪機進水時，因為水的密度比蒸汽密度大得多，在噴嘴中不能獲得恰當?shù)膰娚渌俣群拖鄬λ俣冉?；蒸汽的流動受到阻礙，在葉片中的壓降增大，產(chǎn)生很大的軸向推力，可能造成推力瓦烏金燒毀。

2.2 動靜部分碰磨

汽輪機進水或冷蒸汽，使處于高溫下的金屬部件突然冷卻而急劇收縮，產(chǎn)生很大的熱應力和熱變形，下汽缸由于積水收縮較快，產(chǎn)生拱背現(xiàn)象，動靜間隙發(fā)生變化，導致徑向碰磨，機組強烈振動。當嚴重碰磨時，會造成大軸永久性彎曲。

2.3 葉片損傷及斷裂

汽輪機進水后，水在噴嘴中噴射角度的改變會打在葉片進口邊的背弧上，將會使葉片產(chǎn)生水沖擊，造成葉片的損傷或斷裂，尤其是對長葉片損壞程度更大。

2.4 閥門及汽缸結合面漏氣

若閥門和汽缸受到急劇冷卻，會使金屬產(chǎn)生永久變形，導致閥門或汽缸接合面漏汽。

2.5 汽缸和轉子產(chǎn)生較大的熱應力引起金屬裂紋，影響使用壽命

在高溫下工作的金屬部件受到冷水冷氣急劇冷卻時，由于部件內(nèi)外受熱不均產(chǎn)生過大的熱應力，從而導致裂紋。

2.6 高溫部件永久性變形

汽輪機高溫金屬部件在受到水或冷氣急劇冷卻，當熱應力超過材料的屈服極限時，會產(chǎn)生永久性變形。

3 水沖擊可能的途徑

（1）除氧器滿水，水由四抽汽管路進入汽輪機；（2）高、低壓加熱器滿水，水由抽汽管道進入汽輪機；（3）汽機主、再熱蒸汽管道疏水門故障，導致疏水不暢且主再熱蒸汽管道內(nèi)有積水，汽機沖轉或運行中積水被蒸汽裹挾帶入汽輪機；（4）正常運行蒸汽參數(shù)調(diào)整不當，低溫、低過熱度蒸汽進入汽輪機；（5）汽機熱態(tài)啟動時，沖轉蒸汽參數(shù)控制不當，蒸汽過熱度不夠或蒸汽溫度低于汽輪機缸溫；（6）汽機停機后軸封系統(tǒng)減溫水未關，水從軸封進入汽輪機；（7）汽機停機后旁路系統(tǒng)減溫水未關，特別是有低旁的二級旁路系統(tǒng)，水從低旁途徑高排逆止門進入汽輪機；（8）鍋爐滿水，水從供汽管道經(jīng)主汽門進入汽輪機；（9）機組停機汽機后軸封供汽門不嚴，在缸溫高時，低溫軸封蒸汽漏進汽輪機；（10）凝汽器滿水，水由汽機側疏水或排汽管倒灌進汽輪機；（11）再熱減溫水門不嚴或投運不當，水從再熱器管道進入汽輪機；（12）汽機停機后快冷裝置投運不當，冷氣由快冷裝置進入汽輪機；（13）汽機啟動過程中先抽真空后投軸封；機組運行中軸封供汽中斷；（14）機組未在汽機冷態(tài)下鍋爐打水壓，汽機主汽門、或水壓隔絕門不嚴汽輪機進水。

4 防止汽輪機水沖擊的措施

有關設備和汽水系統(tǒng)應滿足如下技術要求：（1）疏水點的布置要合理、完善；（2）疏水管按壓力等級分別接到高、中、低壓疏水聯(lián)箱上。

在運行維護方面，要做到以下幾點：（1）加強運行監(jiān)督，嚴防發(fā)生水沖擊，一旦發(fā)現(xiàn)汽輪機水沖擊的前兆或象征（如主、再汽溫10min內(nèi)突降50度、機組振動達到極限），應采取緊急事故停機措施；（2）運行人員監(jiān)盤時對汽缸溫度和加熱器、凝汽器、除氧器水位加強監(jiān)視，尤其是在停機后不能忽視，一旦發(fā)現(xiàn)有水沖擊現(xiàn)象，要迅速查明原因，果斷處理。

機組熱態(tài)啟動前，主、再熱蒸汽管道要充分暖管，疏水門保持常開，保證疏水暢通。

加強對高壓加熱器水位的關注，一旦高壓加熱器不能滿足運行要求時，禁止投入運行。

定期檢查加熱器水位調(diào)節(jié)裝置，正常疏水調(diào)門和事故放水調(diào)門調(diào)節(jié)正常。熱工定期對高壓加熱器水位報警保護進行檢查和實驗，保證加熱器保護正常運行。

密切關注加熱器管束的運行狀況，發(fā)現(xiàn)泄漏及時通知檢修處理，必要時停止加熱器運行。

加強除氧器、凝汽器水位監(jiān)視，定期檢查水位顯示正常，各調(diào)節(jié)裝置工作正常。

汽輪機滑參數(shù)停機時，嚴格控制降溫降壓速度，并保持主、再熱汽溫度一致，在任何時候，主汽溫度必須和主汽壓力匹配，保持蒸汽過熱度大于100℃，最低不小于56℃，高壓缸排氣溫度最少有20℃的飽和度。

利用噴水減溫降溫時，應當注意減溫水減溫器后足夠的飽和度。當?shù)拓摵蓵r或者減溫水噴入后，減溫器后溫度沒有明顯變化時，嚴禁再噴水降溫。

機組運行中當發(fā)現(xiàn)汽缸、抽汽管道上下溫差不正常增大時，應設法查找原因，切斷水擊汽源，同時加強疏水。

停機后，要隔絕一切可能返水返汽的來源，如軸封、高旁減溫水門、軸封各路供汽門、各段抽汽逆止門、電動門、高排逆止門和凝汽器補水門應關閉嚴密。汽輪機停止后每1小時檢查并記錄一次以下參數(shù)直到高壓缸調(diào)節(jié)級金屬溫度低于150℃。高中壓上下缸溫差、脹差、汽缸膨脹、盤車電流及其晃動值、轉子偏心度、凝汽器水位，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

5 汽輪機水沖擊事故處理

（1）當發(fā)現(xiàn)汽輪機上下缸溫差達42℃應及時匯報處理。嚴密監(jiān)視主、再熱蒸汽汽溫，軸向位移、推力軸承金屬溫度、推力軸承回油溫度、脹差及機組振動情況，汽輪機上下缸溫差大于56℃，應緊急破壞真空停機。開啟汽機本體及抽汽逆止門前疏水門。（2）打閘停機后，應嚴密監(jiān)視推力軸承金屬溫度、回油溫度、軸向位移、上下缸溫差、脹差、振動變化，并詳細記錄惰走時間，傾聽機組內(nèi)部聲音。（3）如由于加熱器滿水引起汽輪機進水，應立即停用解列加熱器，并開啟抽汽管道疏水閥。（4）如在惰走時未聽出異聲，且惰走時間、推力軸承溫度、推力軸承回油溫度和軸向位移未超過正常運行高限值，投入盤車4小時后待轉子偏心度小于0.075mm，上下缸溫差小于42℃，同時機組符合熱態(tài)啟動條件后，方可允許重新沖車。（5）汽輪機進水后，如軸向位移上升至極限值或推力瓦塊溫度和推力軸承回油溫度上升，或者惰走時聽到異音和摩擦聲，惰走時間較正常破壞真空停機時縮短，應停機揭缸檢查。

參考文獻

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