汽輪機(jī)低壓軸封系統(tǒng)的問題分析及改進(jìn)措施

楊億骍，陳華梅，趙一成

（杭州汽輪動(dòng)力集團(tuán)股份有限公司，浙江杭州 310015）

0 引言

軸封系統(tǒng)是保證汽輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的必需熱力系統(tǒng)。低壓軸封系統(tǒng)作為軸封系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于阻斷空氣進(jìn)入汽輪機(jī)低壓缸，以保證空氣與蒸汽隔離的狀態(tài)，保持汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)的真空空間，促進(jìn)凝汽反應(yīng)的充分進(jìn)行，進(jìn)而為汽輪機(jī)的高效運(yùn)行提供有力的熱力支撐。軸封的供汽溫度、穩(wěn)定性以及汽輪機(jī)低壓軸封密封程度，會(huì)影響汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行和運(yùn)行成本的可控性。

1 汽輪機(jī)低壓軸封系統(tǒng)存在的問題

1.1 進(jìn)汽溫度控制效果不理想

目前，我國(guó)大部分電廠汽輪機(jī)應(yīng)用的低壓軸封進(jìn)汽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性，控制技術(shù)不夠成熟，導(dǎo)致不同低壓缸軸封進(jìn)汽普遍存在溫度差異，且沒有得到有效地控制[1]。在個(gè)別情況下，已經(jīng)無(wú)法滿足軸封系統(tǒng)的正常運(yùn)行溫度（121 ℃以上），甚至因低壓軸封進(jìn)汽溫度失控，使運(yùn)行溫度低至100 ℃以下，可能造成蒸汽不純凈、真空泄漏以及軸承振幅過大等情況。

低效的汽輪機(jī)低壓軸封系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)會(huì)造成資源損耗過量等問題。低壓軸封進(jìn)汽溫度控制效果不理想與減溫器的干預(yù)有直接關(guān)系。一方面，蒸汽進(jìn)入減溫器后會(huì)形成明顯的溫度差。當(dāng)經(jīng)過減溫器變溫后，蒸汽會(huì)通過各個(gè)低壓軸封進(jìn)入到低壓缸內(nèi)。因低壓軸封距離遠(yuǎn)近不同，減溫器近處的軸封進(jìn)入的蒸汽溫度會(huì)較接近減溫器變溫后的初始溫度，但是距離減溫器較遠(yuǎn)的軸封進(jìn)入的蒸汽溫度就會(huì)與其存在較大差異。另一方面，許多工作人員為快速達(dá)到均衡入汽溫度的目的，采取了調(diào)試減溫器的方法控制低壓軸封進(jìn)汽溫度，但是作用效果并不理想，甚至造成了很大的麻煩。強(qiáng)制性改動(dòng)減溫器的溫度設(shè)定值，在低壓軸封密封性無(wú)法得到保證的情況下很容易導(dǎo)致低壓軸封漏氣問題。汽封加熱器、汽封冷卻器、軸封加熱器的整體外形如圖1 所示。

1.2 未設(shè)計(jì)軸封漏氣和回汽溫度監(jiān)視測(cè)點(diǎn)

傳統(tǒng)汽輪機(jī)組軸封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺乏合理性，只設(shè)計(jì)了蒸汽進(jìn)入軸封的單向進(jìn)汽口，未根據(jù)汽輪機(jī)組的運(yùn)行原理進(jìn)行合理配置[2]。一方面，未在所有軸封口設(shè)置進(jìn)汽監(jiān)測(cè)點(diǎn)，只設(shè)置了總進(jìn)汽監(jiān)測(cè)點(diǎn)，無(wú)法精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)各個(gè)軸封進(jìn)汽口的進(jìn)汽溫度，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果缺乏指導(dǎo)意義；另一方面，未設(shè)置回汽溫度的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各軸封的回汽溫度無(wú)法被及時(shí)檢測(cè)到相關(guān)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致在汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中回汽溫度的不確定性及不可控性，使回汽管內(nèi)的通暢性及機(jī)組故障率受到影響，干擾相關(guān)工作人員，導(dǎo)致誤判軸封供汽情況，造成供汽壓力設(shè)置過低或過高，低壓軸密封效果下降，使空氣漏入低壓缸。

低壓軸封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，因系統(tǒng)內(nèi)未設(shè)置軸封漏氣溫度的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)于蒸汽壓力缺乏有效監(jiān)測(cè)手段，給相關(guān)工作人員的巡察工作造成很壓力。要求人工作業(yè)達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)漏氣溫度的效果很難實(shí)現(xiàn)，人不是機(jī)器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)，難免出現(xiàn)錯(cuò)漏。為保證盡快發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，需要安排大量人員進(jìn)行倒班，24 h 無(wú)休地進(jìn)行監(jiān)測(cè)作業(yè)，提高了人工成本。一旦人工監(jiān)測(cè)出現(xiàn)疏漏，會(huì)造成蒸汽泄漏故障，蒸汽極有可能進(jìn)入汽輪機(jī)組運(yùn)行系統(tǒng)，導(dǎo)致部分子系統(tǒng)無(wú)法正常作業(yè)，甚至造成整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的嚴(yán)重后果。

1.3 低壓軸封密封效果缺乏可靠的監(jiān)控手段

國(guó)內(nèi)電廠應(yīng)用的密封效果普遍測(cè)試不全面，僅限于真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，且流程設(shè)計(jì)欠缺嚴(yán)謹(jǐn)性。執(zhí)行流程時(shí)，需要首先控制真空泵保持關(guān)閉狀態(tài)，然后觀察凝汽器的垂直下降速度。如果發(fā)現(xiàn)速度遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行速度，則軸封密封效果不符合標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)上一次凝汽器下降運(yùn)行的超速情況，重新設(shè)定低壓軸封供汽壓力值，進(jìn)行第二次試驗(yàn)。通過反復(fù)試驗(yàn)，粗略地確定低壓軸封的供汽壓力值，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性，只能保證汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行，而無(wú)法保證其運(yùn)行在最佳狀態(tài)[3]。

傳統(tǒng)試驗(yàn)方法的弊端明顯。一方面，試驗(yàn)過程中需要關(guān)停真空泵，影響汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，只能有限次數(shù)地進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，在一定程度上削弱了對(duì)低壓軸封密封程度的監(jiān)測(cè)效果，進(jìn)而造成監(jiān)測(cè)的滯后性。另一方面，該試驗(yàn)的操作風(fēng)險(xiǎn)極大，在反復(fù)執(zhí)行真空泵關(guān)、開操作時(shí)如果有意外情況發(fā)生，將導(dǎo)致再次啟動(dòng)不利，可能造成整個(gè)汽輪機(jī)組癱瘓，造成不必要的損失。

1.4 軸抽風(fēng)機(jī)漏水及出口積水

汽輪機(jī)組正常運(yùn)行過程中，軸抽風(fēng)機(jī)會(huì)發(fā)生運(yùn)行漏水以及出口處積水等意外。隨著汽輪機(jī)組的老化，意外情況出現(xiàn)的概率越來(lái)越高。從運(yùn)行安全角度看，低壓軸抽風(fēng)機(jī)漏水及出口積水是汽輪機(jī)組運(yùn)行的重大隱患，可能造成蒸汽的物態(tài)性質(zhì)變化，使蒸汽變成水，回流到低壓軸封運(yùn)行管道內(nèi)，干擾汽輪組的運(yùn)行效能。

2 低壓軸封系統(tǒng)改進(jìn)措施

2.1 設(shè)計(jì)蒸汽強(qiáng)制保溫裝置

蒸汽經(jīng)過軸封蒸汽減溫系統(tǒng)的降溫處置后，沒有有效的傳送裝置將降溫后的蒸汽送至各個(gè)汽輪機(jī)低壓軸封管內(nèi)[4]。且因低壓軸封管入口距離減溫系統(tǒng)的遠(yuǎn)近不同，導(dǎo)致各低壓軸封管內(nèi)進(jìn)入的蒸汽溫度有很大差異。所以，為了保證整個(gè)汽輪機(jī)組運(yùn)行的最佳狀態(tài)，需要有針對(duì)性地增設(shè)蒸汽強(qiáng)制混合裝置，解決低壓軸封口入汽溫度問題。

通過系統(tǒng)地分析，可以在軸封蒸汽減溫系統(tǒng)出口位置加裝數(shù)字智能化蒸汽強(qiáng)制混合控溫裝置，并在程序中設(shè)置強(qiáng)制執(zhí)行系統(tǒng)，預(yù)設(shè)恒溫傳送信息執(zhí)行指令，以保證經(jīng)過統(tǒng)一降溫處理后的蒸汽能夠通過恒溫管道，傳送到指定低壓軸封管內(nèi)，有效解決低壓軸封進(jìn)汽溫度控制效果不理想的問題。

2.2 調(diào)整汽輪機(jī)低壓軸封系統(tǒng)運(yùn)行方式

（1）調(diào)整汽輪機(jī)低壓軸封系統(tǒng)的直接關(guān)聯(lián)系統(tǒng)——噴水減溫系統(tǒng)的運(yùn)行方式：①通過改變軸封減溫系統(tǒng)的輸入水源，用性質(zhì)穩(wěn)定的凝輸水代替凝結(jié)水，保證凝水壓力時(shí)刻處于穩(wěn)定的狀態(tài)，提高出汽溫度的統(tǒng)一性；②改進(jìn)減溫水裝置噴頭，改用霧化性能較好的噴頭，以防止蒸汽和水混合噴出。

（2）提高低壓軸封供汽溫度的最高限制，從原定的140 ℃提高至170 ℃，以拓寬低壓軸封供汽溫度的調(diào)節(jié)限域。增加對(duì)低壓軸封溫度的控制功能，以保證正常的軸封供汽壓力。將疏水系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的第一路疏水至凝汽器門的子系統(tǒng)有效開啟，并持續(xù)保持其開啟狀態(tài)，使汽輪機(jī)組能發(fā)揮最佳的運(yùn)行效能。

2.3 優(yōu)化低壓軸封進(jìn)汽壓力的控制方案

傳統(tǒng)的汽輪機(jī)組設(shè)計(jì)中，低壓軸封進(jìn)汽壓力控制系統(tǒng)執(zhí)行的是定壓控制流程，只有在軸封管內(nèi)進(jìn)汽壓力達(dá)到最高限制時(shí)才會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)反射執(zhí)行程序，屬于單向調(diào)節(jié)。但是，在汽輪機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中，單向調(diào)節(jié)的效果是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓軸封進(jìn)汽壓力的有效調(diào)控，應(yīng)改進(jìn)現(xiàn)行進(jìn)汽壓力控制方案。首先，將單向調(diào)節(jié)改為雙向控制調(diào)節(jié)，并引入低壓軸封回汽溫度作為被調(diào)對(duì)象。在進(jìn)汽壓力控制裝置中加入交換器，以保證雙向調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的流暢性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的限域峰值可以根據(jù)汽輪機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行設(shè)置調(diào)整。針對(duì)低壓軸封進(jìn)汽壓力和回汽壓力的控制值進(jìn)行分別設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)低壓軸封進(jìn)汽壓力的優(yōu)化控制，并能夠合理地進(jìn)行自動(dòng)控制。

2.4 對(duì)軸抽風(fēng)機(jī)及出口積水采取措施

針對(duì)汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中常見的軸抽風(fēng)機(jī)出口處凝結(jié)水回流的問題，分析其主要原因是運(yùn)行過程中軸抽風(fēng)機(jī)出口旁路口被動(dòng)打開，使軸抽風(fēng)機(jī)的排氣功能受阻，造成廢氣的內(nèi)循環(huán)及堆積，軸封加熱器內(nèi)的負(fù)壓降低，內(nèi)部回汽壓力升高，導(dǎo)致回汽不暢。為有效實(shí)現(xiàn)廢氣的標(biāo)準(zhǔn)排放，緩解軸封加熱器內(nèi)的回汽壓力，提升軸封回汽量，達(dá)到控制軸封冒汽量的效果，將軸封加熱器內(nèi)的水位提至50%處。

從汽輪機(jī)組各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行機(jī)制角度分析，汽輪機(jī)組內(nèi)的各個(gè)子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的良好可以提升汽輪軸封回汽系統(tǒng)的運(yùn)行效果，汽輪機(jī)軸封回汽系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)也會(huì)促進(jìn)汽輪機(jī)組的整體運(yùn)行效果。由此可見，改善汽輪機(jī)組及汽輪軸封回汽系統(tǒng)的運(yùn)行峰值，可以有效規(guī)避軸封漏氣和油中進(jìn)水的運(yùn)行缺陷問題，進(jìn)而促使汽輪機(jī)組的真空嚴(yán)密性達(dá)到最佳（峰值小于180 Pa），全面提升汽輪機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)蒸汽強(qiáng)制保溫裝置的有效改良，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)汽和回汽溫度的科學(xué)控制，達(dá)到低壓軸封缸內(nèi)氣壓標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行的目的。通過對(duì)汽輪機(jī)低壓軸封系統(tǒng)運(yùn)行方式及軸封進(jìn)汽壓力的控制方案的進(jìn)一步優(yōu)化和改良，達(dá)成了對(duì)汽輪機(jī)組整體運(yùn)行狀態(tài)以及各子系統(tǒng)自運(yùn)行狀態(tài)的有效控制，并科學(xué)、有效地規(guī)避了軸封漏氣、回水、倒流，以及抽風(fēng)機(jī)出口積水等運(yùn)行缺陷，提高汽輪機(jī)組運(yùn)行的安全性，為電廠汽輪機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效能的提高提供了有力的技術(shù)支撐，為我國(guó)火力發(fā)電廠的持續(xù)健康發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。