摘 要：介紹GE公司660MW機(jī)組汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和理論分析對(duì)試運(yùn)階段出現(xiàn)的潤(rùn)滑油帶水、低壓軸封母管振動(dòng)大、汽機(jī)真空低等一系列問(wèn)題進(jìn)行了處理和改進(jìn)，有效地提高了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
華能德州發(fā)電廠三期汽輪機(jī)為660MW亞臨界、一次中間再熱、單軸四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)，由美國(guó)通用電氣公司(GE)制造。在機(jī)組試運(yùn)階段，由于軸封系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝問(wèn)題，出現(xiàn)了油中進(jìn)水，低壓軸封母管振動(dòng)大，汽輪機(jī)真空低等影響機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)軸封系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和理論分析，找出了問(wèn)題的根本原因并進(jìn)行了改進(jìn)，從而改善了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
1 主要特點(diǎn)
汽輪機(jī)的軸封系統(tǒng)采用自密封系統(tǒng)，軸封汽源由輔汽和主蒸汽提供。軸封系統(tǒng)由壓力調(diào)節(jié)裝置、蒸汽密封分流閥及軸封加熱器等設(shè)備及相應(yīng)的閥門、管路系統(tǒng)構(gòu)成。軸封系統(tǒng)的主要功能是向汽輪機(jī)、給水泵小汽輪機(jī)的軸封和主汽閥、調(diào)節(jié)閥的閥桿汽封供送密封蒸汽。高中壓前、后端汽封采用高低齒"尖齒"汽封，汽封片采用低硬度鐵素體材質(zhì)鑲片，低壓汽封采用光軸尖齒結(jié)構(gòu)的銅汽封，汽封環(huán)背襯彈簧可退讓。
壓力調(diào)節(jié)裝置由2個(gè)氣動(dòng)供汽調(diào)節(jié)閥和1個(gè)泄放調(diào)節(jié)閥組成，氣動(dòng)供汽閥和泄放閥由汽機(jī)MARK-V控制，軸封母管連有壓力變送器，并向MARK-V控制系統(tǒng)發(fā)送1個(gè)4～20mA信號(hào)，然后MARK-V調(diào)用控制邏輯，相應(yīng)定位調(diào)節(jié)閥，以維持母管中壓力28kPa左右。每一調(diào)節(jié)閥都根據(jù)獨(dú)立的4～20mA信號(hào)滿量程運(yùn)行，4mA對(duì)應(yīng)全關(guān)，20mA對(duì)應(yīng)全開(kāi)。如果調(diào)節(jié)器的氣源斷氣，或者調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)出了故障，供汽閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧將迫使供汽閥打開(kāi)，泄放閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧將迫使泄放閥關(guān)閉。這種設(shè)計(jì)確保了汽輪機(jī)軸的連續(xù)密封。使用每個(gè)閥門上的手輪可以關(guān)閉供汽閥和泄放閥。
蒸汽密封分流閥是1個(gè)三通氣動(dòng)閥，由MARK-V控制系統(tǒng)控制，通常將過(guò)量的軸封蒸汽導(dǎo)入低壓出口加熱器與汽輪機(jī)抽汽混合并在給水加熱器中冷凝。對(duì)4個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)而不是進(jìn)入給水加熱器，分流閥都自動(dòng)把這些過(guò)量的蒸汽導(dǎo)入主凝汽器。
50%負(fù)荷以上時(shí)，高中壓缸漏氣進(jìn)入軸封母管的蒸汽超過(guò)了軸封系統(tǒng)的需要，多余的部分通過(guò)泄放閥排到1號(hào)低壓加熱器或凝汽器中。從循環(huán)效率的觀點(diǎn)來(lái)看最好將這些蒸汽排到低壓加熱器，該泄放閥蒸汽溫度在滿負(fù)荷下可能高達(dá)398．9℃，但在通常條件下其數(shù)量較小并且不進(jìn)入主汽輪機(jī)。
2 汽機(jī)油中進(jìn)水問(wèn)題的處理
機(jī)組在調(diào)試階段出現(xiàn)了汽機(jī)油中進(jìn)水的情況，負(fù)荷在300～400MW之間時(shí)，軸封母管壓力可以維持在0，03MPa以下；在500MW以上時(shí)，雖然軸封溢流閥全開(kāi)，軸封高壓腔室漏氣閥門(至凝汽器)全開(kāi)，軸封母管壓力仍維持在0．045MPa左右，最大曾達(dá)到0．062MPa，初步認(rèn)為油中進(jìn)水是由于軸封壓力偏高造成的。
當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)高壓內(nèi)缸前軸封與高壓外缸第一段前軸封(由內(nèi)往外數(shù))之間的汽室，直接通往高壓內(nèi)、外缸之間的夾層，使高壓內(nèi)缸前軸封的大部分漏汽排入高壓內(nèi)、外缸夾層或1號(hào)抽汽管道上；高壓外缸前、后第一段軸封及中壓缸第一段軸封的漏汽，分別經(jīng)過(guò)各自的節(jié)流孔板之后，接到中壓缸排汽管道上，即4號(hào)抽汽管道上；高壓外缸前、后第二段軸封、中壓缸第二段前軸封和第一段后軸封、小汽輪機(jī)的第一段前軸封的漏汽，均接到汽輪機(jī)低壓缸前、后軸封進(jìn)汽管道上。
決定對(duì)釉封系統(tǒng)設(shè)計(jì)及霄道連接進(jìn)行檢查，請(qǐng)GE公司對(duì)軸封溢流站進(jìn)口母管管徑(最小處為108 mm)進(jìn)行確認(rèn)，是否偏小；檢查確認(rèn)高壓主汽門門桿漏汽的管道連接情況；檢查高壓缸前軸封連接是否符合汽封系統(tǒng)的P&ID；對(duì)1、2、3號(hào)軸封漏汽至凝汽器的節(jié)流孔板進(jìn)行核對(duì)，是否設(shè)計(jì)偏小或管路不通；檢查軸封溢流閥是否暢通，軸封供汽閥門是否嚴(yán)密等。
檢查高壓主汽門門桿漏汽的管道連接發(fā)現(xiàn)，不符合設(shè)計(jì)現(xiàn)定(高壓主汽門漏汽低壓側(cè)應(yīng)接至軸封供汽母管，高壓側(cè)應(yīng)接至軸封回汽)，當(dāng)負(fù)荷高時(shí)高壓漏汽直接進(jìn)入了軸封母管并超壓。改造后有效果，但負(fù)荷500 MW以上時(shí)壓力仍高達(dá)0．056MPa。利用停機(jī)消缺進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，高壓前軸封連接出現(xiàn)錯(cuò)誤，2號(hào)腔室其中1根軸封漏汽管道誤接到3號(hào)軸封腔室(3號(hào)腔室為軸封供汽腔室)，結(jié)果造成軸封母管壓力隨負(fù)荷的升高而升高。恢復(fù)后，軸封壓力調(diào)整正常，消除了汽機(jī)油中進(jìn)水的問(wèn)題。
3 軸封系統(tǒng)調(diào)整及改進(jìn)
3．1 低壓軸封母管加裝疏水點(diǎn)
低壓軸封供汽由軸封母管分別進(jìn)入A、B凝汽器，在凝汽器內(nèi)經(jīng)一段蛇形管(該管實(shí)際作用為軸封冷卻器)，然后經(jīng)汽水分離器，最后進(jìn)入汽封供汽腔室。低壓軸封母管管線較長(zhǎng)，由于沒(méi)有設(shè)計(jì)疏水點(diǎn)，在軸封投入初期管道振動(dòng)較大，特別是熱態(tài)啟動(dòng)延長(zhǎng)了啟動(dòng)時(shí)間。軸封腔室內(nèi)積水較多，以致進(jìn)入軸加風(fēng)機(jī)及排汽管內(nèi)積水。由于進(jìn)入軸封腔室內(nèi)的不是微過(guò)熱蒸汽，而是飽和蒸汽，不能有效地起密封作用，破壞了軸封的正常工作，影響了真空嚴(yán)密性。將A、B凝汽器內(nèi)前后汽封供汽的汽水分離器下部接口絲堵拆除，改裝疏水管，將該管引至凝汽器外部并加裝閥門。經(jīng)改進(jìn)后，低壓軸封的供汽溫度滿足了GE公司不低于149℃的要求。汽機(jī)真空改善，管道振動(dòng)消除。
LP部分轉(zhuǎn)子及缸體材料不能承受高溫。高負(fù)荷時(shí)，進(jìn)入LP密封的蒸汽通過(guò)凝汽器內(nèi)密封管路而被充分冷卻。但是，在低負(fù)荷時(shí)，由于凝汽器內(nèi)提供的冷卻量較少，提供給軸封蒸汽母管的蒸汽溫度必須低于399℃，長(zhǎng)時(shí)間處于399℃以上，LP轉(zhuǎn)子及殼體的材料性能會(huì)降低。若要長(zhǎng)期運(yùn)行，對(duì)超過(guò)399℃的節(jié)流蒸汽應(yīng)降溫，以作為密封蒸汽源。
3．2 高壓供汽節(jié)流閥的調(diào)整
GE公司對(duì)軸封供汽的壓力和溫度有一定的要求。因?yàn)楣┢麥囟热绻c汽輪機(jī)本體部件溫度(特別是轉(zhuǎn)子的金屬溫度)差別太大，將使汽輪機(jī)部件產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力將造成汽輪機(jī)部件壽命損耗的加劇，同時(shí)還會(huì)造成汽輪機(jī)動(dòng)、靜部分的相對(duì)膨脹失調(diào)。由于密封蒸汽引起的膨脹及收縮僅發(fā)生在端部密封區(qū)域，在差脹值上反映不出來(lái)，這將直接影響汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行。熱態(tài)啟動(dòng)為了減少熱應(yīng)力，軸封汽源最好采用主蒸汽，由于主蒸汽參數(shù)比軸封系統(tǒng)所需要的壓力高，因此需要調(diào)整手動(dòng)節(jié)流閥將入口壓力降到軸封壓力調(diào)節(jié)器可以接受的大小。參照?qǐng)D2(軸封系統(tǒng)汽源管路示意圖)，節(jié)流閥設(shè)置程序如下：打開(kāi)軸封供汽壓力節(jié)流閥(SSPTV)上游的疏水閥；關(guān)閉軸封供汽壓力節(jié)流閥(SSPTV)，并打開(kāi)軸封供汽隔離閥(SSPSV)。確保壓力調(diào)節(jié)進(jìn)汽閥(SSFV)和泄放閥(SSDV)的旁路閥處于關(guān)閉狀態(tài)；切斷SSFV和SSDV控制閥的空氣供應(yīng)；檢查已經(jīng)建立了最小蒸汽密封入口供汽壓力；用手輪全開(kāi)SSFV；用手輪全關(guān)SSDV；在凝汽器真空大于一50．8kPa時(shí)緩慢打開(kāi)節(jié)流閥(SSPTV)，在蒸汽密封聯(lián)箱中建立103kPa(表壓)壓力，隨著凝汽器真空度增大可能需要調(diào)節(jié)該閥，當(dāng)該條件建立時(shí)，拆下閥門手輪或用一把適宜的鎖固定閥門，因?yàn)橐院笏鼘⒂米饕粋�(gè)固定孔板；將SSFV與SSDV手輪返回到正常操作位置并向閥門供氣，恢復(fù)正常自動(dòng)模式。
在啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)軸封壓力低于25%的額定節(jié)流壓力情況下，通過(guò)調(diào)整軸封進(jìn)汽旁路閥輔助進(jìn)汽壓力調(diào)節(jié)閥獲得所需的蒸汽流量。一旦節(jié)流壓力升高到足以自動(dòng)維持蒸汽密封時(shí)，旁路閥將關(guān)閉。如果它保持打開(kāi)，過(guò)量的蒸汽將自動(dòng)通過(guò)泄放閥到分流閥或直接排到凝汽器。這將不會(huì)影響汽輪機(jī)運(yùn)行，只是會(huì)導(dǎo)致熱效率的少量損失。
4 結(jié)束語(yǔ)
GE 660MW機(jī)組軸封系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了經(jīng)濟(jì)性和熱應(yīng)力控制，壓力調(diào)節(jié)裝置由汽機(jī)控制系統(tǒng)MARK-V控制和監(jiān)控，明顯提高了控制的可靠性和穩(wěn)定性，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)化，如小機(jī)軸封進(jìn)汽和回汽沒(méi)有設(shè)計(jì)截止門；低壓軸封處缺溫度測(cè)點(diǎn)：低壓軸封母管沒(méi)有疏水點(diǎn)；軸加風(fēng)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)遙控操作，軸加水位、負(fù)壓沒(méi)有進(jìn)入DCS畫面等。以上問(wèn)題在調(diào)試階段逐一進(jìn)行了改進(jìn)。軸封系統(tǒng)的狀況對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行較為重要，要根據(jù)汽輪機(jī)狀態(tài)選擇軸封進(jìn)汽汽源，避免軸封蒸汽與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度過(guò)度失配.