机组轴封漏汽大分析及治理.docx
《机组轴封漏汽大分析及治理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机组轴封漏汽大分析及治理.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机组轴封漏汽大分析及治理
四号机组轴封漏汽大分析及治理
刘晓东
北京京能热电有限公司石景山热电厂
【摘要】：
本文阐述了京能热电4号机组高中压汽缸轴端汽封漏汽大原因分析及进行的治理工作。
通过分析最终查找到设计及检修管理、工艺方法存在的潜在问题，并提出了根本的解决处理措施，结合机组大修彻底治理消除了轴封漏汽大现象。
【关键词】：
轴封漏汽大治理
1概述
北京京能热电股份有限公司四号机组原为东方汽轮机厂设计的N200/160-12.7（130）/535/535型20万千瓦供暖抽汽凝汽式汽轮机，1995年投产运行。
因机组是70～80年代设计的，采用的设计、制造技术较为落后，通流效率低，所以在2007年对机组通流部分进行增容改造。
改造后为220MW，型号：
C140/N220-12.75/535/535/0.245。
改造后，机组出力均达到220MW，机组效率也得到了增加。
4号机机组增容改造后高中压汽缸轴端汽封漏汽较大，在改造后两年内轴封漏汽进一步增大。
严重影响了主油油质，尤其是在冬、夏两季大负荷期间主油水份经常出现超标，致使在线滤油机连续24小时滤油方能维持合格。
主油油质恶化除影响润滑油性能外，也会造成调节系统动作迟缓及系统元件卡涩、失灵等故障，威胁机组安全运行。
大量轴封漏汽致使高品质蒸汽泄漏而引起汽耗增大，直接影响机组经济运行。
4号机高压前后及中压前轴封外漏蒸汽凝结后顺轴封套侧壁流至轴承箱台板底面，尤其是前轴承箱侧台板处存有大量积水，每日需要清擦。
水流入轴承箱底部台板及滑块之间后产生锈蚀，间接造成台板润滑性能降低及底部纵销、滑销卡涩，在2010年至2012年机组历次启机过程曾出现前中轴承箱膨胀不畅的问题，需要增加暖机时间及现场架百分表监视轴承箱膨胀效果方能正常启机。
轴封漏汽对机组安全已经造成严重威胁，轴封漏汽治理迫在眉睫。
2采取的措施及效果
2.1运行方式调整
2.1.1分析主油箱排油烟机出力过大，轴承箱及主油回油管路负压偏高，造成轴承箱内负压大。
从油档处吸入轴封外漏的蒸汽量较多，使主油含水超标。
运行人员测量轴承箱负压约500pa（规程要求200pa），运行人员通过调节排油烟机入口挡板开度，维持回油系统负压满足规程要求。
观察对轴封漏汽量的影响不大。
2.1.2高中压轴封供汽温度显示为170℃，实测就地轴封处最高温度达到260℃，而汽源（除氧器来汽温度只有160℃左右），可以明显判断为轴封漏出的高温蒸汽较大。
运行中将轴封供汽压力按照标准0.02-0.04Mpa进行调整后，因轴封漏汽量过大、压力高仍无法缓解轴封处外漏蒸汽大现象。
2.1.3负荷升高后轴封供汽调整门已关闭，但轴封供汽压力偏高，造成漏汽大。
因轴封漏汽量大，使轴封漏汽压力大于轴封供汽压力，轴封压力调整已不能作为控制轴封漏汽的手段。
2.1.4对轴封加热器、轴封冷却器负压进行调整，维持在微负压状态，观察轴封漏汽没有变化。
2.1.5轴封风机出力低，不能及时将轴封冷却器内未凝结汽体汽机排出，不能很好维持轴封冷却器负压。
曾将备用轴封风机开启，在两台轴封风机同时开启的工况下轴封漏汽量仍没有明显变化。
2.1.6为减少轴封漏汽进入轴承箱控制主油水份，通过专业会讨论决定在高中压前后轴端汽封处架设轴流风机对轴封漏汽进行吹赶。
通过实施后，化验主油水份能够保证满足要求，是目前能够采取的比较有效的手段。
2.2系统改进
2.2.1原因分析为以下几点：
2.2.1.1轴封漏汽排汽管道通流面积小，排汽受阻。
2.2.1.2轴封漏汽管路系统节流孔板存在节流造成通流不畅。
2.2.2在2009-2010年机组小修对轴封排汽系统进行改进：
2.2.2.1扩大至轴封风机管道直径，母管由原φ159改为φ219mm，分管直径仍为φ159mm。
原系统：
改后系统：
2.2.2.2在轴封一、二漏母管及门杆漏汽至高脱管道上的的节流孔板处，加装旁通管，并加装截断门。
原系统：
改后系统：
2.2.2.3高压后轴封三漏扩容：
在高压后轴封四号套上半套对应3漏处上方开孔φ68mm，引出管φ76×4mm至轴封冷却器管道。
原系统：
改后系统：
2.2.2.4为改善轴封一漏的排汽，增加一路8米平台高压前轴封一漏门前至六抽汽管道（Φ133×6合金管道），并加装1个截门。
如图：
通过上述系统改进及运行调整，启机后轴封漏汽现象仍没有得到较好的改观，投运两台轴封风机也未达到减少漏汽的效果。
3真正原因查找及结合机组大修的治理措施
3.1轴端汽封结构及形式方面
原始机组设计的高中压缸轴端汽封结构为梳齿式椭圆汽封，材质为15CrMoA，材质较硬。
高中压前后轴端汽封径向间隙左右为：
0.50-0.70mm，上下为：
0.65-0.85mm。
因汽封材质较硬汽封径向间隙不能调整过小，汽封间隙小在机组启停、运行中容易与主轴产生摩擦，造成汽封齿磨损，汽封齿磨损后轴封漏汽进一步增大。
根据此问题4号机2002年大修进行了轴端汽封改造，将高压前轴封4个套、高压后轴封3个套、中压前轴封3个套、中压后轴封2个套、共计12个轴封套的49圈汽封全部更换为铁素体镶片式汽封。
铁素体镶片式汽封材质相对较软，在与转子发生碰磨的情况下不会淬硬并黏粘，可以一定程度的避免摩擦产生的大轴弯曲事故。
故汽封径向间隙进行放小，左：
0.50-0.55mm、右：
0.45-0.55mm、上：
0.50-0.60mm、下为：
0.65-0.75mm。
2007年增容改造为提高机组效率，减少轴端漏汽损失，将高压前后、中压前后、低压前后最外道汽封圈改为蜂窝状接触式汽封。
接触式汽封材质为非金属复合材料，具有耐磨、耐高温及腐蚀性，并具有自润滑性能，即使与转子摩擦也不会引起轴振异常，不会致使轴颈温度升高而发生热弯曲，故可以做到0间隙。
蜂窝汽封的蜂窝带是由厚度仅为0.05～0.10mm的海斯特镍基耐高温合金薄板在特殊成形设备上制成的正六面体网格型材，再经特殊焊接设备焊接而成。
蜂窝带材质与轴摩擦不会伤轴，汽流流经蜂窝带时，在轴与蜂窝带形成若干道汽帘，这些汽帘可以高效地阻止蒸汽的向外流动，有效的抑制轴封泄漏量。
图1原始梳齿式椭圆汽封
图2铁素体汽封图3蜂窝接触式汽封
图4接触式汽封
目前采用较多的还有布莱登汽封、侧齿汽封、刷式汽封等，均有较好的效果。
综合分析目前4号机组汽封形式上基本涵盖了目前较为先进的汽封形式，没有再进行改造的必要性。
3.2汽封径向间隙的测量、调整方法方面
历来检修人员在安装、调整过程中考虑间隙过小容易发生汽封齿与大轴的碰磨，引起机组异常振动，严重的产生大轴热弯曲事故。
故在机组检修施工中人为的将径向间隙调至上限，在机组长期运行汽封齿磨损后间隙过大出现轴封漏汽大现象。
整改措施一：
在2012年大修针对轴封漏汽大问题，专业技术组专门组织召开会议，要求全部轴端汽封间隙执行偏下限标准，接触式汽封执行0.05-0.10mm标准，对蜂窝汽封带间隙按低于铁素体汽封齿下限标准0.05-0.10mm进行调整。
整改措施二：
过去检修测量汽封间隙，下半左右侧两块汽封块径向间隙采用塞尺测量，因为塞尺测量数据不能全面反应整个一块汽封弧段的最小间隙情况，大修中要求结合贴橡皮膏的方法综合测量、调整。
另外对于上半及下中汽封块贴橡皮膏测量的径向间隙的方法也进行了调整，以前曾采用在汽封块上橡皮膏贴，盘动转子根据橡皮膏贴痕迹来判断间隙值，此种方法测量也存在局限性，也不能准确的反映整圈汽封最小间隙数据。
整改措施三：
此次大修要求将橡皮膏贴在主轴上，然后盘动转子检查橡皮膏接触印迹来判定汽封块的间隙后进行调整。
上下半汽封间隙全部合格后在主轴根据间隙标准分别贴最小厚度橡皮膏进行验收，合格后最终在主轴上贴0.35mm橡皮膏组合上下半轴封套进行检验，避免存在最小间隙不满足要求而出现摩擦隐患。
通过采取上述检修工艺及标准既保证了数据测量的准确性又确保了机组运行的安全性。
3.2轴封漏汽系统方面
3.2.1在2009-2010年曾经对轴封漏汽系统进行过改进，但是均未达到预期效果。
针对轴封漏汽大问题，2010年安评专家整改建议考评进行轴封一、二漏扩孔的解决方案。
将现场测算数据与东汽制造厂家设计人员沟通、计算，分析目前轴封一、二漏管道流量设计余量应能满足运行要求。
并且目前轴封一、二漏扩孔需要在汽缸侧进行开孔，且轴封套开孔没有余量，整体工作量大。
故经讨论扩孔可行性不大，大修未执行此方案。
3.2.2经再次对轴封系统进行排查发现4号机轴封加热器及轴封冷却器设计换热面积偏小。
轴封冷却器在轴封系统中的作用是用主凝结水来冷却由各段轴封和高中压主汽调节阀阀杆抽出的汽—气混合物，使混合物中的蒸汽凝结成水，从而回收工质。
又使热量传给主凝结水，提高了汽轮机热力系统的经济性。
同时，将混合无的温度降低到轴封风机运行所允许的温度。
壳体上设有汽—气混合物进口和出口管，疏水出口管及水位指示器接口管等。
在运行中，冷却水（主凝结水）由水室进水口流入冷却管内，经U形管出水口管并流出加热器，汽气混合物从汽气混合物进口管进入壳体后，在冷却管外迂回流动，而汽气混合物中绝大部分凝结成水通过虹吸管，输入凝结器，不凝结气体和少量蒸汽则由轴封风机抽出并排入大气。
原始设计安装的轴封冷却器换热面积80m2，蒸汽量2.19t/h，凝结水量流通量约150t/h。
轴封加热器是用主冷凝水来凝结汽轮机高中压缸汽封漏汽，使一部分主冷凝水被加热的辅助设备。
运行是主冷凝水进入水室后。
，流串联地经过管束，仍由水室排出。
蒸汽有壳体上部管道进入沿导向隔板流动。
并与管子外表面接触进行热交换使蒸汽凝结，凝结水流到壳体下部排出。
未凝结少量蒸汽由空气抽出口排到凝结器。
原始设计安装的轴封加热器换热面积130m2，蒸汽量3.82t/h，冷水流通量为约90t/h。
机组的轴封加热器、轴冷加热器换热面积相对于实际漏流量设计偏小，4号机按照最大负荷工况计算凝结水量为610t/h，而轴加原设计水侧流量为17%的凝结水流量（约90t/h）、轴冷水侧设计流量为25%的凝结水流量（约150t/h），造成轴封蒸汽冷却不足。
为保证除氧器的上水，轴冷、轴加长期处于旁路门部分开启状态。
致使轴封漏汽进入换热器后不能充分进行换热，这一方面造成热量损失、工质损失、环境污染，另一方面造成油中进水，油质不易控制，同时耗用大量滤芯进行滤油。
整改措施四：
经过考评计划将4号机轴封冷却器、轴封加热器更换为换热面积满足工况要求的换热器。
结合原设计加热器的汽水侧参数、现场设备运行参数及热力试验实测数据，经与换热器厂家设计人员多次沟通，最终设计轴冷及轴加水侧通流能力达到610t/h，增大4号机轴冷、轴加水侧通流面积，使得即使旁路门全关也不会限制除氧器上水，水侧可满足机组满负荷总凝结水量的通流面积，等同于低压加热器，水侧设计压降均需小于0.1Mpa。
加大轴封冷却器、轴封加热器换热面积，新换热面积分别为轴冷230m²，轴加260m²。
使得轴封蒸汽进入壳体后能够与管子外表面充分热交换使蒸汽凝结，提高轴冷、轴加内汽侧负压，使得各轴封处于微负压状态。
4号机轴冷换热面积达到230m²、轴加达到260m²后，能够留有20%裕量。
使用不锈钢管束代替铜管管束，提高加热器换热系数和提高加热器安全系数，延长加热器使用寿命。
4实施后效果
4.1大修后实现了历次检修后唯一启机、并网一次成功的成绩。
启机、定速及带负荷全过程没有发生轴封碰磨引起的振动异常。
4.2大修后现场观察轴封处漏汽量明显减小。
大修前轴封漏汽大时，运行、点检人员在进行轴瓦振动测量时经常要躲避高温漏汽，大修后就地几乎消除了漏汽。
轴承箱台板底部积水现象也消除了。
高压后轴封大修前现场高压后轴封大修后现场
高、中压前轴封大修前现场高、中压前轴封大修后现场
4.3通过大修前后实地测量的轴封一、二漏管道漏汽量比较，大修后轴封一漏汽量减少13.61t/h、轴封二漏汽量减少1.89t/h。
4号机大修前后满负荷220MW情况下轴封漏汽量测量数据
漏汽量（t/h）
实际值
设计值
实际超出设计值
备注
4号机轴封一漏
31.14
8.01
23.13
大修前
17.53
8.01
9.52
大修后
4号机轴封二漏
6.61
3.82
2.79
大修前
4.72
3.82
0.9
大修后
4.4通过大修前后主油取样化验，大修前在加装轴流风机吹赶轴封漏汽的情况下含水量有时还大于100mg/L，大修后取消了轴流风机仍比大修前加装风机的情况好，水份值明显降低。
2012年4号机大修前后主油化验报告
取样日期
外观
含水量
颗粒度
目视
mg/L
NAS
标准
≤100
≤8
2012年1月5日
透明棕红色
68.0
7
2012年4月23日
透明棕红色
79.8
7
2012年5月7日
浑浊棕红色
130.2
7
2012年6月1日
透明棕红色
85.2
7
2012年6月18日
透明棕红色
129.2
7
2012年7月17日
透明棕红色
62.5
7
2012年8月6日
透明棕红色
116.4
7
机组大修
2012年10月9日
透明棕红色
19.3
8
2012年10月26日
透明棕红色
34.4
7
2012年11月7日
透明棕红色
15.9
7
2012年12月4日
透明棕红色
21.8
7
4.5大修前后请华北电科院进行了汽机性能试验，实验数据证明大修后高、中压汽缸效率、汽耗率、热耗率及整机效率均有较大提高。
说明对高中压轴封漏汽的治理，对机组经济性的较大提升亦起到了一定的作用。
4号机2012年大修前后220MW性能试验数据
高压缸效率%
中压缸效率%
汽耗率kg/kw.h
热耗率kJ/kw.h
汽机效率%
大修前
84.90
88.16
3.10
8427.80
42.72
大修后
85.68
89.22
2.96
8323.92
43.25
5结束语
结合京能热电4号机组出现的高中压汽缸轴端汽封漏汽大问题，从系统设计、检修标准、施工工艺、运行调整等几方面进行分析及治理。
最终结合机组大修从根本上查找到关键原因，确认轴封径向间隙的调整工艺、间隙标准及轴封加热器、轴封冷却器设计换热面积偏小两大关键影响因素，并进行了相应的治理及改进工作，大修后彻底消除了轴封漏汽大现象，保证了机组经济、安全运行。
参考文献：
无
作者简介：
刘晓东，工人技师、助理工程师，主要从事汽机设备检修及技术管理工作，现任京能热电石景山热电厂生产技术部汽机专业主管。
单位地址：
北京石景山区广宁路10号。
邮编：
100041。
升级会员 