汽轮机轴封系统故障分析及改造

汽轮机轴封系统故障分析及改造

摘要简要分析运行中轴封系统中出现的几个故障和存在的一些缺陷，并对比相应的技术改造前后的运行效果。

关键词轴封系统故障；缺陷；分析；技术改造

1 概况

某天然气发电厂为燃气轮机联合循环机组，装机容量为2×390MW，机组采用分轴布置，其中汽轮机额定功率为125.8MW，高中压分缸，一个低压缸是双向排汽结构。在设计条件下，高压主蒸汽压力为13MPa，温度565℃，中压主蒸汽压力为3.28MPa，温度564.2℃，低压主蒸汽压力为0.42MPa，温度314℃。该厂轴封系统如图1所示：轴封系统三路汽源，分别为高压主蒸汽、辅助蒸汽和低压补汽。其中热态启动时由高压主蒸汽供轴封蒸汽，冷态启动时由辅助蒸汽或主蒸汽供轴封，正常运行时由低压补汽或辅助蒸汽供轴封。轴封母管（均压箱）前有一组调节阀，轴封蒸汽由调节阀调压后经减温器进入轴封母管，另外，减温器前两路轴封蒸汽不需减温直供高中压缸进汽侧轴封。

正常运行时，维持轴封母管的压力在0.107～0.11Mpa之间，温度在250℃左右，低压轴封供汽温度为121～176℃之间（一般整定为150℃），高压汽封减温装置的整定值根据高压缸内壁金属温度与汽封腔室内蒸汽温度之比较值，整定值非衡量，约±110℃，高压控制部分可根据实际情况接入控制室，通过DCS系统调节各执行机构动作。待50%负荷实现自密封后，可进行高、中压进汽端轴封供汽切换，轴封母管供汽由高中压缸进汽侧轴封漏气供给。正常运行时低压补汽供轴封电动阀保持开启，作为备用汽源，当机组跳机等情况自密封蒸汽不足时轴封汽源可由低压补汽供给。

2 运行中的故障

该厂机组于2014年底投产，在调试和运行当中，逐步发现了一些轴封系统的故障和由轴封系统引起的故障。

2.1 压力调节不稳定，轴封蒸汽压力波动大

在运行时，经常出现轴封母管压力波动较大，尤其在机组负荷有较大波动时，轴封母管压力偏离设定值较多。随之导致轴封蒸汽减温水调节波动，因为调节有迟滞，轴封母管的蒸汽过热度会有变化，会有导致轴封蒸汽带水，发生轴封水冲击的风险。另外，轴封母管减温器前的调节减压阀在运行中会出现振动、卡涩等现象，该调节阀故障率高，检修周期、寿命短。

2.2 低压补汽的温度较低

低压补汽作为轴封蒸汽临时的备用汽源，正常运行中，由于自密封蒸汽供轴封进行了轴封汽源的切换，但当机组跳机时，高压主蒸汽无法马上供轴封，此时低压补汽供轴封，低压补汽的温度约310℃，而高中压进汽侧轴封的金属温度超过500℃，温差过大，會造成轴封发生冷冲击。

2.3 启动炉供辅汽温度较低

启动炉供辅助蒸汽的温度为350℃左右，在某些情况下，机组热态启动需要由辅助蒸汽供轴封，此时发现轴封蒸汽温度和高中压缸进气侧金属温度无法匹配。

2.4 汽机润滑油含水量偏高

机组长时间运行后，发现汽机润滑油的含水量会逐渐升高，而且检修时发现靠近高中压缸进汽侧的轴承箱内部有严重的积碳现象。

3 分析及改造

3.1 高压主蒸汽供轴封蒸汽电动门后增加两组调节阀

高压主蒸汽供轴封蒸汽只经过一个电动门，然后再经一级调节阀减压，调节阀前后压差大，压力调节不稳定，轴封蒸汽压力波动大，所以在高压主蒸汽供轴封的电动门后增加两级调节阀，并且将高压主蒸汽供轴封管路接到原调节阀之后。改造之后，高压主蒸汽供轴封的压力调节平稳，波动小。正常运行时，高压主蒸汽供轴封的两级调节阀保持15%左右的开度。

3.2 取消低压补汽供轴封管路

当汽机跳机或停机时，高中压缸进汽侧缸温超过500℃，低压补汽供轴封蒸汽的温度只有310℃，与缸温不匹配，低压补汽供轴封显多余，将该路取消，减少系统设备。

3.3 在均压箱前减温器之前增加轴封电加热器，并设有旁路电动阀

热态启机时，由于锅炉至汽轮机的高压主蒸汽管路温度比汽包温度和汽轮机缸温的下降快很多，该断主蒸汽管路内的蒸汽参数不能满足送高中压缸进汽侧的轴封，而且该断主蒸汽管路汽机测的疏水门均接到本体扩容器，但是抽真空前不能疏水到本体扩容器或凝汽器，因此需要将轴封蒸汽加热到与缸温匹配的温度。改造后，启动炉供辅助蒸汽经电加热器加热后可以满足机组热态启动需要。

3.4 调整高中压缸进汽侧轴封，增加轴承箱靠轴封侧隔热挡板

由于正常运行时，高中压缸进汽侧轴封的裸露外壳温度超过300℃，而轴承箱靠近轴封侧的壳体会被加热到较高温度，造成润滑油氧化碳化。另外，由于轴

抽风调整不当和汽封的间隙过大，轴封蒸汽会有泄露，而且，轴承箱内为微负压，会吸进部分泄露的轴封蒸汽，加剧润滑油的氧化碳化，又增加润滑油的含水量。在调整轴封、油挡间隙和增加隔热挡板后，轴承箱内壁上的润滑油碳化和润滑油含水等问题得到了明显改善。

4 结束语

对于大型汽轮机机组来说，收到设备尺寸的限制，不得不采用高中压缸分缸结构。而对于小机组来说，高中压缸采用分缸结构导致需要三个温度等级的轴封蒸汽，使轴封系统变得庞大而复杂，增加了系统的故障风险。在热态启动时，汽轮机的轴系振动较大，导致机组启机失败，机组在热态时，机组的热变形较大，而且较难控制，分缸导致轴封系统变得复杂，增加了机组热变形的不确定性。在机组分缸结构无法改变的前提下，通过反复论证、分析，不断完善轴封系统，减小轴封系统对机组运行安全的影响。