9FB型燃机联合循环机组——汽轮机轴封系统改造

9FB型燃机联合循环机组——汽轮机轴封系统改造

王艺

（广东粤电新会发电有限公司广东江门529152.）

摘要：轴封系统是汽轮机正常高效运行的重要决定因素，其对汽轮机缸体端部的蒸汽密封效果直接影响机组运行效率和安全性。本文基于昆山某燃机电厂商业运营机组运行情况，针对9FB型联合循环机组汽轮机轴封漏汽问题进行分析，介绍了9FB型燃气蒸汽联合循环机组“171型”汽轮机组轴封系统存在的问题，并对轴封系统存在的问题进行逐一排查，最后通过减小轴封系统蒸汽流动的沿程阻力的方案对轴封系统漏汽问题加以解决，为今后相同和相似机组的调试运行提供了参考。

关键词：联合循环；汽轮机；轴封系统；漏汽；升级改造

1.9FB型燃气蒸汽联合循环机组轴封系统简介

9FB型燃气蒸汽联合循环机组搭载的“171型”汽轮机是由哈尔滨某汽轮机厂生产制造，其轴封系统是采用自密封的汽封系统。该机组轴封系统中主要设备有：溢流调节阀、各种截止阀、疏水阀、汽封冷却器、疏水扩容器等设备共同构成了该机组汽封系统。轴封系统供汽母管的压力在0.13～0.16MPa（a）之间。

轴封系统汽源与机组起停及运行状态有密切的关系，轴封系统均压箱在机组处于不同状态下与供汽汽源的关系如表1。

表1机组状态与轴封供汽汽源关系

Tab.1Therelationshipbetweenthestateoftheunitandthesteamsourceoftheshaftseal

由表一可以看出，当机组负荷超过50%时，高压汽封Ⅱ漏汽量大于低压汽封的供给量，而汽封溢流调节阀打开，多余的蒸汽将通过打开的溢流调节阀排出，即是此时需要关闭供汽汽源，汽封系统可作为自密封状态运行。

轴封系统中的汽封冷却器以稍低于大气压力即0.095MPa（a）的压力接收阀杆及汽封最外端腔室的漏汽，因此保证汽封最外端腔室一直保持负压。当汽封系统供汽压力超过系统的设计压力时，系统的安全阀动作。

2.轴封系统存在的问题

9FB型燃气蒸汽联合循环机组搭载的“171型”汽轮机轴封系统在昆山某燃机电厂，轴封系统达到自密封状态（机组负荷大于50%），调整溢流阀压力，使均压箱压力在25KPa-50KPa之间。

（1）均压箱压力在35KPa～50KPa时，机组高中压缸轴封系统出现不同程度的蒸汽泄露情况，主要体现在以下两个方面：高中压缸高压侧后汽封漏汽严重，泄露的蒸汽进入前轴承箱内部，导致润滑油箱的润滑油含水量增加；同时还造成轴承温度升高，对轴系标高产生影响；高中压缸中压侧后汽封漏汽，泄露的蒸汽分别进入中间轴承箱内部，导致润滑油箱的润滑油含水量增加。

（2）均压箱压力在25KPa～35KPa时，均压箱供低压汽封压力降低，供低压缸轴封母管进入凝汽器管段前的压力为-2～-5KPa的微负压状态，微负压的轴封供汽造成低压缸轴封失汽，使外界空气不断漏入低压缸内，从而导致凝汽器真空降低。

同类型机组中，除了昆山某燃机电厂汽轮机轴封系统漏汽严重外，还有万众某燃机电厂和9FA型燃气蒸汽联合循环机组的珠海横琴某燃机电厂，这些电厂的汽轮机轴封系统同样出现轴封漏汽、失汽情况，以高压缸排汽侧轴封漏汽最为严重，由此可以看出9F型燃气联合循环机组的“171型”汽轮机轴封系统的设计存在一定的弊端。

3.轴封系统漏汽原因分析

轴封系统漏汽一般有两种原因：一种是汽封齿磨损，汽封间隙增大导致轴端漏汽；另外一种是汽封漏汽回气受阻，即是轴封系统蒸汽被堵在轴封系统管道里，从而迫使高中压缸端部轴封蒸汽从端部排出；低压缸端部轴封失汽，进而无法封住内漏至凝汽器的空气，从而导致凝汽器真空度降低。

针对以上两种可能的原因，经过排查未发现轴封端部汽封齿有明显磨损现象，且汽封间隙均为机组设计值下限值（汽封径向间隙0.45mm左右），即是基本上可以排除汽封径向间隙增大而造成漏汽这种原因，那么只可能是汽封漏汽回气受阻这一原因。

根据轴封系统工作原理以及现场轴封管道设计情况，造成汽封漏汽回气受阻可能是以下几种原因：

（1）轴抽风机无法正常工作，导致轴封冷却器不能处于微负压工作状态，因此造成轴封系统漏汽无法顺利排出；

（2）轴封冷却器管束漏水、疏水器卡涩等冷却器工作异常现象，导致轴封系统漏汽无法顺利排出；

（3）轴封系统管道排汽阻力太大，导致轴封系统漏汽无法顺利排出。排汽阻力太大主要是现场轴封系统管道设计布局存在大量弯头，并且排汽管道长度跨度较大，即是轴封系统蒸汽流动的沿程阻力与局部阻力很大，这就不利于轴封系统蒸汽的流动。

经过进一步的排查，轴封系统中的轴抽风机与轴封冷却器均未发现异常情况，都能正常工作，即是汽封漏汽回气受阻很可能是轴封系统管道排汽阻力太大的原因。

该轴封系统自密封状态下轴封供汽如下图1所示：

图1“171型”汽轮机轴封供汽系统图

Fig.1Systemdiagramofsteamsupplysystemfor"171type"steamturbineshaftseal

根据图1轴封供汽系统图可知，自密封状态的轴封系统供排汽源（相对于均压箱来说）有三路：

I路——高中压缸高压侧轴封Ⅱ级漏汽为均压箱供汽源；

Ⅱ路——均压箱至高中压缸中压侧轴封供汽源；

Ⅲ路——均压箱至低压缸轴封供汽源。

均压箱压力为设定值（25KPa-50KPa），在机组轴封自密封状态下的稳定运行时是定值，无法根据轴封供汽实时压力变化调整均压箱压力。根据流体动力学特性可知，在流体始末之间的压力差值一定时，那么流体的沿程阻力是流体能否顺畅流动的主要因素。

昆山某燃机电厂汽轮机轴封系统的均压箱位于高中压缸侧边，所以轴封系统中的I路、Ⅱ路管道较短、弯头也较少，而Ⅲ路管道弯头数量达到9个，这就极大的增加了蒸汽流动的沿程阻力，导致蒸汽压力损失很大，所以出现均压箱压力过低时凝汽器轴封失汽现象。

综上，“171型”汽轮机轴封系统存在以下两个问题：

（1）轴封系统中均压箱压力无法根据轴封端部压力进行实时调整，造成轴封端部供汽压力波动；

（2）轴封系统中蒸汽管道沿程阻力大，造成蒸汽流动不畅。

4.轴封系统改造方案

2014年投产的横琴某燃机电厂针对汽轮机轴封漏汽问题进行过改造，其改造方案是：增加高压Ⅱ级漏汽至均压箱供汽管路，既是提高高压侧轴封引流作用，但是轴封系统改造后汽轮机轴封系统漏汽问题没有得到根本性解决。

针对轴封系统中存在的问题，并结合横琴某燃机电厂轴封系统改造经验，昆山某燃机电厂汽轮机轴封系统进行了以下改造：

（1）由于轴封系统供汽末端无压力监测，不利于轴封系统汽封溢流调节阀的自动调整，所以在轴封系统供汽末端增设压力传感器，确保汽封溢流调节阀根据轴封实际供汽压力调节均压箱压力。

（2）结合横琴某燃机电厂对汽轮机轴封系统改造经验，仅仅通过增加管路引导高压轴封漏汽至均压箱无法有效减少轴封漏汽问题，所以为了进一步改善轴封漏汽，不仅需要借鉴横琴某燃机电厂的“引流”思路，还需要增加“疏导”思路，既是提高均压箱汽源的引流和均压箱供汽的疏导效率。提高均压箱汽源“引流”效率措施：增设高中压缸高压侧轴封Ⅱ级漏汽至均压箱供汽管路，增加管路直径为φ89mm。提高均压箱供汽“疏导”效率措施：增设均压箱至低压缸轴封供汽母管管路，增加管路直径为φ159mm。

通过减小轴封系统蒸汽流动的沿程阻力和增加轴封系统末端压力探头，不仅减小了轴封供汽压损，也提高了轴封供汽的在线调节速率，保证轴封供汽压力，解决轴封漏汽、失汽问题。

5.结语

通过轴封系统蒸汽流动的“引流疏导”和均压箱供汽压力实时调节的改造方案，昆山某燃机电厂#1汽轮机轴封系统不再漏汽，漏汽、有效解决轴封漏汽、失汽和润滑油含水量长期超标等问题。

昆山某燃机电厂汽轮机轴封系统改造效果，为9F型燃气蒸汽联合循环机组搭载的“171型”汽轮机的轴封系统改造提供了参考。

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作者简介：

王艺（1992），男，广东江门。工程师，工学学士，电力行业。