超临界660 MW汽轮机轴封疏水不畅问题的处理

张海丰，林茂盛，黄 洋，潘俊生

（辽宁东科电力有限公司，辽宁沈阳 110179）

1 概述

汽轮机轴封系统的功能是在转子转出汽缸处，防止空气进入汽缸和蒸汽由汽缸漏出，并回收汽机轴封漏汽，并利用热量加热部分凝结水，同时还可以抽出汽轮机轴封系统的气体混合物，防止蒸汽漏到机房或油系统（图1）。回收的轴封漏汽经过轴封加热器对凝结水加热，凝结后的轴封漏汽经过管道进入多级水封，最后进入排汽装置。汽轮机轴封系统主要包括3个设备：

图1 汽轮机轴封系统

（1）轴封加热器。是汽轮机轴封系统的重要设备，主要功能是收集汽轮机各个汽缸轴端汽封漏汽和汽轮机的阀门门杆漏汽，并利用这些蒸汽的热能加热主凝结水。轴封加热器安装的抽气风机，可以抽出随轴封漏汽进入轴封加热器的不凝结气体；同时维持轴封加热器的微真空状态，使与之相连接的各轴封腔室压力降低，确保轴封蒸汽不外泄。

（2）多级水封。一般由多个套管组成，正常运行时形成一个疏水阻力，以维持轴封加热器疏水水位，保护排汽装置的真空。正常运行工况下多级水封处于满水状态，并产生约10 m水柱的阻力，既保证疏水畅通又能阻止空气漏入。

（3）汽轮机排汽装置。连接在汽轮机低压缸和排汽管道之间，兼有排汽通道、凝结水除氧、凝结水收集和疏水扩容等功能。

新疆某燃煤火力发电2×660 MW机组新建工程汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的NZK660-24.2/566/566型、超临界、一次中间再热、单轴双缸双排汽，直接空冷凝汽式汽轮机组，汽轮机额定功率660 MW。机组主要承担基本负荷，并具有一定的调峰能力。机组轴封系统设备技术规范见表1。

表1 汽封系统设备技术规范

2 问题及检查

自2016年12月4日开始，该工程1#机组首次投入汽轮机轴封系统。在系统运行过程中发现轴封加热器就地液位计水位偏高，甚至达到满水状态，但轴封系统其他各项运行参数均处于正常范围内。为解决这个问题，对轴封加热器进行以下检查：

（1）检查地液位计是否因堵塞而产生虚假水位。打开轴封加热器就地液位计连通管法兰，检查和疏通就地液位计连通管，未发现堵塞；打开就地液位计排污口法兰，检查就地液位计磁性浮球未发现有卡涩现象。就地液位计误报的可能性被排除。

（2）检查轴封加热器汽侧疏水管道。打开轴封加热器底部疏水管道法兰，对管道进行水冲洗。冲洗后再次投入轴封系统，轴封加热器水位仍偏高甚至满水。

（3）如果轴封加热器内部换热管道存在泄漏，也可能因疏水量过大导致轴封加热器水位偏高甚至满水。打开轴封加热器端盖，检查轴封加热器换热管道，未发现内部管道泄漏。

（4）轴封加热器负压过高也可能引发疏水不畅。检查轴封加热器实际压力为-5 kPa(正常运行时压力为（-3～-12）kPa），短时间停止排气风机，观察轴封加热器的压力和水位。当轴封加热器压力降至0 kPa时，轴封加热器水位变化不大。

通过的各项检查试验，轴封加热器存在问题的可能性被排除。最大的可能性是多级水封存在问题，多级水封疏水不畅也可能造成轴封加热器水位异常升高。主要原因：多级水封出口阀门故障或者调整不当造成多级水封疏水量偏小；多级水封内部发生气塞而造成多级水封疏水不畅；多级水封的阻力过大导致多级水封疏水不畅。

根据对多级水封的分析，逐项对多级水封进行检查和试验。首先检查多级水封的入口和出口手动阀门，未发现阀门有异常。然后再次对多级水封进行注水和排气，并打开多级水封底部的排污阀门，对多级水封进行水冲洗。再次投入多级水封后，轴封加热器的水位没有明显变化，多级水封内部发生气塞的可能性被排除。经过对多级水封的检查和试验，排除其他可能的原因后，认为造成轴封加热器水位偏高的原因是多级水封阻力过大。

3 原因分析

汽轮机轴封系统多级水封是一个产生疏水阻力、用来防止空气进入排汽装置影响真空，同时对轴封加热器的疏水进行回收的装置。多级水封利用多个套管相连来缩短水封的高度，利用几个高度较小的套管达到一个单级水封的效果。电厂多级水封的级数一般为（3～5）级，多级水封结构如图2所示。

多级水封的设计是一个复杂的计算过程，其中多级水封高度的计算最重要。一般情况下，多级水封的计算高度取决于水封入口和出口的压力差。多级水封高度用公式（1）计算。

式中H——多级水封中每级水封的高度，m P1，P2——多级水封进、出口压力，Pa

n——多级水封中的水封级数

γ——水的重度，取值1×104N/m3

（0.5～1）——富裕度（可忽略）

该机组汽轮机轴封系统多级水封的级数为5级，每级高2.6 m。轴封加热器与多级水封的高度差为5 m；多级水封出口至排汽装置接口处的高度差为2.8 m。轴封加热器汽侧正常运行时压力为-5 kPa。排汽装置的设计背压值≤13 kPa。

依据公式1，取富裕度为0.5进行计算：如果多级水封为5级，则多级水封计算高度为2.18 m；如果按照4级水封进行计算，则多级水封的计算高度2 m。利用计算的结果与实际安装的多级水封高度进行比较，得出该汽轮机的多级水封实际高度偏高。

图2 多级水封结构

4 改造措施

依据多级水封高度的计算结果分析：如果保持多级水封每级的高度不变，则多级水封应保留4级；如果多级水封为5级，则应将每级的高度降到2.18 m。经过现场讨论和分析，决定将该机组的多级水封去掉1级，保留4级运行。

多级水封改造投用后，汽轮机轴封加热器的水位下降到正常值，没有出现高水位或满水的情况，问题得到彻底解决。

5 结语

通过对某新建燃煤火力发电机组汽轮机轴封加热器疏水不畅问题的分析，并制定正确的处理方法，使问题得到彻底解决，保证了该汽轮机的安全稳定运行。类似的问题在其他汽轮发电机组的调试过程中也可能会遇到，希望本机组的处理和分析方法能为其他机组提供借鉴。