15MW汽轮机油挡积炭震动技术改造实践

国家电投盐城热电有限责任公司 胡海风

1 设备介绍

国家电投集团盐城热电有限责任公司#1 汽轮机由杭州某汽轮机公司生产。本汽轮机按引进西门机公司技术设计、制造的三系列多级工业汽轮机也称之为积木块系列汽轮机，采用积木块原理将汽轮机的主要件汽缸、转子分成若干区段，根据用户要求，通过热力和强度计算，将所需区段组合起来，配上相应的标准部套，组合生成各种不同类型、规格满足用户要求的汽轮机。

汽轮机型号：EHNG40/32/40；结构型式：单缸背压式；额定进汽量：127.5t/h；正常进汽压力：9.0MPa；正常进汽温度：535℃；正常抽汽压力：3.5MPa；正常抽气流量：15t/h；正常排汽压力：0.98MPa；汽轮机额定转速：6512r/min；驱动设备：#1 发电机；发电机额定转速：3000r/min；功率：15MW；制造日期：2017年5月；安装日期：2017年9月；投产日期：2018年3月。

汽轮机本体安装在汽机房内标高8.0m的基础平台上，机组运转中心层标高8.8m，汽轮机与发电机之间由齿轮箱连接。

齿轮箱型号：GS500HQ-4A-5；额定功率：15000kW；输入转速：6512r/min；输出转速：3000r/min；使用系数：1.3；中心距：500m；重量：5200kg；制造日期：2017年7 期；制造单位：郑州某机器研究所。

新蒸汽管道从汽轮机两侧（顺气流方向看）下方接至速关阀（接口）。新蒸汽加速关阀，高压调节汽阀进入汽轮机通流部分。蒸汽在第一膨胀段做功后，一部分从外缸下部的抽气口引出，输出至中压蒸汽管网。未抽出的蒸汽进入第二膨胀段继续做功。蒸汽在通流部分做功后，在压力降至排汽压力后，进入供热蒸汽管，供用户使用。

为防止汽缸汽封处高温蒸汽漏入轴承箱造成轴承温度升高及润滑油中带水，汽轮机采用了闭式汽封系统，该系统主要由汽封冷却器、管道以及阀门等组成。在转子穿出汽缸的部位配置汽封，前、后汽封可以防止、减少汽缸内蒸汽向外泄漏，防止高温蒸汽漏入轴承座致使轴承温度升高及润滑油含水。

汽封体的内圆上嵌装有汽封片，与装在转子上的汽封片或车出的城墙齿组成汽封。三系列汽轮机的汽封是无接触式流阻式迷宫汽封，由若干个依次排列的环形间隙和腔室构成的汽封中。在压差作用下，汽流经间隙高速进入容积相对较大的腔室，气流因突然膨胀而产生猛烈的涡旋，大部分动能随之转化为热能，只有小部分动能以余速通过下一个间隙，逐级重复上述过程，通过对气流的节流效应而起到密封作用。汽缸结构如图1所示。

图1 汽缸结构图

转子结构如图2所示。转子上是动叶与静体的喷嘴，导叶是汽轮机通流部分的核心，蒸汽的热能在通流部分转化为推动汽轮机转子旋转的机械能，从而驱动其他机械运动。

图2 转子结构图

该机组供油装置主要是给汽轮机的轴承以及汽轮机驱动设备提供润滑油，为汽轮机调节系统提供压力油，起到减少摩擦和冷却润滑的作用，保证汽轮机及其驱动设备连续正常运行。

供油装置为集装油站，主要由油箱、冷油器、滤油器、辅助油泵、润滑油泵、事故油泵、管阀、仪表等组成。其中，润滑油的主要参数为：供油量797L/min,供油压力0.25MPa,供油温度43～48℃，过滤精度25μm。油箱上设置有排烟风机，排除油箱内部的油烟并保持油箱内部微负压，有利于回油。但根据实际情况观察发现，排烟风机对维持系统微负压作用不明显，汽轮机前、后轴承座在正常运行时略微有油气外溢。

EHNG40/32/40 型15MW 汽轮机自2018年3月新机投产后，一般在运行90d 左右，轴承油挡碳化层达到高度后与高速旋转的汽轮机转子摩擦，产生震动。对碳化物分析发现，碳化物是油气和絮状丝在高温作用下的生成物。经过观察后发现，絮状丝为汽缸保温层硅酸铝的飞絮。碳化物质地较硬、不易碎，可掰开。在碳化物与高速运转的汽轮机转子产生摩擦时，碳化物无法消除，而且碳化物层越压越实，只有停运汽轮发电机组通过人工清理方式才能够清除。

EHNG40/32/40 型15MW 汽轮机额定转速为6512r/min。汽轮机前径向轴承X方向震动、Y方向震动65μm高报警，90μm高高报警汽轮机跳闸；后径向轴承X 方向震动、Y 方向震动65μm 高报警，90μm 高高报警汽轮机跳闸；齿轮箱高速轴承X 方向震动、Y 方向震动80μm 高报警，100μm 高高报警汽轮机跳闸；齿轮箱低速轴承X 方向震动、Y 方向震动100μm 高报警，120μm 高高报警汽轮机跳闸。机组一般在运行90d 左右时，汽轮机前径向轴承、后径向轴承发出震动高报警时，被迫停运机组进行轴承油挡碳化物清理，避免发生机组震动高高报警跳闸事件发生。机组检修时造成公司电量损失，对热用户造成生产影响，并产生修理费用。

2 改造目的及应用技术

改造目的：改造消除汽轮机轴承油挡碳化物的生成或减缓碳化物的生成，实现机组长周期运行，避免公司发电量损失和对供热用户的影响。

应用技术如下。一是通过对EHNG40/32/40型15MW抽气背压式汽轮机前后轴承座油挡进行气封改造，使得轴承箱的油气和硅酸铝保温层的飞絮无法在油挡处停留，无法生成碳化物。二是采用BFG反辐射工业节能绝热环保喷涂等措施，消除运行中油挡积炭或减少积炭实现汽轮机组长周期安全稳定运行。三是汽封和轴承座之间空隙位置加装2 道阻汽结构，结构型式为弹性刷式汽封。

阻汽机构由三部分组成。一是隔热阻汽封，可调整轴径间隙，阻挡气流和热辐射。二是刷式阻汽封，可调整轴径间隙，0.05mm 左右间隙高精度阻挡气流。三是改进型挡油环。

3 改造方案

3.1 轴承座油档增加氮封装置

可用干燥清洁的压缩空气代替氮气。

3.1.1 EHNG40/32/40型汽轮机

前轴承座型号40A，后轴承座型号40A，氮封管道连接。前后轴承座上氮封接入口位置均在前后轴承座密封环上，接管接口为G3/8。

3.1.2 氮封装置压力

正常运行过程中总管压力在0.2～0.8MPa（G）内，前后轴承座氮封入口压力需要控制在20～150MPa（G）。

3.1.3 氮封装置投运后

为保证入口密封器干燥清洁，在总管上增加干燥过滤装置，具体要求为干燥度、清洁度参考仪表空气。

3.2 氮封压缩空气系统方案

为保证压缩空气品质，做到压缩空气无油无水，气封压缩空气取自公司仪用压缩空气母管。

压缩空气系统如图3所示。

图3 压缩空气系统

为保证供气压力稳定，在汽机房0m 层就近布置一台0.3m3储气罐。在储气灌进、出口管路上加装滤水装置，罐底加装排水阀。

3.3 汽轮机本体前、后汽封端面保温层改造

BFG 反辐射工业节能绝热环保超强耐高温材料采用特有的含硅酸盐非金属优质矿物质纳米材料。由封闭微珠将其连在一起形成三维网络空心结构的纳米材料，陶瓷微珠之间形成了一个静态的空气组，有激活纳米材料独特的二元协同双疏结构，绝热等级达R35，反射率为85%，绝热效果可达90%左右，施工方便，可用8～10年。

本体前、后汽封处保温层由普通硅酸铝更换为BFG 反辐射工业节能绝热环保超强耐高温材料可减少热辐射、减低轴承油挡处温度，BFG 反辐射工业节能绝热环保超强耐高温材料运行受热后不会产生裂纹、无飞絮，可减轻积炭程度。

4 改造效果

汽轮机前后轴承油挡改造后，汽轮机满负荷运行周期由90d 左右延长至1年，实现了机组长周期运行。汽轮机在停机检修期间，锅炉正常运行并通过减温减压器对外供热，在消耗未减少的情况下，造成公司发电量损失。改造后，汽轮机1年减少3次停机检修次数，每次停机检修从机组解列到再次并网需要约120h。按照负荷率95%、电价0.475kWh计算，每年可减少发电量损失231 万元；每次检修费用约3万元，每年可减少检修费用9万元，合计每年可增加效益240 万元。本次改造管阀容器安装2万元、管阀容器材料4.4万元，保温费用4万元，油挡隔板气封装置5.5 万元、检修费用21 万元，合计37万元。根据实际计算，当年可收回投资成本。

5 结语

此次EHNG40/32/40 型15MW 汽轮机轴承座油挡技术改造项目的成功实践，对同类型汽轮机在处理相似问题，实现汽轮机组长周期运行、稳定供热方面具有一定的参考价值。