汽轮机轴封漏汽的排查与治理

樊士杰

（天脊煤化工集团股份有限公司，山西长治 047507）

0 引言

天脊煤化工集团股份有限公司一台热电联产汽轮机发电机组，型号CC25-10.0/4.02/0.7，为冲动、双缸、双抽型式。该机组共19 级，前4 级安装在高压缸内，后15 级安装在低压缸内。机组共设有6 段抽汽，分别从4、5、8、10、13、15 级后抽出，相对应为1、2、3、4、5、6 段抽汽。其中1 段抽汽为4.02 MPa 的中压蒸汽并入全公司中压蒸汽管网，4 段抽汽为0.7 MPa 的低压蒸汽并入全公司低压蒸汽管网。除1、4 段为可调整式抽汽外，其余的2、3、5、6段抽汽都参与给水回热循环。2 段抽汽去2#高压加热器，3 段抽汽去1#高压加热器，5 段抽汽去2#低压加热器，6 段抽汽去1#低压加热器。6 段抽汽以外的做完功的蒸汽到凝汽器冷凝，凝汽器为双路表面回热双道制，冷却面积2000 m2，循环冷却水量5400 t/h，冷却水为密闭式循环系统。汽轮机流程示意见图1。

图1 汽轮机流程示意

1 问题

该机组自投产以来，高压缸前轴封漏汽比较严重，一度导致汽轮机润滑油中含水量高（表1），同时导致导致高压缸胀差ZI16204、低压缸胀差ZI16205 偏离设计范围。

表1 汽轮机润滑油分析报告

高压缸胀差ZI16204 设计控制范围为-1.5～+2.5 mm，低压缸胀差ZI16205 为-2.5～+4.0 mm。从图2 可以看出，ZI16204 为2.7 mm，超出设计范围，ZI16205 为4.0 mm，靠近设计上限。

图2 汽轮机运行参数

2 原因分析

汽轮机高压缸前端汽封共有15 圈，采用梳齿迷宫密封（图3）。轴封漏汽有3 处可去：①压力比较高的2 段抽汽；②除氧器；③6 段抽汽。在前汽封的尾部有轴封供汽和轴封抽汽（图4）。

图3 汽轮机高压缸前端汽封

图4 汽轮机高压缸前端轴封漏气去向

（1）由于轴封供汽及轴封抽汽的4 个DN40 管线靠近缸体部分是法兰连接，因此最有可能泄漏的位置是法兰面。

（2）排除法兰面泄漏，则是轴端汽封效果不好[1]。

3 解决措施

（1）轴封供汽及轴封抽汽。更换密封垫和紧固法兰面螺栓，轴封漏汽问题没有得到解决。

（2）轴端密封。从高压缸向外共有15 圈梳齿迷宫密封，每一圈凹下部分又分别对应5 个轴端凸起部分，见图5、图6。

从图5、图6 可以看出，高压缸的轴封漏汽逐级经过梳齿迷宫密封向外衰减，如果梳齿迷宫密封拦截效率不高，也会导致轴封漏汽增大。为此，根据汽轮机的轴端汽封发展情况，先后更换了蜂窝密封（图7）、侧齿密封（图8）[2]。两次汽封型式的更换，在一定程度上减少了轴封漏汽，但没有从根本上解决问题。

图5 高压缸前段梳齿密封示意

图6 高压缸前段梳齿密封实物

图7 蜂窝密封

图8 侧齿密封

（3）轴封抽汽量不够。从法兰面和轴端汽封中没有找到问题的根本原因，将关注点转向轴封抽汽器，因为机组运行中轴封抽汽器负压略低、温度较高，加装一个并列式抽汽器，问题依然存在。

在采取以上3 项措施后，问题虽然有所缓解，但是仍然没有根本解决。要想解决问题，只能进行全面排查。在年度大修中，将机组所有管道的保温全部拆除，使管道裸露出来，凡是能进人的地方全部进行彻底检查，进不去人的地方，采取技术措施进行排查。通过全面排查，发现了一个异常现象，在高压缸上方从上向下看，沿漏汽方向由里向外排列管口为第一排1 个管口、第二排1 个管口、第三排2 个管口，而从高压缸下方从下向上看，沿漏汽方向由里向外排列管口为第一排1 个管口、第二排2 个管口、第三排1 个管口（图9）。

图9 高压缸前轴封漏气管口上下观察不同之处

再从下方核对各个管口去向，沿漏汽方向从缸里向外为第一排一个管口为去2 段抽汽，第二排并列的两个管口去除氧器，第三排的一个管口去6 段抽汽，这样的排列符合轴封漏汽从高到低去不同压力等级的原则。但是从上面看和从下面看第二排与第三排管口排列不一致，查阅图纸和现场实际情况比较，可以确定在缸体铸造管口时有交叉现象，通过现场核对，发现第二个管口向前倾斜，并不是垂直管口（图10）。

图10 倾斜管口

据此推断，在机组安装时，从下面焊接管也是按照由高到低（按漏汽方向）的原则进行焊接，但没有考虑到第二个管口在缸体内不是垂直向下而是斜向后方（按漏汽方向），本来是从上往下时第二排，结果到了缸体下方成了第三排。

问题的原因很简单，但布置隐蔽、不易发现。由于管子接反，导致应去除氧器的漏汽去了6 段抽汽，增加了6 段抽汽负荷，应去6 段抽汽的漏汽去了除氧器。由于除氧器的压力高于6 段抽汽压力，因此高压缸后、低压缸前去除氧器的漏汽从高压缸前漏出，造成高压缸前轴封漏汽，见图11。经过现场察看位置，将3 根管子接到对应压力的去向，见图12。

图11 高压缸前第二个管口去向错误

图12 高压缸前第二个管口去向正确

4 效果检验

纠正管子安装错误后，汽轮机重新启动投入运行，运行数据对比结果如下：

（1）汽轮机润滑油中没有检测到水分（表2）。

表2 改进后汽轮机润滑油分析报告

（2）高压缸胀差、低压缸胀差回至设计值范围（图13），ZI16204 为0.87 mm，ZI16205 为1.86 mm。

图13 改进后汽轮机运行参数

（3）改进前为了抑制轴封漏汽，轴封供汽压力一直调整在340 kPa 左右，纠正管子安装错误后，轴封供汽回至设计值范围120 kPa 左右。

（4）轴封抽汽器入口真空上升，抽汽温度大幅下降。

（5）高压缸前段漏汽彻底消除，消除了故障隐患，同时长期运行的滤油机停止运行。

5 结论与建议

在治理汽轮机轴封漏汽的过程中，尽管开始时没有定对方向，导致走了一些弯路，但通过不懈努力，最终解决了问题。问题也可能仅仅是安装失误造成的，但希望通过机组查找和解决问题的思路能给该类问题的解决提供借鉴。