300MW汽轮机汽封改造及启动振动控制实践

300MW汽轮机汽封改造及启动振动控制实践

金振宇

（华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂黑龙江牡丹江157000）

摘要：按照《国家煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》要求，现役燃煤发电机组2020年平均供电煤耗应低于310g/kWh。汽封性能对机组的经济性和可靠性有着重要的影响。为降低漏汽损失，提高机组安全性和经济性，采用先进汽封技术对原有的传统汽封进行改造是十分必要的。采用新型汽封对汽轮机轴端汽封和通流部分汽封进行改造，可以达到降低汽轮机轴端和通流部分的漏汽量，提高汽轮机效率的目的。但由于调整汽封间隙过小，机组启动常伴随轴振偏大甚至超限，或汽封磨损过大影响节能效果，甚至出现多次开机失败再次揭缸调整的问题。某300MW机组结合大修进行了节能升级汽封改造，通过合理选择汽封间隙值，针对性地细化启动防振专项措施，机组启动顺利、改造效果良好。

关键词：汽轮机；汽封间隙；机组振动

引言：文章主要对汽轮机汽封实施改造后，为保证汽封改造效果，详细分析了汽封间隙对机组振动的影响，提出了机组在升速过程中以及运行中的振动控制措施，有力地确保了机组的顺利启动和带负荷，有效地提高了机组的经济性，同时所提出的启动经验可供同类型机组参考。

1.机组概况

某型号为N300－16．7/537/537－8的300MW机组于2006年3月投产。机组有3个临界转速，分别为1370r/min、1688r/min、1750r/min。该机组于2017年9月大修时配套进行节能升级改造，更换了高中压缸隔板汽封、高中压缸前后汽封、高中压缸过桥汽封，所有汽封间隙全部按技术规范下限调整。

2.汽封改造

2.1高中压缸汽封调整方案

该机组汽封2010年进行了1次改造，高中压缸叶顶汽封改造为可退让式汽；高中压缸隔板汽封、前后轴封、高中压间(过桥)汽封改造为铁素体刀齿蜂窝汽封和铁素体接触式蜂窝汽封。2016年机组揭缸检查发现汽封已磨损严重，调节余量难以满足要求，为适应节能技术的进步、提升机组性能，本次A修决定将高中压缸隔板汽封、前后轴封、高中压间(过桥)汽封、高中压缸叶顶汽封全部进行了更换。经招标，选用汽封结构形式为铁素体汽封和铁素体接触式汽封。汽封间隙调整是汽封改造的关键，为保证改造效果，所有间隙均取设计值、前次改造值的下限。鉴于本次大修时，解体发现所有下部汽封磨损较为严重，而高中压隔板及轴封上部汽封均完好，故决定将上部汽封的间隙值在上述数值上再降低0．2mm。

2.2低压缸汽封调整方案

低压隔板汽封及轴封2010年A修时改造为铁素体刀齿蜂窝汽封和铁素体接触式蜂窝汽封，叶顶正反1～4级汽封2012年B修时改造为刷式汽封，叶顶正反5、6级汽封是蜂窝汽封。本次A修解体中发现低压缸隔板汽封及轴封下部磨损严重，叶顶刷式汽封的毛刷脱落较多，叶顶正反5、6级蜂窝汽封水蚀严重，正反第1～3级转子轴磨损严重;低压隔板及轴封上部汽封均完好，没有磨损现象。改造低压隔板汽封及轴封为铁素体汽封和铁素体接触式汽封，叶顶正反1～4级汽封为可退让式汽封，叶顶正反5、6级汽封还是采用蜂窝汽封。所有间隙均按厂家设计值下限调整[1]。

2.3汽封间隙调整后的验收

本次A修时，采用全实缸压间隙进行调整、验收汽封间隙，总共进行4次。每次施工方、监理方、业主方均到场验收，保证了施工质量。

3.汽封改造后启动

3.1启动前的准备

由于本次A修汽封间隙调整得较小，为使启动过程碰磨可控在控，启动委员会组织检修、运行人员进行技术交底、方案措施讨论、编制专项控制方案，并邀请科学院专家到场监测、指导。

3.2控制措施

第一，控制原则。汽封间隙调整到较小值，启动时会发生动静部分磨擦。为确保技改效果，防止摩擦过度引起设备损伤，控制遵循以下原则:1)尽量消除非汽封间隙小引起磨擦，确保汽缸、转子等均匀膨胀，充分膨胀，机组的各部分热应力、热变形、转子与汽缸的胀差以及转动部分的振动在允许范围内;2)如暖机过程任意轴振超过160μm且热膨胀缓慢未达到历史经验值，则适时打闸，打闸后使转子尽快静止，闷缸加热缸体，减少胀差;3)再次启动时，必须保证大轴弯曲值、盘车电流等回到原始值。第二，选择合理的冲转参数。制造厂规定汽轮机冷态高中压缸联合启动冲转主蒸汽压力为3．45MPa，主蒸汽温度为320℃，再热蒸汽温为237℃，再热蒸汽压为0．686MPa，根据启动经验，在该冲转参数时调速汽门开度过小不利于汽轮机加热，对于无启动锅炉的首台机组启动轴封，供汽温度过高，轴颈加热过于剧烈，大轴膨胀快于汽缸，在汽封间隙小的情况下易产生碰磨造成振动。因此冲转参数优化如下:1)蒸汽温度与金属温度相匹配，要求放热系数α要小一些;2)蒸汽的过热度不小于50℃;3)再热蒸汽参数的选择为过热度不小于50℃，如高中压为合缸布置，再热蒸汽与主蒸汽温度相差不大于30℃。本次机组A修后各部金属温度均为常温，冲转参数选择为低压微过热蒸汽，主蒸汽压力1．0MPa，主蒸汽温度260℃～270℃，再热蒸汽压力0．2MPa，再热蒸汽温度240℃～250℃;汽轮机转速1200r/min后逐渐提升主蒸汽压力到1．5MPa，主蒸汽温度300℃，汽轮机转速2000r/min后逐渐提升主蒸汽压力到2．0MPa，主蒸汽温度320℃。并列后按照升温升压曲线提升温度压力，每提升30℃汽温稳定10min。采用低压微过热蒸汽冲转，汽轮机缸内蒸汽充盈度较好，加热较为均匀。在保证汽缸蒸汽充盈度的情况下分段提升主蒸汽参数，既保证过临界转速需要的蒸汽参数，又控制了汽轮机的加热速度和均匀度。第三，及时投入汽缸夹层加热夹层加热系统的投入减少机组启动时间，降低上下缸温差，改善机组启动条件，有效避免因加热膨胀不均可能发生的碰磨引起振动。锅炉点火起压后，炉侧压力为0．2～0．5MPa，凝汽器建立真空后稍开联箱进汽门，维持联箱压力0．1～0．3MPa，对汽轮机汽缸夹层加热供汽及联箱暖管疏水;汽轮机冲转到500r/min投入汽缸夹层加热，控制汽缸温升率小于1．5℃/min，使汽缸内外加热均匀;高压外缸下半外壁金属温度达到320℃时停用夹层加热系统。保持合理的凝汽器真空度冷态开机时，机组真空过高则冲转时主蒸汽流量小，不利于暖机和汽缸膨胀;过低则在汽缸进汽时容易发生真空突降甚至低压缸顶部安全阀爆破。正常情况冷态开机时凝汽器背压维持在14kPa以上。该300MW机组3号、4号轴承座均设于低压缸基础上，排汽温度过高和过低都会造成汽缸向上或向下膨胀，带动转子中心上移，会诱发机组轴系振动。保持凝汽器背压在20～30kPa，增加汽轮机进汽量，汽缸蒸汽充盈度较好，汽缸加热均匀。按照冷态启动先抽真空后送轴封供汽要求，启动1台水环真空泵建立凝汽器真空，通过凝汽器真空破坏门控制凝汽器背压在20～30kPa，排汽温度控制在55～60℃。

结论：

简而言之，通过采用新型汽封以及安装过程中对汽封间隙的严格控制，降低了汽缸内漏汽损失，有效地提高了机组安全性和经济性，节能效果显著。同时通过对冲转参数的调整、汽轮机背压控制、升速率控制、轴封供汽温度调整、有计划闷缸暖机等措施，保证了汽封改造及间隙优化后启动顺畅，达到预期目的。

参考文献：

[1]宁哲，赵毅，王生鹏．采用先进汽封技术提高汽轮机效率[J].热力透平，2017(1):15－17．