汽轮机下部漏汽引起的振动异常分析

汽轮机下部漏汽引起的振动异常分析

曹元富 Caoyuanfu

(山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛，邮编266100)

摘要：某项目汽轮机两缸一排汽，高压缸侧使用高速汽轮机一次再热，发电机中间布置，后接中低压合缸轴向排汽空冷机组。机组运行中发生了机组轴向位移异常变化，汽缸保温两端漏汽，汽缸上下温差异常达50℃，机组振动增大等现象。 经多次启停机检查后最终确认汽缸下部疏水法兰泄漏，最终对法兰进行了更换垫片处理后，机组正常启动。

关键词：振动大 轴位移大 温差大

Key words:vibration highaxial position high differ-temperature high

1引言

项目一台超高压双缸一次中间再热双转速七级回热直接空冷轴向排汽直接空冷凝汽式汽轮机。汽轮机运行中汽缸的膨胀必须按照纵、横、立销方向均匀的进行，保证机组运行中的转动部分和静止部分几何中心线对中及稳定。本项目发生了一起不知原因的机组中低压转子运行振动参数异常变化的事件，下面进行事件介绍和总结。

2正文

2.1事件经过

    本次机组振动异常自9月4日以后，先后经过三次停机处理，第四次机组运行正常。

第1次机组启动：9月4日并网后因发现低压缸温度测温线缆冒烟停运，停运过程中发现轴向位移增大，振动也有上升趋势；低压缸轴向位移最大至0.520mm。14:37 就地人员发现低压缸温度测温线缆冒烟，14:40 开始降负荷，15：05机组停机，对汽缸测温线波纹管进行隔离。对低压缸测温线缆进行了处理，但并未找到造成线缆损坏的原因。

第2次机组启动：9月4日处理完低压缸温度测温线缆冒烟后，带负荷后发现轴向位移增大0.77mm同时转子振动增加，就地发现汽缸有漏汽现象，最终轴振上升到保护值跳机；发现并处理中压缸轴封供汽法兰（第一个法兰）漏汽。

第3次机组启动：9月13日，现次启动并网后仍然发现中压缸上、下缸温温差大打闸停机；#7轴承Y向振动达68um，仍有上升趋势振动快速增至保护动作值164um跳闸，问题未解决，所以继续查找确认中缸疏水法兰（第二个法兰）泄漏，随后进行了处理。

第4次机组启动：启动后低压缸轴承振动正常，机组运行正常。

2.2分析处理

2.2.1趋势记录分析。

9月4日第2次发生机组停机事件时的曲线调取分析记录。

从机组的主要监测参数可以看出，振动的阶跃上升曲线，在机组停机惰走时，振动峰值达到最大值振幅超过200μm以上，而汽轮机汽缸上下壁的温差开始增大先出现上升，随后机组振动出现了异常。在温差增大过程中，轴向位移最大值0.77mm, 随着汽缸上下温差的增大，上部温度测点170号276.9℃与之对应的外缸度下半180号测点327.8℃的差值50.9度，此时汽缸下半的膨胀值的增大，造成了汽缸中间部几何中心的向下弓起，而未变化的转子保持不动，必然转子顶部动静摩擦发生的可能性增加，逐渐出现中低压转子前后两个轴承四个振动测点的同时异常增大。

结论：发生汽缸上下半温差增大在先，发生振动异常波动性增大在后。

2.2.2就地排查与温度测点布置情况分析。

1)对汽缸就地测点进行排查发现，发生汽缸上下壁温差距大的测点在汽缸纵向长度的中间位置，汽缸加热器布置的前侧位于160号温度测点和180号温度测点附近。且温差最大时的下部327.8℃值高于以往汽缸正常运行期间下半温度，明显与以往的运行数据相违背。

2)较高温度源区域查找根据假定的180点的327.8℃向160的479.5℃温度升高的方向进行热源的查找。

结论：需对现场进行了全面的排查的设备区段则一定位于此二测点周边。

1. 对汽缸下半的温度测点位置160号和180号周边区段作重点检查。
2. 对汽缸下半所有的疏水阀门进行检查未见工作异常。
3. 对汽缸下半保温进行了拆除检查，以确定高温测点周围，高温热源的来源，发现漏点法兰位置为中低压缸疏水D3.
   3. 真空负压与火焰结合的排查方法，漏点的确认和处理。

检查漏点的方法使用了负压内漏吸附的方式，首先在中低压汽缸内建立真空负压，然后使用火焰火苗靠近可疑的法兰附近，火焰会受到泄漏点负压抽吸的影响，火焰形状被抽拉长变形，此方法可以精确的确定泄漏点的角度和方向。拆除温度变化异常区段的下缸160号测点和180号温点周边的保温层，然后将所有管道和法兰表面清理干净。利用火焰火苗精确找到漏点在疏水D3口发现法兰上的漏点，是中压外缸疏水口D3的管道与汽缸之间的连接法兰接合面，拆解法兰后缠绕垫片已损坏。并对法兰垫片进行了更换处理。

原有的法兰垫片使用了普通的缠绕垫片，再选择新垫片时，使用带钢圈加固的缠绕垫片。

图3 漏点查找和确认

结论： 排查结果发现漏点是中低压下缸D3号疏水法兰垫片损坏后泄漏，进行更换。

2.2.4法兰泄漏原因分析

法兰与汽缸之间的连接使用了普能的平焊法兰，接合面密封使用了石墨缠绕垫片，缠绕垫片已经严重变形损坏。

可能泄漏的原因分析：

1. 垫片质量。普能的缠绕垫片在法兰螺栓发生多次膨胀收缩时，垫片的厚度尺寸可能产生径向、轴向挤压而变形失效后泄漏。
2. 垫片形式。普通缠绕垫片和钢圈加固的缠绕垫片。（垫片形式变化见图3右下角）使用了钢圈固定式缠绕垫片后，在经过法兰压紧后，缠绕垫片被限定在钢圈的内外环里，挤压后受到径向的限制无法移动。在一定压缩量和压紧力下，能很好的保证密封面的可靠性，减低了因垫片本身的变形失效产生的泄漏。
3. 法兰连接螺栓，材质疲劳松动。螺栓在经过长时间的运行后，螺栓会发生疲劳性松弛。需要在安装时施加的预紧力能防止应力松弛的发生后，仍然能够保持足够的紧力。在保证垫片压缩量的前提下，紧固时应加大紧固力矩。
4. 管道膨胀应力，造成法兰受到各个方向的拉力和压力。管道的膨胀过程中会发生位移，大约10mm左右的汽轮机纵向中心线的轴向移动，此移动会造成管道的弯应力增加，并作用在法兰的横向水平上，从而造成法兰偏斜的力，易造成法兰垫片的受力不均而泄漏。防止方法一般采用管道设计U型补偿弯管的形式，或者在轴向移动方向上设计足够的直管段，使的管道和法兰在受到膨胀限制时，管道可以发生变形以达到补偿的效果。
5. 设计疏水法兰工质参数压力27.6bar,温度538℃。法兰设计为合金钢材料且承压77bar，以达到耐高温压的要求，符合使用环境要求。
   5. 汽缸上下半温差大后引起的变形分析

理论分析：汽轮机下缸温度高于上缸50℃。

纵向膨胀长度比上缸大2.1mm, 圆周膨胀值比上缸大0.7mm , 膨胀值的差异将造成整个中低压缸静止中心线向下偏移，静止部分的下移将造成未发生变形的转子顶部间隙的减小，并可能产生动静之间的摩擦。

3结论

根据分析可以看出，此次机组运行中的异常，是由于汽缸下部疏水管法兰泄漏后，造成了蒸汽对汽缸外壁加热升温的过程，随着下缸温度的持续升高，高于上缸温度50度后，机组振动出现异常，是此次事件的主要原因。根据国家能源《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中也明确的提出上、下缸温差超过50℃应立即停机的相关要求应借鉴和学习使用。对于汽缸上、下缸温差异问题，应引起运行人员的高度重视，在汽缸温度发生不正常变化时及时进行全面的分析和查找，确定解决方案以便保证设备运行安全。

参考文献

国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》

【作者简介】

姓名：曹元富  

工作单位：山东电力建设第三工程有限公司   职务：汽机工程师

联系方式：  手机：15866523610       邮箱：cao.yuanfu@sepco3.com

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