新店电厂轴封供汽系统存在的问题及解决方法
摘要：轴封蒸汽温度过低或者轴封供应中断，大量的低温蒸汽或空气通过轴封吸入汽缸，将有可能导致动静部分的摩擦，造成严重的后果。介绍了厦门新店电厂西门子SGT-4000F联合循环机组配套的TCF1型汽轮机，在运行过程中长期存在的轴封供汽温度不稳定，和起、停机过程中高、中压轴封供汽调门突然关闭等问题产生的原因及解决方法。
关键词：轴封蒸汽；联合循环；
前言
新店电厂一期工程为两台390MW的燃气－蒸汽联合循环机组。采用上海电气(SEC)从德国西门子引进的技术，单元机组包括一台燃气轮机、一台蒸汽轮机、一台发电机和一台余热锅炉。汽轮机型号为TCF1，三压、再热、凝汽式。“全周进汽式汽机”，无控制级，主要以滑压方式运行，与燃气轮机和发电机联轴，构成完整的单轴配置，由上海汽轮机厂制造。在机组试运和商业运行阶段，由于轴封系统设计和安装问题，长期存在的轴封供汽温度不稳定，和起、停机过程中高、中压轴封供汽调门突然关闭问题，曾出现因轴封供汽中断导致盘车停止严重影响机组安全运行的问题。通过轴封系统现场试验和理论分析，找出了问题的根本原因并进行处理和改进。
轴封系统简介
1．1 轴封汽的汽源
新店电厂轴封蒸汽系统由三路汽源：启动时由启动锅炉供汽；当低压主蒸汽压力达到MPa/℃时，由辅助蒸汽切换至低压主蒸汽；冷再蒸汽作为正常运行时低压主蒸汽的备用汽源。
1．2 轴封供汽系统构成
轴封供汽系统的主要功能是向汽轮机的轴封供送密封蒸汽。新店电厂轴封供汽系统由启动锅炉、轴封母管、轴封电加热器、轴封阀门站（高中压轴封进汽调阀、轴封蒸汽溢流阀、低压轴封进汽调阀及其喷水减温器）等设备及相应的仪表、阀门、管路系统构成。系统构成如图1所示。
图1轴封供汽系统简图
启动锅炉的规范：数量:1台/全厂，厂家:LOOS，型号:UL-SX20000，卧式三回程快装湿背式火管锅炉，偏心炉胆布置。额定出力20t/h，工作压力1.5MPa(a),过热蒸汽温度300℃,大连续蒸发量20t/h。
轴封加热器规范：数量:1台/每台机，厂家:VULCANIC Gmbh，加热介质：过热蒸汽，进口蒸汽温度：≥230℃，出口蒸汽温度：280～320℃，进口蒸汽压力：0.3～0.4MPa(a)，最大工作压力：0.8MPa，流量（额定）：2.0t/h。
2 存在的主要问题及解决方法
在调试阶段和商业化运行过程中，长期存在启动锅炉除氧器经常出现水位低导致启动锅炉停运，启动锅炉不能保温保压运行，启动锅炉在集控室无法监控，轴封母管蒸汽疏水不尽导致轴封电加热器出口温度不稳定，起、停机过程中高、中压轴封供汽调门突然关闭等问题。
2.1启动锅炉除氧器经常出现水位低导致启动锅炉停运。我厂共配置两台变频除盐水泵，在主机用水量较大的时候存在“抢水”问题，而启动锅炉的除盐水补水管较小，无法“抢”过主机，导致启动锅炉除氧器水位低。解决方法：将其中一台盐水泵工频运行后，基本解决了此问题。
2.2启动锅炉不能保温保压运行。启动锅炉自身配备一个出口电动门，此门由其PLC控制，DCS无法控制。由于启动锅炉选型较落后，不能小火焰保温保压运行，它通过频繁的自动启停来控制出口蒸汽压力：压力达到设定值+0.2MPa熄火、压力低于设定值-0.3MPa点火，并且PLC逻辑要求出口电动门或对空排汽门有一个已开才允许点火。通过讨论，设想将对空排汽引回，以实现启动锅炉的保温保压运行。
辅助蒸汽母管安全门设定压力为0.9MPa，轴封加热器最大工作压力为0.8MPa，所以启动锅炉的压力设定值只能等于或低于0.7MPa，而启动锅炉压力设定值过低的话其启停非常频繁。通常将启动锅炉的压力设定值设定为0.7MPa。辅助蒸汽系统在正常运行时使用的低压主蒸汽其参数为0.33MPa。这就需要在启动锅炉至辅助蒸汽母管入口增加一个电动门，用于DCS自动将启动锅炉来汽切换到低压主蒸汽供汽。
2.3启动锅炉在集控室无法监控，监盘人员无法掌握启动锅炉的运行情况，只能通过辅助蒸汽母管压力低来判断启动锅炉已经停运，有很长的滞后。这时再至现场处理故障，辅助蒸汽已经不满足轴封要求，可能会造成较严重的后果。热工补放电缆和逻辑修改解决了此问题。
2.4轴封母管蒸汽疏水不尽导致轴封电加热器出口温度不稳定。轴封电加热器要求其入口为过热蒸汽，温度≥230℃。前面提到启动锅炉压力设定为0.7MPa，在此设定值下过热器全开时，其出口温度只能达到230℃左右。由于启动锅炉房离电加热器距离较远，到达电加热器处根本无法保证温度≥230℃，目前实际情况为正常时为150~180℃，在个别情况下甚至低到100℃左右，这就导致轴封电加热器出口温度急剧下降，当此温度低于设定值，高、中压轴封进汽调门将保护关闭停止轴封供汽。
就目前的系统情况在使用启动锅炉的情况下很难保证轴封电加热器入口温度≥230℃。历史运行情况表明只要轴封电加热器入口蒸汽不带水，其出口温度就比较稳定并能满足要求。为此，必须彻底解决辅助蒸汽系统疏水问题（见图1）。
启动锅炉至辅助蒸汽母管距离很长，温度下降较大，在新增的电动门前增加一个带旁路的自动疏水器；
辅助蒸汽母管目前的疏水器明显存在容量不够的问题，需为辅助蒸汽母管再增加一路带旁路的自动疏水器；
轴封电加热器前管道疏水、汽水分离器排水和轴封电加热器本体疏水共用一个带液位显示的自动疏水器，此处经常出现液位报警，将其中一个手动旁路门改为气动门，通过液位控制其开关，以增强疏水效果。
2.5起、停机过程中高、中压轴封供汽调门突然关闭。西门子逻辑要求在轴温大于300℃时，轴封蒸汽温度范围为280℃-315℃，轴温小于300℃时，轴封蒸汽温度范围为240℃-300℃温度。超过温度范围，程序会自动关闭轴封供汽阀门，此时大量的低温空气通过轴封吸入汽缸，它不仅将在转子上引起较大的热应力，而且造成前段轴封大轴的急剧冷却收缩，当收缩量过大时，将有可能导致前机节动静部分的摩擦，而这种局部段大轴收缩所造成的相对位移的变化，对汽轮机影响很大。事实上在启停机过程中这一情形经常发生，为避免这一现象将这一范围调整为270℃-320℃和240℃-300℃（如图2）。
图2 轴封温度定值的修改
系统没有设计暖管阀，蒸汽不流动导致在启动时温度很难达到要求，需在轴封电加热器后增加一个电动暖管阀，为使其同时具有疏水作用，将其安装在轴封阀门站入口最低点处，并同时安装一个自动疏水器（见图1）。但用于高中压轴封供气阀位控制的温度测点位于此阀之后，故修改逻辑使用电加热器后的温度测点作为高、中压轴封供气阀的开阀判据；
2．6冷再来汽做为机组正常运行期间的轴封汽源的设想。由于冷再热蒸汽参数与辅助蒸汽参数差异太大，调节非常困难。目前如果使用冷再来汽，当调门开到3%时辅助蒸汽母管已经超压，轴封电加热器安全门动作。设想对此路来汽的调门重新选型并在调门前增加孔板，使调门工作在其线性范围内，来控制轴封母管的压力。由于我厂每台机组只配有一台电加热器没有备用，而冷再在正常运行时温度为300-350℃，经过管道传输后到轴封阀门站可能正好满足轴封要求，此时电加热器可以退出或者处于小电流工作状态（需要试验），可以延长电加热器的寿命并减少厂用电。因此以冷再来汽为主、低压主汽为备的运行方式，将会是最安全、经济的运行方式。
调整轴封系统运行方式
我厂只配置了一台小锅炉没有备用，设备可靠性较差的情况，决定选择机组停机后退真空及退轴封蒸汽的运行方式：
当机组负荷达到60％以上后，投入低压主蒸汽作为轴封汽源供气，关闭小锅炉出口电动门（DCS侧），停运小锅炉；
正常停机过程中，利用低压主蒸汽余压向轴封供汽，当汽机盘车装置投入后，停真空泵，破坏真空，停止向轴封进汽，锅炉保温保压，根据经验低压系统可通过过热器疏水阀将压力长时间维持在0.35-0.60MPa左右；
机组冷态及温态启动时，提前两小时左右启动小锅炉为机组辅助蒸汽母管供汽；
热态启动时，利用低压主蒸汽向轴封供汽启动机组；
遇到机组跳机时，利用低压余汽保持轴封，尽快重新开机。如果机组短期无法重新启动，应维持轴封到盘车投入，如果不能维持到盘车投入，则破坏真空退轴封。
4 结束语
由于汽机轴封汽系统运行是否稳定，直接关系到汽轮机是否能够安全可靠运行。当设备反复发生故障时，我们有必要引起足够的重视。一方面在运行中加强监控，及时发现异常情况，并采取有效措施，防止事故的扩大。另一方面，对长期存在设备缺陷，而且反复发生的，得不到有效解决的，就必须进行技改，以确保设备正常运行。我厂通过改善疏水、优化参数和运行方式都各种方法，有效地提高了轴封系统的安全性和稳定性。