350MW核电机组轴封供汽系统问题分析及优化建议_周树森.pdf

科技视界Science&Technology VisionDOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2022.31.17350MW 核电机组轴封供汽系统问题分析及优化建议周树森（中核核电运行管理有限公司，浙江 嘉兴314300）【摘要】本 文 简 要 介 绍 了 秦 山 一 期350MW机 组 轴 封 供 汽 系 统 的 工 作 原 理 及 运 行 现 状，在 此 基 础 上 总 结 了 机 组 轴封 供汽 系统 现 存 问题，重 点对机 组 运行 中多 次 出现 的 高压 缸 前轴 封 漏 汽 缺陷 进 行 了 原 因分 析 并 提 出 解 决 思 路，提 出 优化 轴封 系统 管 道 改造 建 议，以提 高 轴封 供 汽 系统 运 行 的稳 定性 和 可靠 性，保障 机 组 安 全运 行。【关 键词】汽 轮机；轴 封系统；漏 汽0引言汽轮机轴封系统作用于汽轮机动静部件的结合部，利用蒸汽在汽缸端部与外界大气压之间形成隔离，在汽机运行时，一方面封住空气避免其流入汽轮机高真空的低压缸，另一方面防止高中压缸的高温蒸汽漏到大气中造成工质浪费。轴封系统是汽轮机安全经济运行不可缺少的重要组成部分，轴封系统在汽轮机运行中起着重要的作用，一个完善的轴封系统既要防止级间、端汽封漏汽；又要避免动静碰磨1。当轴封中蒸汽外漏时，不仅造成工质损失使机组功率下降，还容易使润滑油中混合水分，影响润滑油的品质，使轴承乌金熔化造成严重事故。如果空气漏入汽轮机低压缸时会使汽轮机处于低真空下工作，同样会影响汽轮机的经济性与安全性。如何通过系统改造和运行优化加强轴封系统的可靠性和稳定性，从而保障机组安全、经济、高效运行，就显得尤为重要。本文通过梳理总结秦山一期 1 号机组轴封供汽系统现存问题，进行原因分析并提出改造建议，以提高轴封供汽系统运行的稳定性和可靠性，保障机组安全运行。1秦山一期1号机组轴封系统简介1.1轴封系统简介秦山一期 1 号机组轴封系统的供汽来自主蒸汽母管的新蒸汽，经手动减压阀、气动供汽调节阀节流后进入供汽母管，从供汽母管分两路，一路经蒸汽滤网进入轴封体腔室，另一路作为溢流管线，如果供汽母管压力偏高，则气动溢流阀自动打开，将过量蒸汽排放至凝汽器。从高压缸和低压缸漏出的密封蒸汽由轴封加热器的轴加风机全部抽出。同时，轴封加热器也使得主汽阀、调节阀和再热汽阀的阀杆部分维持微真空。轴封加热器配备两台排风机，正常工作时，一台运行，一台备用。排风机进出口装有蝶阀，可调节真空的高低。1.2轴封部件简介秦山一期 1 号机组核电汽轮机为原上海汽轮机厂通过引进美国西屋公司技术设计制造的国内首台核电汽作 者 简介：周 树森，本 科，工 程 师，研究方 向为 核 电站 运 行领 域。核电之窗064Science&Technology Vision科技视界轮机组。2018 年秦山一期 1 号机组 118 大修期间，实施了汽轮发电机组通流及提效增容改造，功率由原设计额定铭牌功率 310MWe 提升至 TMCR（最大连续功率）工况 350MWe。轴封结构由原迷宫式轴封改进为迷宫加蜂窝组合形式的轴封，以降低轴封漏汽，提高轴封效果。蜂窝式轴封具有可磨损的优点，有很好的安全性。同时具有良好的除湿效果，对蒸汽参数相对偏低的核电汽轮机组有较好的适用性2。2轴封系统存在的问题2.1高压缸前轴封漏汽自 2018 年秦山一期 1 号机组 118 大修实施汽轮发电机组通流及提效增容改造后至今，汽轮机已在 C19 和C20 连续两个循环中出现高压缸前轴封漏汽情况。汽轮机轴封漏汽现象是发电企业中较为普遍的问题，汽轮机运行时，其轴封供汽系统功能是否合理发挥作用，直接影响机组的综合指标，尤其对机组的调速系统、保护系统及润滑系统的安全、稳定运行起着至关重要的作用3。轴封漏汽会导致润滑油油质劣化、元件锈蚀，威胁机组安全。2.2轴封供汽母管压力无法自动调节秦山一期 1 号机组汽轮机轴封供汽系统调节阀自投运以来，一直未实现其自动控制功能，实际运行中采用电动旁路阀手动控制轴封压力，所配的轴封供汽气动调节阀及溢流阀长期未得到使用。轴封供汽调节阀仅在机组启停时调节阀门开度，机组满负荷运行时，阀门开度不进行调整轴封溢流调节阀则保持全关。采用手动调节旁路阀开度的控制方式，存在发生误动作导致汽轮机轴封供汽母管超压或失压的风险。当甩负荷动作时，由于汽轮机进汽瞬时失去，导致高压缸轴封返流失去，轴封供汽母管去低压缸用汽量增加，如果未能及时调节，会导致低压缸轴封供汽不足，影响机组真空。2.3高压缸轴封供汽压力无法手动调低高压缸前轴封漏汽缺陷出现后，在分析该缺陷成因时发现以下现象：当轴封供汽母管压力在 0.024Mpa 时，高压缸轴封供汽压力在 0.06Mpa 左右，明显高于设计值 0.0170.031Mpa。轴封系统无法实现自动溢流排放功能，导致多余的蒸汽通过高压缸前轴封泄露。由于溢流旁路阀在机组运行中并无历史操作记录，对其行程、开度以及对轴封母管压力的影响没有操作经验，运行通过手动调节开高压缸轴封供汽管疏水阀、轴封供汽总管疏水阀，来降低高压缸轴封供汽压力，以减少漏汽，但是效果并不理想。3轴封系统的优化建议轴封是一种高度定制的密封产品，其使用效果受设计、安装、调整、运行等多方面因素的影响。虽然安装时较大的轴封间隙可能会造成密封不严导致轴封漏汽，但是也不能一味地强调减小汽轴封间隙，这可能导致汽轮机在启停过程中轴封齿的较大磨损（这种磨损是永久的、不可恢复的损伤），导致轴封实际运行性能下降，情况严重时，还可能导致汽轮机启动困难甚至造成汽轮机轴的损伤4。因此，电厂在确定轴封安装间隙时，应当根据机组的运行水平、振动情况来合理地选择轴封安装间隙。与此同时，也应该从整个轴封系统的宏观层面着手，对系统内的各个设备、阀门、管道的运行状况进行把控，以使得整个轴封系统能够安全稳定运行，并在此基础上使得机组的效益最大化。基于此，笔者对秦山一期 1 号机组轴封系统的优化建议具体如下：3.1优化轴封系统管道由于轴封管道使用年限较长，存在老化、堵塞、疏水不畅的可能，另外，高压排汽为湿蒸汽且经过轴封减压后含湿量更高，可能导致凝结的疏水聚集在管道底部，影响管道内蒸汽的正常流动，从而导致过高的高压缸轴封供汽无法通过疏水阀得到释放。核电之窗065科技视界Science&Technology Vision因此，建议梳理并优化轴封供汽母管、高压供汽管道、汽封疏水管道等相关管径及现场布置，对可能引起积水的弯道进行重新改造，使得轴封供汽系统各蒸汽、疏水管道够顺畅流动，以增大轴封供汽系统管道通流能力，减小高负荷时高压缸轴封高压，减缓高压缸轴封端部冒汽的情况，避免由于汽、水管道堵塞而引起的轴封漏汽。3.2轴封供汽阀、溢流阀优化3.2.1实现自动调节功能由于供汽阀和溢流阀自动调节功能不完善，实际运行中通过手动调节供汽阀旁路阀来控制轴封供汽母管压力，该方式增加了运行操作负担，且引入了操作风险。而轴封溢流阀的长期关闭也使得高压缸轴封漏汽现象出现时，运行操作处理起来更加被动。因此建议在原设计基础上对轴封供汽阀、溢流阀及其控制系统进行优化，实现其自动调节轴封母管压力的功能。可以在轴封供汽调节阀前设置一道减压阀，对来自主蒸汽管道的新蒸汽进行初步降压，以使后面的轴封供汽调节阀前后压差减小，处于良好的工作条件。3.2.2调整轴封溢流阀位置及溢流去向原设计汽封溢流阀接在供汽调节阀出口的三通处，该三通的另一端接至轴封供汽母管。这样的布置造成当高压缸轴封压力过高需要通过溢流阀排放时，低压缸轴封供汽的压力也受到影响。建议轴封溢流阀接入位置改在高压缸轴封供汽总管上，这样当高压轴封压力升高时，可以通过轴封溢流阀排放，不影响低压缸轴封供汽。另外，将溢流阀排汽由原引至凝汽器更改为引至轴封加热器，在轴封溢流时不影响凝汽器真空，同时回收溢流蒸汽的热量以加热凝结水。3.3装设轴封漏汽后缓解设施即便采取了以上种种措施，由于设计、安装、调整、运行等各方面存在的问题，轴封漏汽的情况依然还有可能发生。而一旦发生轴封漏汽，彻底处理需要停机揭缸，成本极大。一般采取在漏汽点设置轴流风机进行吹扫或吸气等临时性措施。这些临时性措施实施起来不仅效果无法保证，而且在汽轮机运转的同时，在漏汽附近作业，有着极大的工业风险和安全隐患。因此建议采用在油挡处增加压空或抽汽管道的措施。可将该管道与压缩空气管道接通，依次接装压力表和手动截止阀，起到油、汽隔离的作用。运行时保证送入的压缩空气清洁干燥，并手动调整截止阀，使送气压力维持在合适范围内，起到密封作用，以阻碍轴封汽外漏并且避免其泄漏进轴承箱，影响润滑油品质。4结语本文通过对秦山一期 1 号机组轴封系统的介绍及历史缺陷的回顾，分析了轴封系统存在的主要问题，针对这些问题提出了合理化的改进措施，特别对轴封系统的漏汽问题进行了分析，并提供了长期和短期的应对建议，为秦山一期 1 号机组的轴封系统优化的顺利实施和机组的安全稳定运行提供了支持。【参考文献】1马明泽.CP300核电厂二回路系统/设备及运行，北京：中国原子能出版传媒有限公司，2011：130-131.2中核核电运行管理有限公司.Q11-BTSS-MNCMMM-003080002汽轮机说明书-本体结构说明书.嘉兴：中和核电运行管理有限公司，2018：15-16.3方四明.CC25-9.32/1.270.18型汽轮机轴封漏汽系统的改进汽轮机技术，1997，39（3）：183-184.4王沛沛.600MW超临界机组汽轮机汽轴封节能改造研究，2017：6-7.核电之窗066