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铠装热电偶

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超超临界660MW机组铠装热电偶故障引起汽轮机振动大分析处理

来源:www.wqhhs.com作者:发表时间:2019-09-29 16:02:11

    摘要:超超临界机组通常配置铠装热电偶,以解决热态、极热态启动及停机过程中轴封温度偏低,导致轴封蒸汽温度与转子温度不匹配,进而影响机组安全运行的问题。本文介绍某660MW机组铠装热电偶故障引起的汽轮机振动大的异常分析和处理经过,为其他大型超超临界机组防范此类异常提供借鉴。

    1 设备概况
    某发电公司 #2 机组是新建的 660MW 机组,汽轮机为 东 方 汽 轮 机 有 限 责 任 公 司 制 造, 型 号 为 CJK660/609-28/0.4/600/620,型式为高效超超临界、一次中间再热、单轴、三缸二排汽、间接空冷抽汽凝汽式汽轮机。本机组所有汽封均为金属迷宫式结构,轴封系统正常运行时为自密封方式,启停或事故情况下由辅助蒸汽提供汽源。由于辅助蒸汽温度无法满足机组热态、极热态状态下对轴封供汽温度的要求(371 ~ 440℃),为避免轴封段金属和蒸汽温度偏差大造成热应力过大,影响转子寿命和造成膨胀不均产生动静碰摩,该机组配置铠装热电偶以满足轴封供汽要求,#2 汽轮机轴封系统如图 1 所示。

 

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    2 铠装热电偶介绍
    铠装热电偶主要用于加热轴封供汽,以满足汽轮机各工况下轴封供汽温度的要求。装置能根据蒸汽流向和温度自动启、停并配置恒温控制和连锁安全保护等功能。铠装热电偶系统图如图 2 所示,整个系统设备集成在电加热器模块中。

    铠装热电偶有以下几种运行工况:
   (1)机组冷态到热态阶段(电加热器不通电):汽流方向 A → B,主管道止回阀关闭,电加热器支管止回阀打开,汽流通过电加热器支管供汽。

 

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   (2)热态阶段工况 1(电加热器通电):汽流方向B → A, 差压变送器判断流向为反向流动,并发信号给电加热器将出口温度设定值变为 320℃;主管道止回阀开启,电加热器支管止回阀关闭;刚开始汽流温度低于 440℃,随着机组负荷升高,温度逐渐升高,最终将超过 440℃;此工况下电加热器不加热,保持备用状态。当漏汽温度超过440℃,通过孔板作用将电加热器腔室温度通过孔板控制在440℃左右。

   (3)热态阶段工况 2(电加热器通电):汽流方向A → B, 差压变送器判断流向为正向流动,将电加热器出口温度设定值变为 440℃,主管道止回阀关闭,电加热器支管止回阀打开,320℃汽流通过电加热器支管供汽。轴封电加热器在处于热备用(440℃)的情况下,转到工作状态,并迅速达到出口温度 440℃。

    3 故障经过
    2019 年 3 月 4 日,#2 机 组 调 试 阶 段 按 计 划 停 机,22:00 机组打闸解列。
    2019 年 3 月 5 日 11:32,#2 机 高 压 缸 内 壁 金 属 温 度486℃,锅炉点火,机组准备启动;
    15:40 主蒸汽压力 8.8MPa,主蒸汽温度 532℃,汽机开始冲转;
    16:25#2 机组转速 1500rpm,2 瓦轴振升至 136μm,2 瓦处就地有明显摩擦声,手动打闸停机;停机过程中 2 瓦轴振最大 238μm。就地检查 2 瓦处有明显摩擦声。检查轴封电加热器及相关疏水管道、阀门,发现轴封电加热器出口温度显示 690℃,但是就地测量高、中压前轴封供汽温度只有 263℃。

 

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    4 原因分析
   (1)#2 机 组 冲 转 后 2 瓦 轴 振 大, 停 机 过 程 中 最 大238μm。就地检查 2 瓦处有明显摩擦声。此时高压缸内壁金属温度 498℃,检查发现铠装热电偶出口温度显示 690℃,但是就地测量高、中压前轴封供汽温度只有263℃,与轴封段金属温度偏差过大,造成该处动静摩擦机组振动增大。

   (2)汽轮机轴封系统用于动、静间隙的密封防止高压蒸汽泄漏和负压区空气漏入,超超临界组轴封结构间隙小、热态时金属温度高,对轴封供汽温度限制比较严,而轴封系统供汽汽源只有辅助蒸汽,辅汽温度为 250 ~ 300℃,在热态启停机时必须依靠铠装热电偶加热轴封供汽,以保证轴封汽温与转子温度相匹配,因此铠装热电偶一旦出现故障很容易造成轴封供汽温度与转子温度不匹配,轴封段发生动静摩擦,严重时造成轴封抱轴甚至大轴弯曲等严重事故。

   (3)通过对铠装热电偶结构分析,怀疑主管道止回阀故障未起到逆止作用,这样辅汽供轴封蒸汽大量被旁路,导致铠装热电偶过流量小温度高而且加热器后供高、中压前轴封蒸汽温度低。于是停机后对铠装热电偶解体,发现主管道止回阀门轴断裂、门板脱落(如图 4所示),符合之前所做的判断。也证实 #2 机组启动时振动大原因为高温轴封段供汽温度与金属温度不匹配,轴封段动静摩擦造成机组振动大。

    5 处理及防范措施
    铠装热电偶对保证超超临界机组热态和极热态安全启停非常重要,由于 #2 机组轴封电加热器主管道止回阀门轴断裂,造成轴封供汽温度低、汽轮机振动大停机,直接中断调试工作进展,这样严重威胁机组安全,同时造成大量人力、物力浪费,滞后了工程建设时间,所以必须要消除影响轴封系统安全运行的各种因素,制定有力的措施,杜绝异常情况发生。

 

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    (1)全面排查轴封系统同类型阀门,修复铠装热电偶主管道止回阀。
    (2)现场增设高、中压缸前轴封供汽温度测点,便于运行人员准确掌握轴封供汽实际温度和铠装热电偶工作情况。
    (3)联系制造厂家,分析铠装热电偶主管道止回阀门轴断裂原因,立即对其他机组同类型逆止门重新选型、更换,确保逆止门可靠,坚决杜绝发生同类事件。
    (4)机组热态启动时,先投轴封后抽真空。以免汽轮机转子受到骤冷,高、中压缸轴封供汽温度与汽缸转子金属温度差值不大于规定。
    (5)在热态、极热态启停阶段保证铠装热电偶投运正常并加强监视检查,维持高、中压缸前轴封供汽温度与缸温相差符合要求。
    (6)机组正常运行时,轴封供汽进入自密封状态,将铠装热电偶后疏水阀保持常开,电加热器内处于热暖状态,保证发生异常状况需要辅助蒸汽供轴封时温度满足要求。
    (7)将铠装热电偶电源从厂用汽机段改接至保安段,提高其工作的可靠性。
    (8)机组运行时保持辅汽压力大于 0.55MPa,维持高中压轴封母管压力 30KPa ~ 40KPa。

    #2 机组铠装热电偶主管道止回阀门轴修复后,于 3 月 6 日 11:00 #2 机组再次启动,检查高、中压前轴封供汽温度达到 400℃,汽轮机冲转、暖机、定速过程中振动正常。

    6 结论
    超超临界汽轮机组对轴封供汽温度要求较高,铠装热电偶的工作性能直接关系到汽轮机能否安全、可靠运行,必须在机组启停过程中重点监视,设备维护中认真检查,防止因其故障造成轴封供汽温度与转子温度不匹配而引起汽轮机组振动增大、甚至发生轴封抱轴、大轴弯曲等事故的发生。