熱電站汽輪機(jī)氣封及軸封漏氣系統(tǒng)改造

蘇少林

一、前言

廣石化自備熱電站現(xiàn)有兩臺(tái)背壓式汽輪機(jī)、一臺(tái)雙抽氣凝氣式汽輪機(jī)、一臺(tái)單抽氣凝氣式汽輪機(jī)，總裝機(jī)容量99MW，肩負(fù)著向全廠供電、供熱的重任。其中1號(hào)、2號(hào)背壓式汽輪機(jī)為外供中壓蒸汽的主力機(jī)組，目前運(yùn)行狀態(tài)為兩機(jī)同開，無備用，同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行外供中壓蒸汽。兩臺(tái)機(jī)組均系哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的B12-8.83/4.02型單缸、背壓沖動(dòng)式汽輪機(jī)，經(jīng)多年運(yùn)行和檢修，兩臺(tái)機(jī)組軸封系統(tǒng)都存在著以下缺陷：

（1）軸封漏氣系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)不合理，正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)外界蒸汽壓力高于軸封漏氣壓力，特別是1號(hào)、2號(hào)高壓加熱器的工作壓力均高于后一擋、前一擋漏氣壓力，造成前后軸封抽氣管內(nèi)蒸汽反流至軸封處，汽輪機(jī)軸封外漏氣量增大，影響現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，甚至漏入油箱引起潤(rùn)滑油乳化。同時(shí)降低了汽輪機(jī)有熱效率。

（2）因前后軸封漏氣量增大、壓力升高，在冬春余熱利用溴化鋰空調(diào)裝置停運(yùn)的情況下，排至前三后二擋漏氣母管的漏氣量除了被低壓除氧器用作加熱蒸汽外，還必須將大量漏氣進(jìn)行排空處理（約15t/h），不僅污染環(huán)境，還造成經(jīng)濟(jì)損失。

（3）前7、8級(jí)氣封的氣封體單薄、前后壓差大，氣封體在壓差作用下軸向變形嚴(yán)重，造成軸向碰摩，機(jī)組長(zhǎng)期振動(dòng)報(bào)警。

（4）氣封環(huán)的彈簧片大部分失效很快，氣封環(huán)與氣封體上的環(huán)槽經(jīng)?？?，無法正常退讓或彈出，級(jí)與級(jí)之間內(nèi)漏增大，機(jī)組效率降低，振動(dòng)增大，安全性差。

（5）氣封環(huán)銹蝕卡澀嚴(yán)重，大修時(shí)氣封環(huán)拆卸困難，影響施工進(jìn)度。

針對(duì)兩臺(tái)機(jī)組存在的問題，組織人員對(duì)TNQF型接觸式蜂窩氣封、布萊登（BRANDON）活動(dòng)氣封等比較先進(jìn)的氣封技術(shù)進(jìn)行調(diào)研。比較各家特點(diǎn)后，選用了TNQF型接觸式蜂窩氣封，對(duì)1號(hào)汽輪機(jī)高、中壓端部氣封進(jìn)行改造，同時(shí)對(duì)軸封漏氣系統(tǒng)管線流程改造，降低前7、8級(jí)氣封體的前后壓差，排除因壓差變形造成的動(dòng)靜軸向碰摩，消除運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)報(bào)警。

二、TNQF型接觸式蜂窩氣封

TNQF型接觸式蜂窩氣封是接觸技術(shù)和蜂窩技術(shù)的結(jié)合，綜合了接觸式氣封和蜂窩式氣封的優(yōu)點(diǎn)。

（1）TNQF氣封主體部分為接觸式氣封齒，即反Z形的分段石墨環(huán)（圖1），材料為非金屬石墨，可以耐溫700℃，耐磨蝕性好，具有自潤(rùn)滑性能，不易磨損軸徑。初安裝時(shí)與軸直接接觸，并有一定彈簧力預(yù)緊在軸徑上，石墨環(huán)次前弧與沉槽背弧有0.3～0.5mm間隙。當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行較短一段時(shí)間后，石墨環(huán)逐漸磨損并被小彈簧慢慢推出，直至石墨環(huán)次前弧與沉槽背弧接觸，此時(shí)石墨環(huán)不會(huì)再被推出，石墨環(huán)與軸之間的間隙值隨磨損至振動(dòng)值后，便保持為軸振動(dòng)值而不再磨損增大。軸振越小，間隙就越小，節(jié)流效果就越好。這正是TNQF型氣封的核心效果。

（2）TNQF氣封密封性能好，還在于其在梳齒間的環(huán)形腔室加焊了蜂窩帶，蜂窩帶的節(jié)流作用可大大降低漏氣流速，節(jié)流效果比普通梳齒顯著提高。實(shí)踐表明，在相同間隙下比梳齒式氣封平均減少泄漏損失50%～70%。

（3）TNQF氣封低齒部位加入蜂窩帶，利用蜂窩網(wǎng)對(duì)氣流產(chǎn)生摩擦阻尼效應(yīng)，能有效阻止氣流的周向和軸向運(yùn)動(dòng)，抑止轉(zhuǎn)子的氣流激振，使汽輪機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。

（4）由于蜂窩氣封的特殊結(jié)構(gòu)，其蜂窩帶中的蜂窩網(wǎng)對(duì)氣流中的水分具有吸附作用，被吸附的水分將沿蜂窩背后的排水槽排到下缸疏水孔中，達(dá)到吸濕除濕效果。有效地保護(hù)動(dòng)葉片免受濕蒸汽沖刷，減少葉片水蝕。

（5）保留高齒部位，有節(jié)流密封作用，而氣流經(jīng)節(jié)流降壓后進(jìn)入蜂窩區(qū)進(jìn)一步加大密封效果，兩種密封技術(shù)綜合應(yīng)用，密封效果較佳。

三、氣封改造的實(shí)施

（1）更換汽輪機(jī)前后氣封體，使用材料較好的氣封體、氣封圈、氣封彈簧，減少兩者的腐蝕卡澀。氣封圈加厚，可減少熱變形卡澀。

（2）前后軸封Z外各3圈氣封環(huán)，采用TNQF型接觸式蜂窩氣封，與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子間隙極小，起到極為優(yōu)秀的控制外漏作用，避免了余熱浪費(fèi)和油箱進(jìn)水問題。

四、完善軸封漏氣系統(tǒng)

為了更好配合1號(hào)汽輪機(jī)氣封改造，充分利用漏氣熱值、減少熱源損失、提高機(jī)組效率，將機(jī)組的漏氣系統(tǒng)管線進(jìn)行了完善（圖2），并相應(yīng)調(diào)整了回?zé)嵯到y(tǒng)的工藝運(yùn)行方式，主要完善內(nèi)容如下：

（1）將前一擋漏氣至2號(hào)高加改為進(jìn)1號(hào)高加氣源，降低前一擋漏氣的外界蒸汽壓力。

（2）增加后一擋漏氣至軸封?氣器，取代1MPa工作蒸汽。

（3）在后一檔漏氣與前?擋漏氣之間加裝聯(lián)絡(luò)閥，將后一擋漏氣作為高壓除氧器部分加熱蒸汽。

（4）增加前三后二擋漏氣至排疏水?dāng)U容器，在廢熱利用溴化鋰空調(diào)裝置停運(yùn)時(shí)，用來加熱高品質(zhì)疏水溫度。

五、改造效果

（1）改造后，第7、8級(jí)氣封的氣封體前后壓差，從原來的3.2MPa降低到1.6MPa。運(yùn)行時(shí)氣封體軸向變形明顯減小，氣封與軸頸軸向碰摩消除，機(jī)組振動(dòng)恢復(fù)到正常值，顯著提高了機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。啟停性能明顯改善，改造后的機(jī)組大修均能一次啟動(dòng)成功，再未發(fā)生氣封部分軸向摩擦。

（2）氣封改造后，前后軸封外漏氣明顯減少，徹底解決蒸汽漏入油箱乳化潤(rùn)滑油等污染問題。

（3）減少了汽輪機(jī)的漏氣損失，機(jī)組效率提高。機(jī)組的熱耗降低1443.3kJ/kW·h，按年運(yùn)行8760h，每年可多發(fā)電1000MW。

（4）軸封漏氣系統(tǒng)經(jīng)過改造后，兩臺(tái)高加的運(yùn)行進(jìn)行了相應(yīng)的工藝調(diào)整，將前一擋軸封漏氣改供1號(hào)高加作加熱蒸汽，后一擋漏氣除了供軸封抽氣器作為工作蒸汽外，同時(shí)供1號(hào)高加作加熱蒸汽。經(jīng)調(diào)整后，在關(guān)閉前三后二擋漏氣母管的兩側(cè)排空閥的情況下，1號(hào)高加的出水溫度相應(yīng)提高了2℃，不僅提高了回?zé)嵯到y(tǒng)的熱效率，還充分回收利用了漏氣的熱值。據(jù)以前系統(tǒng)運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，前三后二擋漏氣（0.17MPa、280℃）約有15t/h的排空量，經(jīng)改造后得到充分利用，按年運(yùn)行8760h，在除去溴化鋰有一半利用時(shí)間外，每年可節(jié)約原煤6000t。

來源：《設(shè)備管理與維修》