机组保温对振动的影响

【摘 要】乌鲁木齐环鹏公司后峡电厂地处南天山深处，一期工程安装武汉汽轮机厂制造的25MW纯凝汽轮发电机组两台，组成两台机组的小孤网为公司电炉供电，负荷波动大、变动频繁；#2机组在1999年安装投运，2002年首次大修，2003年4月出现二瓦振动超标的现象，检修轴瓦未发现异常，开缸检查发现后汽封套严重磨损，汽封环内堆积的磨下物碰磨转子造成二瓦振动超标，2003年更换后汽封套，在2005年大修开缸检查，磨损现象依然存在，再次更换后汽封套，同时更换全部汽缸保温，在2008年大修开缸检查后汽封套完好。

【关键词】真空；循环水；汽封；碰磨

后峡电厂一期2×25MW汽轮发电机组为武汉汽轮机厂生产的中温、中压凝汽式机组，#1、#2机组分别在1998年10月和1999年1月投产发电，在2002年进行了首次大修，大修中开缸检查机组，除发现机组叶片结盐垢外，未发现其他异常，大修后机组的各项运行指标正常，轴瓦的振动在0.02mm左右。但是运行到2003年的4月，机组在运行中出现二瓦垂直振动数值波动的现象，振动在0.02～0.055mm间波动，变化的速率较大，初期波动与轴封供汽压力、温度及油温有关联，主要表现是调整供汽封参数及油温均引起振动变化，参数稳定时二瓦的垂直振动也相对稳定，这种状况持续约一周左右后，振动波动的频次有所增大，波动开始呈现无规律性，调整机组的真空、循环水压力、温度及轴封供汽、油温等参数均无明显的变化，振动数值逐步增大；机组被迫停运，检查轴瓦未发现异常；再次启动机组后振动状况有所恶化，振动超标的时间段增长，波动更加频繁；请厂家技术人员及疆内振动分析专家对机组的状况进行观察、分析，在后座架及前箱均架表进行了观察，专家怀疑机组有碰磨的现象，提出开缸检查机组；汽缸揭开后，发现汽缸后轴封处堆积有许多轴封套磨损后的铁屑，这些磨下物堆积后成团，填补了轴封套与汽封环的间隙，继续切割后轴封套，堆积物越来越大，最终造成轴封套沿径向磨损约15mm，专家们对碰磨现象进行了分析，对碰磨的始因持两种观点，一种认为是碰磨起始于径向，怀疑是在大修的过程中对汽封间隙控制不良，或者是汽封管道有杂质未吹扫干净，修后运行中不断的积累磨损物，最终导致磨下物成长变大，直接与轴套相碰引起振动的无规律变化，这种观点认为碰磨主要是由径向的磨损开始的；第二种观点认为碰磨的起始于轴向，这与电厂负荷变化过大有直接的关系，因负荷经常大幅度的波动，汽缸温度变化较大，二瓦自身的振动偏高，碰磨到轴套，逐步恶化，这种观点强调负荷变动大，振动大造成碰磨；针对两种观点，专家未形成共识，但都提出了一些合理化建议，首先是针对后汽缸运行中座架存在间隙的现象，对排汽缸接颈重新进行了对接工作，将循环水管道全部割断释放了管道应力，对机组的汽封管路重新进行吹扫，并对供汽封系统进行了改造。汽封供汽系统改造前，前、后汽封共用一根供汽管，在机组启动或低负荷段后气封供汽温度是可控的，但是到高负荷段，后气封可能存在温度偏高的现象，部分专家认为此点与后轴封的磨损有直接关系，对汽封进行如图改造，将前、后汽封分别接均压箱，改造减温水喷管，并在后汽封供汽管加装了温度计；检修中将循环水进、出管道及排汽接颈割断在自由状态下进行了对接；更换了磨损的后轴封套，机组修后投入运行，二瓦的振动正常，按专家建议，运行中严格控制后轴封的供汽温度，减少了机组启停的次数，机组带固定负荷；但在2004年6月的小修中进入排汽缸，在后轴封处发现仍有磨损吹出的铁屑，机组后轴封碰磨的现象依然存在。

2005年的4月机组按计划进行大修工作，揭开汽缸后发现机组通流面集结盐垢的现象与前期检查相似，机组后轴封套磨损的情况与2003年发现时的情况相似，磨下物未堆积成团，所以在2003年更换后轴封套后，后轴封仍在磨损，但未发生二瓦振动持续增大的现象；再次请厂家及疆内专家分析，意见集中在特殊的负荷条件上，认为负荷变动大造成了轴封套的磨损，建议在下次大修中更换铜质汽封环，以及采取配重进一步降低二瓦振动水平等措施；大修中再次更换了磨损的轴封套，清理了通流面集结的盐垢，对汽缸的保温做了整体更换，修后机组继续按专家要求，控制负荷变动及启停次数，该大修期内机组的振动未见异常。

2008年2#机组按计划再次进行常规大修，机组揭缸后，通流面集结盐垢的状况与以往检查情况相似，但后轴封套型线完整，未发现碰磨的痕迹，与机组首次检查检修的情况相似。分析、对比机组在2005-2008年间运行状况，查找引起后轴封套碰磨的真正原因；机组自投运以来使用软化水系统做补给水，通流面结垢的现象一直存在；负荷变动状况自2003年后就明显改善，近年负荷条件基本类似；机组自2003年到2005年更换2个后轴封套，期间采取了各种措施，但碰磨现象依然存在，但在2005至2008年间，运行状况相似，但轴封套未发现磨损，唯一不同是在2005年大修时更换了汽缸的保温，因为一期系统采用软化水做为系统补水，通流面集结盐垢的现象很突出，盐垢主要成分是可溶于水的Na+形成的盐，故采用凝结水泡洗的方法，很容易消除盐垢，但是对汽缸的下保温损害很大，每次在泡洗后，下汽缸抽汽口法兰均有不同程度的泄漏，在处理这类缺陷的时候，破坏了汽缸保温的整体性，保温脱壳，分层的现象很严重；在2005年至2008年间也泡洗过通流面，但汽缸整体保温情况较前还是有明显不同，也正因为在2008年大修后汽缸保温破坏后，在2009年的秋末入冬时，机组的二瓦振动有所上升，结合前期的经验，对汽缸的下部保温进行了加强，二瓦的振动恢复至正常水平。在2010年后峡电厂二期技改后，补水系统改用除盐水做补给水，汽轮机组通流面集结盐垢的现象明显改观，只需在A级检修时略做清理，就可满足工艺要求，不再实施通流面的泡洗工作，对汽缸保温的不良影响消除，后轴封套磨损的现象大大降低，偶尔发生负荷大幅波动，振动发生变化的现象，变化的数值也在可接受的范围内。

总结近年处理2#机组后轴封套碰磨损伤的经验，认为机组后轴封碰磨是多种因素共同作用引起的，其中有负荷变化频繁，变化幅值大的影响，也有轴封供汽长期超标的影响，但最主要的还是汽缸保温不良的影响；因25MW机组较小，仅在汽缸的第二压力级处装有上、下缸温度测点，此处汽缸保温本身较厚，运行中未能反映汽缸上下温差的真实情况，在后期大修中逐个在汽缸的后部加装了上下缸温度测点，在运行中要求重点注意上下缸温度差。

厂家说明书对上、下缸温差有明确的要求，过大的上、下缸及内外壁温差可能导致汽缸“猫拱背”，引起汽轮机动静部分碰磨，诱发机组振动甚至造成大轴的弯曲等恶果，行业规范“防止电力生产重大事故的二十五项重点要求”中也有明确的要求，上下缸温差大的主要因素有：保温不良、疏水倒串和汽缸进水、进冷气等因素引起。后峡电厂发生的二瓦异常振动，就是碰磨诱发的，由于汽缸温度测点偏前部，未真实反映缸温差，加之对此参数不重视，影响了分析处理的过程，根据传热学的理论，汽轮机的散热量与汽缸的保温厚度成反比，上、下缸保温厚度相差过大势必影响汽缸温差，温差控制不良造成动静碰磨，从而引发异常振动，如不及时处理将造成更大的损害。

本文所述的小机组保温不良，造成的后汽封套的磨损，从而引起二瓦的不正常振动，在后峡电厂的多个机组都有所反映，这与后峡山区特殊的环境温度，以及自备电厂特殊的负荷特性有一定的关系，机组安装的地区不同，以及负荷特性不同，可能影响的程度不同；但许多实例证明，保温不良或厚度不合理，不但影响机组的正常启动，而且影响机组运行中的振动指标，不及时采取控制措施，极易造成设备的损坏。