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熱電廠1#汽輪機組前軸瓦溫度超標分析及對策
2013-05-08
馮松巖 劉濤 馮起龍
（大慶石化公司）
摘 要：文章通過分析25MW抽汽背壓式汽輪發電機組軸瓦溫度超標影響因素，避免和預防了汽輪機組軸瓦燒損事故的發生，確保了汽輪發電機組的安全、平穩、長周期、滿負荷運行。 （大慶石化公司）
關鍵詞：熱電廠；汽輪機組；軸瓦；溫差超標；揚度
1 概述
大慶石化公司熱電廠1#汽輪機組是杭州汽輪機廠引進德國西門子公司威塞爾廠三系列工業汽輪機制造專利技術生產的單缸反動式單級調整抽汽背壓式機組，型號EHNG50/63/0，于1987年5月投產。機組額定功率25MW，進汽壓力9.0±0.5MPa，溫度535+5-15℃；中壓調整抽汽壓力3.9～4.4MPa，溫度410+30-20℃，供化工及化肥生產用汽；背壓排汽壓力0.12～0.25MPa，溫度104±10℃，供化工生產用汽及低壓廠用蒸汽。該機組自安裝投產以來，由于系統在設計上不能適應運行要求，前軸瓦經常出現鎢金脫落、瓦溫超標等問題，安全可靠性差。20余年的運行情況表明，該機組連續運行2～4個月，前軸瓦鎢金即脫落、磨損，襯瓦溫度居高不下，經常達90℃以上（標準≤85℃），嚴重制約機組大負荷長周期安全運行，無法滿足化工及化肥生產用汽的需要，且機組每年均需更換2～3付軸瓦，檢修維護量及備件費用較大。對1#機組前軸瓦溫度超標進行完善深入的技術分析，采取有效對策以滿足機組安全運行需要具有重要意義。
2 技術分析
1#機組前軸瓦溫度超標問題一直是制約機組安全運行的瓶頸，機組啟、停期間通過合像水平儀監測，發現前軸瓦在冷、熱態揚度不一致，偏離原來調整好的狀態，造成熱態時下瓦接觸面積不足（從磨痕也可看出），影響油膜形成，導致瓦溫超標。因此，解決前軸瓦溫度超標問題的關鍵是在機組冷、熱不同狀態下，如何保持軸瓦揚度不變，也就是若揚度得到控制，軸瓦的溫度就能恢復正常。
2.1 揚度分析
機組在沖轉或加減負荷過程中，用合像水平儀監測軸承箱、座架揚度變化，結果是同步同向整體變化，表明引起前軸瓦揚度變化的根源是座架。此前，我們考慮消除座架松動就可控制揚度，但座架經加固、無可見松動后，揚度依然隨負荷變化，可見，還存在其他影響因素需要我們進一步分析。
我們從座架著手分析，其結構特點是前空后實，前端散熱快，后端散熱慢，加之后端貼近熱源，溫度是前低后高。由此推斷在溫差作用下，后端膨脹大而前端小，因此產生脹差，進而形成揚度。下面根據現場實測溫度通過計算驗證溫差對揚度的影響程度。
2.2 脹差計算
已知：
計算結果說明在此工況下，產生了0.482mm（格）的揚度，表明即使座架不松動也能產生揚度。
2.3 影響因素分析
前軸瓦寬度：135mm
前軸瓦底部前張口間隙=135÷1000×0.482=0.06507mm=6.507道
從計算結果可看出，軸瓦底部與軸頸出現了沿軸向的楔形間隙，即在135mm的長度上出現了6.507道揚度，超過了允許偏差限值。
揚度產生的根本原因是座架溫差，消除溫差就能控制軸瓦的揚度。座架在溫差作用下自身產生了揚度，軸瓦與其同步變化，揚度增大，瓦的接觸面積減小，泄油量增加，油膜隨之惡化，局部干摩擦導致瓦溫升高直至超標。
如果一個觀點可以解釋目前發生的現象，還可以在其他相同部位得到印證，下面舉例說明。
2.3.1 軸瓦溫度隨負荷變化。我們知道，一個負荷對應一定的進汽量，一定的進汽量對應一個汽缸溫度，一個汽缸溫度對應一個座架脹差（H-h），一個脹差對應一個揚度，一個揚度對應一個軸瓦溫度，這樣就形成一個信號傳遞鏈：
加負荷→進汽量增加→汽缸溫度升高→座架脹差大→揚度增大→軸瓦接觸面積減少→軸瓦溫度升高
即：加負荷→軸瓦溫度升高（減負荷變化相反）
軸瓦溫度隨負荷變化是我們看到的表象，其本質是汽缸溫度通過貓爪和立銷傳遞給座架產生足以影響瓦溫的揚度，前汽封漏汽助推了這一過程，使得這一現象更加嚴重，需要我們解決的是如何切斷熱量傳遞，使軸瓦的溫度擺脫負荷影響。
2.3.2 與其他機組比對。我們注意到前貓爪下隨溫度升高可以膨脹的座架高度有600mm，是其他機組的6倍，膨脹量也應是6倍。這說明座架的特殊結構決定了其對溫度的敏感程度大大高于其他機組，通過對比讓我們自然想到座架在結構上存在設計缺陷，對設計缺陷的處理超出了檢修范圍，必須對原有系統進行設計改進。
3 對策
基本思路是消除前座架溫差，使其不再產生揚度。我們采取以下改進措施：
（1）前座架基礎加固、重新澆筑。
（2）對前座架、下汽缸、軸系以發電機中心為基準整體找正。
（3）將前汽封、蒸汽室、轉鼓汽封、后汽封改造為密封性能良好的蜂窩汽封，減少汽封漏汽，增強前座架與前汽缸間散熱。
（4）保留原座架結構，球面墊圈改為平墊鐵，前貓爪加裝兩路冷卻水。
（5）如技術條件允許，前軸瓦改造為可傾瓦可抵消一部分揚度變化帶來的影響。
4 結語
2011年12月，1#機組進行大修改造后連續運行139天停機解體檢查前軸瓦完好，未出現燒瓦、鎢金磨損、裂紋、脫胎等缺陷或故障，運行負荷20MW、抽汽150t/h工況下，前軸瓦溫度78℃～80℃，滿足了整機安全、可靠、長周期運行要求，機組安全性將得到較大提高，消除了機組前軸瓦經常脫胎、磨損這一重大安全隱患，減少機組故障停機次數，其安全和長周期運行經濟效益可觀。
（1）保證了1#汽輪機組滿負荷運行，機組按年平均兩次發生軸瓦故障停機檢修計算，每年少發電20×7×24×2=672萬KW·h，少供汽150×7×24×2=50400t/h（不包括因軸瓦缺陷造成機組無法滿負荷運行所帶來的經濟損失）。
（2）能夠大大降低檢修維護量和勞動強度，每年節約檢修材料費用近10萬元。
（3）能夠延長機組檢修周期兩年以上。
參考文獻
[1] 汽輪機設備檢修技術[M].北京：水利電力出版社，1995.
來源：《中國高新技術企業》2013年第2期
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