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鎧裝熱電偶

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超超臨界660MW機組鎧裝熱電偶故障引起汽輪機振動大分析處理

來源:www.kimmosasi.net作者:發表時間:2019-09-29 16:02:11

    摘要:超超臨界機組通常配置鎧裝熱電偶,以解決熱態、極熱態啟動及停機過程中軸封溫度偏低,導致軸封蒸汽溫度與轉子溫度不匹配,進而影響機組安全運行的問題。本文介紹某660MW機組鎧裝熱電偶故障引起的汽輪機振動大的異常分析和處理經過,為其他大型超超臨界機組防範此類異常提供借鑒。

    1 設備概況
    某發電公司 #2 機組是新建的 660MW 機組,汽輪機為 東 方 汽 輪 機 有 限 責 任 公 司 製 造, 型 號 為 CJK660/609-28/0.4/600/620,型式為高效超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸二排汽、間接空冷抽汽凝汽式汽輪機。本機組所有汽封均為金屬迷宮式結構,軸封係統正常運行時為自密封方式,啟停或事故情況下由輔助蒸汽提供汽源。由於輔助蒸汽溫度無法滿足機組熱態、極熱態狀態下對軸封供汽溫度的要求(371 ~ 440℃),為避免軸封段金屬和蒸汽溫度偏差大造成熱應力過大,影響轉子壽命和造成膨脹不均產生動靜碰摩,該機組配置鎧裝熱電偶以滿足軸封供汽要求,#2 汽輪機軸封係統如圖 1 所示。

 

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    2 鎧裝熱電偶介紹
    鎧裝熱電偶主要用於加熱軸封供汽,以滿足汽輪機各工況下軸封供汽溫度的要求。裝置能根據蒸汽流向和溫度自動啟、停並配置恒溫控製和連鎖安全保護等功能。鎧裝熱電偶係統圖如圖 2 所示,整個係統設備集成在電加熱器模塊中。

    鎧裝熱電偶有以下幾種運行工況:
   (1)機組冷態到熱態階段(電加熱器不通電):汽流方向 A → B,主管道止回閥關閉,電加熱器支管止回閥打開,汽流通過電加熱器支管供汽。

 

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   (2)熱態階段工況 1(電加熱器通電):汽流方向B → A, 差壓變送器判斷流向為反向流動,並發信號給電加熱器將出口溫度設定值變為 320℃;主管道止回閥開啟,電加熱器支管止回閥關閉;剛開始汽流溫度低於 440℃,隨著機組負荷升高,溫度逐漸升高,最終將超過 440℃;此工況下電加熱器不加熱,保持備用狀態。當漏汽溫度超過440℃,通過孔板作用將電加熱器腔室溫度通過孔板控製在440℃左右。

   (3)熱態階段工況 2(電加熱器通電):汽流方向A → B, 差壓變送器判斷流向為正向流動,將電加熱器出口溫度設定值變為 440℃,主管道止回閥關閉,電加熱器支管止回閥打開,320℃汽流通過電加熱器支管供汽。軸封電加熱器在處於熱備用(440℃)的情況下,轉到工作狀態,並迅速達到出口溫度 440℃。

    3 故障經過
    2019 年 3 月 4 日,#2 機 組 調 試 階 段 按 計 劃 停 機,22:00 機組打閘解列。
    2019 年 3 月 5 日 11:32,#2 機 高 壓 缸 內 壁 金 屬 溫 度486℃,鍋爐點火,機組準備啟動;
    15:40 主蒸汽壓力 8.8MPa,主蒸汽溫度 532℃,汽機開始衝轉;
    16:25#2 機組轉速 1500rpm,2 瓦軸振升至 136μm,2 瓦處就地有明顯摩擦聲,手動打閘停機;停機過程中 2 瓦軸振最大 238μm。就地檢查 2 瓦處有明顯摩擦聲。檢查軸封電加熱器及相關疏水管道、閥門,發現軸封電加熱器出口溫度顯示 690℃,但是就地測量高、中壓前軸封供汽溫度隻有 263℃。

 

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    4 原因分析
   (1)#2 機 組 衝 轉 後 2 瓦 軸 振 大, 停 機 過 程 中 最 大238μm。就地檢查 2 瓦處有明顯摩擦聲。此時高壓缸內壁金屬溫度 498℃,檢查發現鎧裝熱電偶出口溫度顯示 690℃,但是就地測量高、中壓前軸封供汽溫度隻有263℃,與軸封段金屬溫度偏差過大,造成該處動靜摩擦機組振動增大。

   (2)汽輪機軸封係統用於動、靜間隙的密封防止高壓蒸汽泄漏和負壓區空氣漏入,超超臨界組軸封結構間隙小、熱態時金屬溫度高,對軸封供汽溫度限製比較嚴,而軸封係統供汽汽源隻有輔助蒸汽,輔汽溫度為 250 ~ 300℃,在熱態啟停機時必須依靠鎧裝熱電偶加熱軸封供汽,以保證軸封汽溫與轉子溫度相匹配,因此鎧裝熱電偶一旦出現故障很容易造成軸封供汽溫度與轉子溫度不匹配,軸封段發生動靜摩擦,嚴重時造成軸封抱軸甚至大軸彎曲等嚴重事故。

   (3)通過對鎧裝熱電偶結構分析,懷疑主管道止回閥故障未起到逆止作用,這樣輔汽供軸封蒸汽大量被旁路,導致鎧裝熱電偶過流量小溫度高而且加熱器後供高、中壓前軸封蒸汽溫度低。於是停機後對鎧裝熱電偶解體,發現主管道止回閥門軸斷裂、門板脫落(如圖 4所示),符合之前所做的判斷。也證實 #2 機組啟動時振動大原因為高溫軸封段供汽溫度與金屬溫度不匹配,軸封段動靜摩擦造成機組振動大。

    5 處理及防範措施
    鎧裝熱電偶對保證超超臨界機組熱態和極熱態安全啟停非常重要,由於 #2 機組軸封電加熱器主管道止回閥門軸斷裂,造成軸封供汽溫度低、汽輪機振動大停機,直接中斷調試工作進展,這樣嚴重威脅機組安全,同時造成大量人力、物力浪費,滯後了工程建設時間,所以必須要消除影響軸封係統安全運行的各種因素,製定有力的措施,杜絕異常情況發生。

 

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    (1)全麵排查軸封係統同類型閥門,修複鎧裝熱電偶主管道止回閥。
    (2)現場增設高、中壓缸前軸封供汽溫度測點,便於運行人員準確掌握軸封供汽實際溫度和鎧裝熱電偶工作情況。
    (3)聯係製造廠家,分析鎧裝熱電偶主管道止回閥門軸斷裂原因,立即對其他機組同類型逆止門重新選型、更換,確保逆止門可靠,堅決杜絕發生同類事件。
    (4)機組熱態啟動時,先投軸封後抽真空。以免汽輪機轉子受到驟冷,高、中壓缸軸封供汽溫度與汽缸轉子金屬溫度差值不大於規定。
    (5)在熱態、極熱態啟停階段保證鎧裝熱電偶投運正常並加強監視檢查,維持高、中壓缸前軸封供汽溫度與缸溫相差符合要求。
    (6)機組正常運行時,軸封供汽進入自密封狀態,將鎧裝熱電偶後疏水閥保持常開,電加熱器內處於熱暖狀態,保證發生異常狀況需要輔助蒸汽供軸封時溫度滿足要求。
    (7)將鎧裝熱電偶電源從廠用汽機段改接至保安段,提高其工作的可靠性。
    (8)機組運行時保持輔汽壓力大於 0.55MPa,維持高中壓軸封母管壓力 30KPa ~ 40KPa。

    #2 機組鎧裝熱電偶主管道止回閥門軸修複後,於 3 月 6 日 11:00 #2 機組再次啟動,檢查高、中壓前軸封供汽溫度達到 400℃,汽輪機衝轉、暖機、定速過程中振動正常。

    6 結論
    超超臨界汽輪機組對軸封供汽溫度要求較高,鎧裝熱電偶的工作性能直接關係到汽輪機能否安全、可靠運行,必須在機組啟停過程中重點監視,設備維護中認真檢查,防止因其故障造成軸封供汽溫度與轉子溫度不匹配而引起汽輪機組振動增大、甚至發生軸封抱軸、大軸彎曲等事故的發生。

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