防止汽机大轴因轴封问题抱死的措施
一、前言
目前国内西门子百万机组汽轮机主机在平海、北疆、玉环、外高桥电厂均发生过因轴封问题导致大轴抱死，其主要原因是因为西门子百万汽轮机高中压轴封间隙偏小，使用的液压盘车力矩相比电动盘车力矩偏小。机组运行时，当主机轴封温度、压力发生剧变时，高、中压缸端部汽封很容易发生抱死。
二、 轴封系统的作用及引起轴封抱死的原因
1) 轴封系统的作用：
轴封系统的主要功能是向汽轮机、给水泵小汽轮机的轴封提供密封蒸汽，同时将各汽封的漏汽合理导出或抽出。在汽轮机的高压区段，轴封系统的正常功能是防止蒸汽向外泄漏；在汽轮机的低压区段，则是防止外界的空气进入汽轮机内部，保证汽轮机有尽可能高的真空，以确保汽轮机组的高效率。
2）引起主机轴封抱死的原因：
在机组长期运行过程中，轴封系统存在的问题，集中表现为轴封汽压力、温度过低。其中主机轴封蒸汽温度过低是造成主机大轴因轴封抱死的最直接原因。从平海、北疆几次轴封抱死的分析情况来看，因为轴封蒸汽直接与汽轮机大轴接触，它的温度变化直接影响到大轴的伸缩，汽机在稳定运行和热态启动时，相应转子的温度很高，如果轴封蒸汽温度过低，大量的低温蒸汽通过轴封吸入汽缸，它不仅在转子上引起较大的热应力，而且会造成轴封及轴封处大轴的急剧冷却收缩，当收缩量过大时，将有可能导致轴封或汽缸内部动静部分碰磨，进而会导致主机大轴抱死。所以在调整轴封蒸汽供汽时，尤其是热态启机或者在停机的过程中，必须严格控制轴封温度在280℃～320℃内，并且对供汽管道进行充分的暖管疏水，确保轴封蒸汽温度与金属温度相配备，并有一定的过热度。
正常运行中，轴封母管的压力低于6KPa时，将会造成外界空气漏入低压缸，不但会使汽轮机真空下降，同时还会因冷空气冷却轴颈使转子收缩造成负差胀。在主机停机后抽真空状态时，如果轴封失压将会导致大量冷空气进入汽轮机高、中、低压轴封处，进而有可能造成主机轴封抱死。
三、轴封系统特点
1）轴封供汽汽源
轴封蒸汽系统有两路汽源：在启动及停机时轴封蒸汽的汽源来自于辅汽联箱，辅汽经过减温减压后进入轴封供汽母管，其中辅汽联箱的汽源又来自于本机四抽、冷再、邻机及启动锅炉；随着机组负荷的增加，轴封供汽切至高中压主汽阀、高中压调阀及补气阀等门杆漏汽供汽，实现自密封。在轴封供汽的母管上分为7路分别引至高、中、低压缸的端部轴封处。
2）轴封结构
在汽轮机的高、中、低压缸中，汽缸内外压差较大。正常运行时，高压缸轴封要承受很高的正压差，中压缸轴封次之，而低压缸则要承受很高的负压差，因此，这三个汽缸的轴封设计有较大的区别。为实现蒸汽不外漏、空气不内漏的轴封设计准则，除通过结构设计较小通过轴封的蒸汽（或空气）的通流量外，还必须借助外部调节控制手段阻止蒸汽的外泄和空气的内漏。因此汽缸轴封必然设计成多段多腔室结构。为阻止蒸汽不外泄到大气，避免轴承的润滑油中带水，应使与大气交界的腔室处于微真空状态；为防止空气漏入汽缸，应使与蒸汽交界的腔室处于正压状态。
3）轴封供汽控制系统的特点：
轴封供汽系统设有轴封压力控制回路和温度控制回路，其中轴封压力控制回路是通过调节轴封供汽调门、溢流调门的开度来实现的，并且两个阀门是由一个控制器实现的，即两个阀门不能同时开启，当轴封压力高于设置值时供汽调阀逐渐关小，直到轴封供汽调阀全关后才允许轴封溢流调阀开启。
在启动阶段，轴封供汽由辅汽供，来自辅助联箱的辅汽经过减温器减温后为主机轴封供汽，主机轴封供汽经轴封供汽调压阀减压后供至轴封供汽母管，分别供至高中低压缸的各个轴封段，即通过轴封供汽调门来维持轴封压力，轴封温度靠供汽调门前的减温器来控制，轴封系统对于轴封温度要求非常严格，轴封供汽调门前的温度与高压转子计算温度成对应关系：当主机高压转子计算温度大于300℃时，轴封供汽调门前的温度应控制在280～320℃；当主机高压转子计算温度低于200℃时，即冷态冲转时，轴封供汽调门前的温度可适当降低为240～300℃。
随着机组负荷的增加，轴封系统进入到自密封阶段，此时轴封供汽调门保持关闭，溢流调门来调节轴封压力，当轴封母管的压力高于设定值后，轴封溢流阀开启，使多余的蒸汽进入凝汽器来调节轴封压力在设定值。
另外轴封汽系统中设置了许多疏水器和疏水阀门，这是防止在轴封系统刚启动时由于暖管形成疏水。而这些水危害整个系统的安全，所以需要及时排出，疏水阀门起到了排出疏水的作用。
四、轴封抱死的原因及防止措施
1、由于主机轴封汽温度、压力过低是造成主机轴封抱死的最直接原因，因此为防止主机轴封抱死，首先要保证的是主机轴封供汽母管的温度、压力在合适的范围内。
1）辅助蒸汽温度低：
机组正常运行时辅助蒸汽系统的汽源来自于本机四抽，冷再作为备用；在机组启停阶段，辅汽来自于相邻机组或者启动锅炉。在机组正常运行阶段，辅助蒸汽系统用户很少，尤其是小机汽源切至四抽供汽后，有可能造成轴封温度较低。
机组启停时，辅汽联箱至主机轴封的供汽主要来自于启动锅炉或邻机辅汽联箱，正常运行时邻机辅汽联箱温度在280-350℃左右，考虑到启动锅炉和邻机辅汽联箱至本机辅汽联箱的距离较远，启停机时，尤其是停机的时候，如果管路疏水不当，将会造成辅汽联箱的蒸汽温度较低。
冷段再热蒸汽是本机辅汽联箱的备用汽源，在机组低负荷运行或停机过程中，由于四抽压力较低，可能会短时采用冷再热蒸汽供辅汽。在高旁开启时，为控制高旁后的蒸汽温度，高旁减温水会投入，如果减温水调阀调节不好或者减温水调阀关闭后存在内漏，均会造成辅汽温度较低，进而造成轴封温度较低。
2）轴封减温水内漏：
主机轴封系统通常设计有一个减温器，正常运行时减温水以主机轴封温度设定值作为调节的对象，为了保证主机轴封温度的稳定，减温水调阀的调节品质要保证良好，减温器后面的温度测点一定要远离减温器，避免温度变化太敏感造成减温水调阀调节摆动，另外对于减温水调阀要求关闭后能防止内漏。
3）辅助蒸汽压力、轴封压力低：
运行中由于轴封供气阀、溢流阀故障或辅汽压力压力波动导致轴封母管压力低于6Kpa，造成冷空气冷却轴颈使转子收缩造成负差胀。在主机停机后抽真空状态时，如果轴封失压将会导致大量冷空气进入汽轮机高、中、低压轴封处，进而有可能造成主机轴封抱死。
4）轴封系统疏水不当：
为防止轴封蒸汽温度低，在轴封减温器后、主机轴封供汽调阀前、轴封供汽母管上以及轴封供汽母管至各轴封段的分支上均设计有疏水门。在投用轴封时，如果疏水不当或者疏水时间太短，将造成冷水、冷汽进入轴封系统。尤其对于低压缸段轴封，由于低压缸段轴封供汽管道需经过凝汽器内部方可到达低压轴封处，轴封蒸汽很容易被冷却。
2、防止主机大轴抱死的预防措施：
1）DCS声光报警中，引入“轴封供气阀前温度低”、“轴封母管温度低1、2”报警，小于240℃低Ⅰ报警，小于220℃低Ⅱ报警。
2）高旁减温水快关阀、调阀逻辑为对应高旁减温水调阀开度小于2%联关高旁减温水调阀前快关阀，大于5%联开高旁减温水调阀前快关阀，确保高旁减温水能够关严，防止高旁减温水窜入辅汽系统，启停机过程中应加强监视。
3）机组启停时，辅汽需切至邻机或启动炉时，需加强沿途管道的疏水，确保辅汽联箱的温度高于280℃。
4）主机轴封供汽站前的温度测点应远离轴封减温器，轴封减温水调门调节品质应良好，能够保证轴封汽温度的稳定；另外轴封减温水的零位应校正好，防止减温水调门关闭后，仍有减温水进入轴封系统。
5）为避免轴封系统自密封状态时轴封供汽调阀处于关闭状态，造成轴封供汽调阀前的蒸汽为死汽，可将轴封供汽调阀最低阀位限制为5%。机组正常运行过程中主机轴封供汽调阀、溢流调阀必须投入自动状态，不得随意退出自动，发现阀门故障及时联系检修处理。
6）加强轴封供汽母管温度监视，当轴封温度低于280℃时，轴封供汽母管疏水阀应联开，否则手动开启。
7）辅汽系统正常运行中连续供汽用户只有小机轴封供汽，尤其是机组高负荷期间，长期运行辅汽联箱温度会逐步下降，运行中严格控制辅汽联箱温度大于280℃，温度低时及时开启疏水旁路，提高辅汽温度。
8）机组甩负荷或跳闸后，应检查辅汽汽源切至本机冷再或临机供汽，保证辅汽联箱压力不低于0.8Mpa，否则及时手动调整。如轴封系统进冷汽，立即开启轴封系统疏水提升轴封母管温度至300℃～320℃。
五、总结
由于汽机轴封汽系统运行是否稳定，直接关系到汽轮机是否能够安全可靠运行。一方面在运行中加强监控，及时发现异常情况，并采取有效措施，防止事故的扩大。另一方面，必须采取有效的措施，防止类似事故的发生，确保机组正常运行。
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