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热电厂1#汽轮机组前轴瓦温度超标分析及对策

2013-05-08

冯松岩　刘涛　冯起龙
（大庆石化公司）
　　摘　要：文章通过分析25MW抽汽背压式汽轮发电机组轴瓦温度超标影响因素，避免和预防了汽轮机组轴瓦烧损事故的发生，确保了汽轮发电机组的安全、平稳、长周期、满负荷运行。
　　关键词：热电厂；汽轮机组；轴瓦；温差超标；扬度
　　1　概述
　　大庆石化公司热电厂1#汽轮机组是杭州汽轮机厂引进德国西门子公司威塞尔厂三系列工业汽轮机制造专利技术生产的单缸反动式单级调整抽汽背压式机组，型号EHNG50/63/0，于1987年5月投产。机组额定功率25MW，进汽压力9.0±0.5MPa，温度535+5-15℃；中压调整抽汽压力3.9～4.4MPa，温度410+30-20℃，供化工及化肥生产用汽；背压排汽压力0.12～0.25MPa，温度104±10℃，供化工生产用汽及低压厂用蒸汽。该机组自安装投产以来，由于系统在设计上不能适应运行要求，前轴瓦经常出现钨金脱落、瓦温超标等问题，安全可靠性差。20余年的运行情况表明，该机组连续运行2～4个月，前轴瓦钨金即脱落、磨损，衬瓦温度居高不下，经常达90℃以上（标准≤85℃），严重制约机组大负荷长周期安全运行，无法满足化工及化肥生产用汽的需要，且机组每年均需更换2～3付轴瓦，检修维护量及备件费用较大。对1#机组前轴瓦温度超标进行完善深入的技术分析，采取有效对策以满足机组安全运行需要具有重要意义。
　　2　技术分析
　　1#机组前轴瓦温度超标问题一直是制约机组安全运行的瓶颈，机组启、停期间通过合像水平仪监测，发现前轴瓦在冷、热态扬度不一致，偏离原来调整好的状态，造成热态时下瓦接触面积不足（从磨痕也可看出），影响油膜形成，导致瓦温超标。因此，解决前轴瓦温度超标问题的关键是在机组冷、热不同状态下，如何保持轴瓦扬度不变，也就是若扬度得到控制，轴瓦的温度就能恢复正常。
　　2.1 扬度分析
　　机组在冲转或加减负荷过程中，用合像水平仪监测轴承箱、座架扬度变化，结果是同步同向整体变化，表明引起前轴瓦扬度变化的根源是座架。此前，我们考虑消除座架松动就可控制扬度，但座架经加固、无可见松动后，扬度依然随负荷变化，可见，还存在其他影响因素需要我们进一步分析。
　　我们从座架着手分析，其结构特点是前空后实，前端散热快，后端散热慢，加之后端贴近热源，温度是前低后高。由此推断在温差作用下，后端膨胀大而前端小，因此产生胀差，进而形成扬度。下面根据现场实测温度通过计算验证温差对扬度的影响程度。
　　2.2 胀差计算
　　已知：
　　计算结果说明在此工况下，产生了0.482mm（格）的扬度，表明即使座架不松动也能产生扬度。
　　2.3 影响因素分析
　　前轴瓦宽度：135mm
　　前轴瓦底部前张口间隙=135÷1000×0.482=0.06507mm=6.507道
　　从计算结果可看出，轴瓦底部与轴颈出现了沿轴向的楔形间隙，即在135mm的长度上出现了6.507道扬度，超过了允许偏差限值。
　　扬度产生的根本原因是座架温差，消除温差就能控制轴瓦的扬度。座架在温差作用下自身产生了扬度，轴瓦与其同步变化，扬度增大，瓦的接触面积减小，泄油量增加，油膜随之恶化，局部干摩擦导致瓦温升高直至超标。
　　如果一个观点可以解释目前发生的现象，还可以在其他相同部位得到印证，下面举例说明。
　　2.3.1 轴瓦温度随负荷变化。我们知道，一个负荷对应一定的进汽量，一定的进汽量对应一个汽缸温度，一个汽缸温度对应一个座架胀差（H-h），一个胀差对应一个扬度，一个扬度对应一个轴瓦温度，这样就形成一个信号传递链：
　　加负荷→进汽量增加→汽缸温度升高→座架胀差大→扬度增大→轴瓦接触面积减少→轴瓦温度升高
　　即：加负荷→轴瓦温度升高（减负荷变化相反）
　　轴瓦温度随负荷变化是我们看到的表象，其本质是汽缸温度通过猫爪和立销传递给座架产生足以影响瓦温的扬度，前汽封漏汽助推了这一过程，使得这一现象更加严重，需要我们解决的是如何切断热量传递，使轴瓦的温度摆脱负荷影响。
　　2.3.2 与其他机组比对。我们注意到前猫爪下随温度升高可以膨胀的座架高度有600mm，是其他机组的6倍，膨胀量也应是6倍。这说明座架的特殊结构决定了其对温度的敏感程度大大高于其他机组，通过对比让我们自然想到座架在结构上存在设计缺陷，对设计缺陷的处理超出了检修范围，必须对原有系统进行设计改进。
　　3　对策
　　基本思路是消除前座架温差，使其不再产生扬度。我们采取以下改进措施：
　　（1）前座架基础加固、重新浇筑。
　　（2）对前座架、下汽缸、轴系以发电机中心为基准整体找正。
　　（3）将前汽封、蒸汽室、转鼓汽封、后汽封改造为密封性能良好的蜂窝汽封，减少汽封漏汽，增强前座架与前汽缸间散热。
　　（4）保留原座架结构，球面垫圈改为平垫铁，前猫爪加装两路冷却水。
　　（5）如技术条件允许，前轴瓦改造为可倾瓦可抵消一部分扬度变化带来的影响。
　　4　结语
　　2011年12月，1#机组进行大修改造后连续运行139天停机解体检查前轴瓦完好，未出现烧瓦、钨金磨损、裂纹、脱胎等缺陷或故障，运行负荷20MW、抽汽150t/h工况下，前轴瓦温度78℃～80℃，满足了整机安全、可靠、长周期运行要求，机组安全性将得到较大提高，消除了机组前轴瓦经常脱胎、磨损这一重大安全隐患，减少机组故障停机次数，其安全和长周期运行经济效益可观。
　　（1）保证了1#汽轮机组满负荷运行，机组按年平均两次发生轴瓦故障停机检修计算，每年少发电20×7×24×2=672万KW·h，少供汽150×7×24×2=50400t/h（不包括因轴瓦缺陷造成机组无法满负荷运行所带来的经济损失）。
　　（2）能够大大降低检修维护量和劳动强度，每年节约检修材料费用近10万元。
　　（3）能够延长机组检修周期两年以上。
　　参考文献
　　[1] 汽轮机设备检修技术[M].北京：水利电力出版社，1995.
来源：《中国高新技术企业》2013年第2期

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