摘要：描述了国内首台安萨尔多AE94.3A燃气轮机联合循环机组在调试过程发现的轴封供汽系统设计缺陷，如轴封供汽温度低，机组启动轴封暖管时间长等。为防止发生重大设备损坏事故和提高轴封供汽稳定性，结合目前常采用的几种解决方法，通过研究计算，最终采用在轴封供汽系统加装轴封电加热器的方式，并通过改造前后对比，对运行效果进行了分析。
关键词：AE94.3A；轴封供汽系统；缺陷改造；运行效果
Reformation and effect analysis of the shaft seal supply system for AE94.3A turbine combined cycle unit
Abstract：The design defects of the first domestic Ansaldo AE94.3A gas turbine combined cycle units shaft seal supply system is described.for example，the temperature of the shaft seal is low，and the time of the heating pipe is long，and so on.In order to prevent the occurrence of major equipment damage accidents and improve the stability of the shaft seal supply，and combined with several commonly used solutions，and based on the research and calculation，the shaft sealing system is used to install the electric heater.By the comparison of before and after reformation，the working effectiveness is analyzed.
Keywords：AE94.3A；Shaft sealing system；Defect reformation；Working effectiveness
前言
某厂采用两套一拖一的分轴布置9F燃气-蒸汽联合循环机组，燃机设计功率300MW，为意大利安萨尔多在国内首台AE94.3A重型机组；锅炉为东方凌日提供的卧式三压、再热、卧式、自然循环、无补燃，自然循环炉，型号：MHDB-AE94.3A-Q1。
2017年12月22日第一套机组汽轮机首次冲转，到2018年01月05日，第一套机组汽轮机共冲转7次，汽轮机最高负荷140MW。启动过程中，多次发现轴承温度值和振动值较大，接近保护跳机值。检查发现，由于设计原因，启动初期轴封供汽温度过低，不满足汽轮机厂家关于轴封蒸汽温度的要求。
1轴封蒸汽温度低对汽轮机的不良影响
轴封的作用是：主要负责外界空气和汽轮机内部的隔离，当汽轮机热态启动时，启机抽真空前，必须先送入合格的蒸汽，避免冷空气进入，造成转子和汽缸产生局部热应力和变形[1]。对于频繁启停的联合循环机组，启机过程轴封供汽品质的好坏，更直接影响到汽轮机的使用寿命。
轴封蒸汽与汽轮机转子接触，所以蒸汽温度直接影响转子的膨胀情况。当热态、极热态启动和停机过程中，转子温度较高，进汽温度过低，造成转子急剧冷却收缩，产生较大的热应力，而且汽缸内真空，大量低温蒸汽吸入汽缸，可能会造成汽缸温差过大，引起汽缸变形，最终造成汽轮机动静摩擦，大轴抱死[2]。
轴封供汽温度过低，汽缸内壁金属温度与轴封供汽温度的温差超过规定范围，因燃气轮机联合循环机组频繁启停，将会缩短转子的使用寿命。
2原轴封供汽系统设计缺陷
2.1轴封供汽温度低
该厂轴封蒸汽来源于辅助蒸汽，辅助蒸汽两路汽源，辅助蒸汽和再热蒸汽冷段。机组启停时，来自于启动锅炉，考虑到启动锅炉至辅汽联箱的距离较远，启、停机时，如果管路疏水不当，将会造成辅汽联箱的蒸汽温度较低。启动炉过热蒸汽设计温度320℃，经过管道流至辅汽联箱时温度降为260℃。而热态启动时，汽轮机厂家要求轴封供汽温度在280—320℃之间。轴封供汽温度与汽轮机转子温度匹配关系详见图1。
图1 轴封蒸汽温度与高压转子50%处的匹配关系
2.2启动时间长，经济性差
机组全停之后无其他可靠稳定汽源，因此在启动初期，需启动启动锅炉以供轴封供汽；当燃气轮机并网带上一定负荷后，再热蒸汽冷段温度和压力满足要求后，可将轴封供汽由启动锅炉带切至再热蒸汽冷段，方可停运启动锅炉。
每次机组启动前都要运行启动锅炉向辅助蒸汽系统提供启动用汽，在机组热态情况下，轴封供汽由再热蒸汽冷段，启动锅炉需要运行时间较长。机组冷态情况下，要求时间更长，启动炉会消耗更多能源。
3可采用解决方法
3.1改造启动锅炉
根据启动炉至辅汽联箱的温降特性，重新设计启动炉，提高设计参数，保证供应轴封蒸汽的温度达到要求。此种方法改造成本大，而且启动时间长，经济性差的缺点没有得到解决。
3.2加装轴封电加热器
在轴封供汽系统上加装一台电加热器，根据轴封温度，设计选型。当轴封供汽温度低，需要快速将轴封温度提升至要求温度及事故状态轴封快速投入，轴封电加热器能很好满足要求，且减少启动时间，节约能源。
4该厂采用的改进方法和设备选型
参考国内轴封供汽系统的改造方法，该厂选择加装轴封电加热器，设计图如图2：
图2 轴封电加热器设计图
轴封电加热器选用的是镇江裕太防爆电加热器有限公司生产的GYY50-380/330型，具体参数如表1：
表1 GYY50-380/330型电加热器设计参数
整台加热器分为3组，可在就地控制柜或集控室DCS控制台上实现加热器的启停、设定温度等，并对其进行实时比较运算，将加热器内的工作温度等集中显示，并且按一定升温速率进行升温，可实现对装置的监控和连锁保护。
5改进后运行效果分析
5.1安全性
投用轴封电加热器后，热态启动时，可严格控制轴封供汽温度，保证在280—320℃范围内，投运轴封电加热器对热态启动过程的影响如表2所示：
表2 轴封电加热器对联合循环机组热态启动过程的影响
从表2中可以看出，投用轴封电加热器，能有效提高轴封供汽的温度，达到与高压转子50%处温度匹配要求。此外，极大的减小了轴封供汽与高压缸内壁温差，从而保证汽轮机寿命不会因联合循环机组频繁启停而大幅缩减[3]。
5.2经济性
轴封电加热器加装后，通过现场实际运行，统计热态机组启动情况下，轴封电加热器投运与不投运两种启机方式耗时情况如表3：
表3 轴封电加热器投运与不投运两种启机方式耗时情况
根据启动炉平均每小时消耗燃料424Nm3，辅机功率50KW，轴封加热器220KW计算轴封电加热器投运与不投运耗能情况：
（1）未投用轴封电加热器启机过程耗能折算为标煤量：
424×2.7×34.0÷29.307＋50×2.7×3.6÷29.307=1345kg
投用轴封电加热器启机过程耗能折算为标煤量：
424×2.0×34.0÷29.307＋50×2.0×3.6÷29.307＋220×1.0×3.6÷29.307=1023kg
其中：34.0——天然气平均低位热值（MJ/Nm³）；
29.307——标煤热值（MJ/kg）；
3.6——1kWh电能对应的热量（MJ）；
（2）投用轴封电加热器后，每次启机节约标煤量：
1345—1023=322kg
此外，因投用轴封电加热器，暖管疏水外排蒸汽量减少，节约了大量除盐水；机组启动时间减少，期间各辅机运行时间减少，有效减小了厂用电率，提高了机组经济性。
6结论
通过加装轴封电加热器后，满足了汽轮机对轴封蒸汽温度的要求，保证了汽轮机安全可靠运行，防止因联合循环机组频繁启停而大幅缩减使用寿命。根据运行数据的分析，投用轴封电加热器后，缩短了机组的启动时间，提高了机组的发电经济性，而且加装电加热器，系统简单、操作方便，对同类型电厂轴封系统技术改造有一定的指导意义。
参考文献：
[1]广东电网公司电力科学研究院．汽轮机设备及系统［Ｍ］．北京：中国电力出版社，2011．
[2]于伟民，吕强，金豪良．汽轮机轴封供气温度过低对高压转子的影响［J］，工程技术，2016.
[3]曹智强，陈晓辉，林士涛．轴封蒸汽电加热器在国产联合循环汽机辅助系统配置中的作用［J］，热力透平，2003.
作者简介：
唐滔（1990—），男，四川广安人，值长，助理工程师，从事燃机电厂运行管理工作。
胡春（1976—），男，四川达州人，运行部副经理，工程师，从事燃机电厂运行管理工作。
论文作者:唐滔1,胡春2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/18
标签：温度论文; 蒸汽论文; 汽轮机论文; 机组论文; 电加热器论文; 转子论文; 锅炉论文; 《基层建设》2018年第25期论文;