汽轮机大轴弯曲事故综合分析

邱才德

（国能源建设集团广东火电工程有限公司广东广州510000）

摘要：针对近年来汽轮机大轴弯曲事故的典型实例,总结分析了大型机组发生大轴弯曲事故原因,结合实例对防止大轴弯曲事故的发生,提出了预防措施。

关键词：汽轮机；动静间隙；碰磨；水冲击；轴弯曲；相位

1、概述

汽轮机大轴弯曲事故近年来在大型机组所发生的事故中占有相当比例,严重的大轴弯曲事故导致设备损坏,如通流部分磨损、汽封片磨坏、推力瓦磨损等。发生大轴弯曲事故后,因检修费用高、难度大、周期长,所造成的后果不可估量。所以有必要对汽轮机大轴弯曲事故进行深入剖析,找出事故根源,消除事故隐患,保证设备安全运行。汽轮机大轴弯曲可分为热弹性弯曲及永久性弯曲2种情况,大多是在机组启动(特别是热态启动)过程或滑停过程中和停机后发生。一般情况下,热弹性弯曲可经盘车及暖机等直轴处理使转子恢复原参数,而永久性弯曲则不可恢复原状。造成大轴弯曲的主要原因,是由于转动部分与静止部分的碰磨而引起。

2、典型事例及原因分析

2.1大轴晃度表不准,且在上下缸温差过大的情况下冲转

2.1.1事故经过

某电厂某机组因锅炉泄漏停机,停炉后在试水压时发现防腐门有淌水现象。锅炉抢修后,6:55锅炉点火,汽轮机抽真空并供轴封汽,这时高压外缸温度上/下为203℃/153℃(温差50℃)。7:15真空至40kPa,高压内缸温度上/下为230℃/152℃(温差78℃)。后因锅炉问题拖延,轴封供汽时间过长,高压转子差胀达2.2mm,故投法兰加热装置。11:05稍开主汽阀后,机组转动,维持转速120r/min。11:25正式冲转,11:28升速到500r/min,低速暖机情况正常。冲转时高压外缸温度上/下为192℃/151℃(温差41℃),中压内缸温度上/下为106℃/72℃(温差34℃),大轴晃动度正常,11:45升速到1200r/min,前轴承箱有晃动。11:48转速升到1800r/min,机组发生强烈振动,立即破坏真空停机。2号瓦垂直振动为0.3mm,听到高压缸前轴封有金属摩擦声,11:58静止,惰走时间为9min,投入盘车。

2.1.2事故原因分析

此次大轴弯曲是由于运行人员在汽缸上下温差大、大轴晃动表不准(转子有热挠曲)条件下盲目开机所致。热态启动前,在大轴晃动值超标的情况下,对应的偏心距也大,当转速升高时,因不平衡离心力增大而引起机组振动加大,引起转子弯曲部分与汽封的摩擦。从以上机组开机的参数情况看,冲转前汽缸上下温差较大(据计算:上下缸温差每增加10℃,汽缸内汽封下间隙将约减小0.10mm)。停炉后试水压时发现防腐门有淌水现象,应密切注意汽缸温差的变化,防止冷水从高压缸排汽逆止阀处倒漏入汽缸。该事故是知道汽缸上下温差大,未采取减小汽缸温差措施,就进行机组冲转,造成了不可挽回的损失。另大轴晃动度表应正确使用,大轴晃动度应与机组安装后的原始值相等,若有不同,则说明转子有弹性热弯曲现象,应查明原因再开机。在机组启动前,当发现主要表计或关键参数不正常甚至损坏(如:大轴晃动、胀差、缸胀、轴向位移、振动、汽缸金属温度等)而失去监视时,应及时通知维修人员处理,防止有关表计失灵,误导运行人员。

2.2机组滑参数停机过程中汽温突降,下降率超过规定值而未及时停机

2.2.1事故经过

某电厂某机组在一次滑参数停机过程中,因停炉时间长,需要对锅炉粉仓进行清粉工作,由于给粉机下粉不均,造成锅炉燃烧及汽温不稳,主、再热汽温出现失控,主汽温度在几分钟内由328℃下降至272℃。当时主汽压为4.2MPa,对应的饱和温度为253℃,过热度只有19℃,达到停机的条件未进行停机,在机组振动增大时才紧急停机,但为时已晚。

2.2.2事故原因分析

在滑参数过程中,参数控制不当,降温过快,未针对特殊运行方式做好事故预想及采取防范措施,应分时段或逐台清理给粉机,保证一定的油枪助燃;运行人员对敲打清空粉仓引起锅炉燃烧不稳、造成汽温波动及危害认识不够;对停机中发生的异常情况不重视,机组出现异常参数或达到停机条件(如汽温在2min内突降50℃)时,处理措施不当或未及时停机,未认真按照事故规程处理。

3、防止汽轮机大轴弯曲的措施

通过上述多起汽轮机大轴弯曲典型事故的分析,可以看出,多数事故都有一些前兆,有些可以通过机组重要仪表显示出来,鉴于此制订及遵循防止汽轮机大轴弯曲的有关措施如下:

1)严格按照运行规程的要求及防止电力生产重大事故的二十五项重点要求规定及技术措施执行。

2)设计安装机组时,应结构合理、通流部分畅通、动静间隙合适,疏水系统设计合理完善,合理使用汽封,防止振动时引起摩擦产生热量,局部过热造成局部弯曲。

3)机组必须符合以下条件方可冲转,否则禁止启动。①大轴晃动值不超过原始值0.02mm;②高压外缸上下缸温差不大于50℃,高压内缸上下缸温差不大于35℃;③主蒸汽温度必须高于汽缸最高金属温度50℃,防止汽缸及转子冷却,但不超过额定蒸汽温度。蒸汽温度的过热度不低于50℃。

4)汽轮机启动前,必须投入大轴晃动、串轴、胀差、低油压和振动等保护,且各表计显示正确,否则禁止启动。

5)盘车装置及高压顶轴设备应处于完好状态,保证随时投用。机组启动前连续盘车时间应执行制造厂的有关规定,不得少于2~4h,热态启动不少于4h。若盘车中断应重新计时。

6)发现有引起大轴弯曲隐患时,应立即停机消除。机组大修前振动超标,必须进行找动静平衡、调整中心、检查滑销系统等,大修后应重点监视汽缸纵、横向膨胀,防止因横销卡涩造成汽缸偏移时的单侧动静碰磨。

7)主汽门、调速汽门、抽汽逆止门、轴封进汽门、汽室疏水门等应保证严密。

8)机组启动过程中,应监视机组正常启动过程中的波德图和实测轴系临界转速,临界转速应快速通过,严禁降速暖机或强行硬闯临界转速。

9)机组变工况运行时,应按规定的曲线控制参数。

10)严格执行运行、检修操作规程,严防停机后汽轮机进水、进冷汽,注意隔离公用系统汽、水进入汽轮机;各阀门关闭严密,特别是在汽缸未彻底冷却前,不准进行凝汽器灌水查漏工作。刚停机不准进行有关管道的保温拆除工作。

11)停机后定时记录汽缸金属温度、大轴弯曲、盘车电流、汽缸膨胀、胀差等重要参数,直到机组下次热态启动或汽缸金属温度低于150℃为止。

12)机组启动过程中,因振动异常停机,必须回到盘车状态,全面检查、认真分析、查明原因。当机组已符合启动条件时,连续盘车不少于4h才能启动,严禁盲目启动。

13)停机后立即投入盘车,当盘车电流较正常值偏大、摆动或有异声时,应查明原因及时处理。

14)汽轮机在热状态下,若主、再蒸汽系统截止门不严密,则锅炉不得进行打水压试验,在做炉水压试验时,应做好汽缸进水的防范措施。

15)机组的监测仪表如膨胀、大轴弯曲表、振动表、缸温测点及各种测量表计等必须完好、工作正常、指示正确,并定期进行校验。

16)在机组启动过程中,应合理使用汽缸、法兰加热装置,防止由于上下缸或法兰内外壁温差过大而引起动、静径向和轴向摩擦。

参考文献:

[1]吴季兰.汽轮机设备及系统[M]北京:水利电力出版社,1998

[2]王炳华,等.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求[S]水利电力出版社,2001

[3]曹祖庆,等.大型汽轮机组典型事故及预防[M]北京:中国电力出版社,1994

[4]付忠广.电厂汽轮机运行与事故处理[M]北京:中国电力出版社,2007