布莱登汽封的使用.doc

引进型300MW汽封机采用布莱登汽封技术的可行性 第六届汽轮机年会2001.07

引进型300MW汽封机采用布莱登汽封技术的可行性
国家电力公司热工研究院（西安 710032） 刘安 宋文希

[摘要]自布莱登汽封技术在国内应用以来，对使用效果褒贬不一，本文针对布莱登汽封安装在不同形式汽轮机上的应用情况，阐述使用该技术所关注的问题和解决措施，并对在引进型300MW汽轮机组上应用该技术的可行性做了深入的分析，提出了安装，运行的参数指标，对引进型300MW汽轮机采用布莱登汽封，改善存在问题，有一定参考价值。
[关键词]汽轮机 引进型汽轮机 300MW机组 布莱登汽封 改造
前言
随积极地引入竞争机制和不断深化改革，企业对依靠科技进步，广泛地采用各种先进成熟技术，提高劳动生产率，要求十分迫切。国产引进型300MW汽轮机组，运行中普遍存在高压缸排汽高，轴封漏汽量大，夹层汽流影响汽缸上下温度，高压缸效率低。不同电厂在大修中揭缸检查发现，汽缸存在永久变形，结合面漏汽，通流径向汽封磨损严重，汽缸螺栓出现松弛或断裂等问题，影响机组安全性和经济效益，从而引起用户的关注。
由于该型汽轮机结构的特殊性，作为解决上述问题的重要技术措施之一，对能否采用布莱登汽封和该技术使用情况以及用户所关注的问题进行探讨。
1 该技术使用情况
该结构形式汽封是在1987年由GE公司雇员Ron Brandon 提出并完成设计制造，且取得ABE专利。据《Power Engineering》1989.5刊物报导[1]，该汽封在1987年对不同结构和容量的5台机组，1988年40台，1989年80余台机组进行过改进。使用后，由于用户反映效果明显，以至现在国外一些较大的汽轮机制造厂采用该技术。如国内进口机组中，大连电厂3号、丹东电厂1号350MW机组等。
1994年国内有关部门引进该项技术，1995年9月在首阳山电厂2号200MW机组大修首次采用，1995年11月2日该机组大修后一次启动并网成功。
为检验使用效果，1997年1月11日由原电力部安生司组织十六个单位对其进行现场揭缸检查，当时该机组大修后已运行9618h，完成发电量16.2亿KW.h，共经历启、停6次，其中冷态2次，热态4次，没有发生汽封发面的故障和异常，汽轮机的振动、胀差、轴向位移等数据均正常。组织及参加单位，对于现场揭缸检查结果和结论形成了纪要。确定了该技术使用效果。
随后，首阳山电厂1号，焦作电厂1～6号200MW机组等电厂相继采用该项技术进行了汽封改造。据不完全统计，截止2001年6月。现国内已在6～300MW不同类型及容量机组上使用该技术，改造台数达65台。这些机组中有的已进行过大修。
2 使用该技术安全及经济性情况
在不同电厂决定是否采用该项技术的可行性研究分析时，所关注的首先是安全性问题，尤其是国产200MW机组自投产以来，启、停过程中发生大轴弯曲事故台次不少，是用户最为担心的问题，其次是所带来的经济性问题。众所周知，由于技术进步与发展，现代汽轮机通流叶型设计和制造技术已达日臻完善的程度。为进一步提高通流效率，世界各大制造部门在通流汽封结构设计方面作了大量的工作和改进，并取得明显成效。机组启、停或出现振动而汽封不受磨损，正常运行汽封间隙在最合适的状态。使机组在整个大修期内运行不致因汽封磨损导致效率下降，能保持机组长期的高效率运行，甚至延长机组大修周期和缩短大修工期，提高企业效益等问题，已引起用户关注。正是该汽封工作原理具有上述的工作特性，从而增加了用户使用该项技术的决心。
以首阳山电厂2号汽轮机改前委托美国ABE公司对其进行的技术评估为例，在各部分损失中，轴封损失占总损失的31.7%，叶顶汽封占55.3%。但在改进后对运行效果进行检验时，由于这些损失相对量较小，又很难准确的测量，以及大修效果所占的比例如何确定等问题及其它因素影响，其效果用户的说法不一。
但改后的机组中，如首阳山、新余、盘县、焦作、南山等电厂进行过的热力试验结果表明，与以往大修后的结果相比较，高、中压缸效率有不同程度提高，机组热耗率确实下降不小，最大的热耗率下降269.3kj/（KW.H）。而且，南山电厂还专门在高压缸前轴封漏汽管上设计、安装了蒸汽流量孔板，测量轴封漏流量。由于没有改前数据，只能与设计值比较。设计1.23t/h ，实测0.76t/h，相对下降38%，这在各电厂不同容量和类型机组的考核试验结果中，还不多见。该机组为50MW燃气蒸汽联合循环机组，承担调峰任务，频繁启停调峰运行，至今轴封漏汽量基本保持不变。
经过1～2次大修的机组，如首阳山1、2号机，焦作电厂4、5号机，电厂反映，揭缸检修未发现有汽封磨损情况，大修也可不对汽封间隙进行修刮和调整及更换。
3使用该汽封所关注的问题
3.1冷态启动差胀大
根据该汽封工作原理，在启动和初始负荷阶段，汽封在弹簧作用下，处于全开位置，此时间隙在最大值，汽封漏汽量大，转子加热快，而汽缸加热跟不上，易出现正差胀大。尤其是国产200、125MW等型机组，原设计轴向间隙小，若暖机时间安排不当，易出现正差胀超限问题。
在现已实施该技术改造的机组中，以200MW机组最早且台数最多，其最初的指导思想是防止启、停中汽封间隙小，易产生碰磨而造成弯轴事故。所以设计上将开启间隙设计到3～4mm，开启间隙愈大，完全关闭的初负荷就愈高，若暖机时间不足，在机组冷态启动时，易造成启动和初负荷阶段差胀大。
3.2运行中关不住
在对所调查了解的机组中，确实出现有些单位在仿造该技术改造的机组，如开封125MW、荆门200MW机组和新疆地区的几个100MW和50MW机组出现运行中汽封不能闭合。并且是大修后首次启动后一直关不住，从揭缸检查发现，主要是加工尺寸，弹簧质量和安装工艺等存在问题。
现已改进的机组，除上述机组外，从运行中各缸的效率来分析，如首阳山的电厂200MW机组，ABE公司在改前揭缸时进行汽道评估，结论为高压缸效率可提高3.8个百分点，大修后试验，高压缸效率实际提高了4个百分点。又如外高桥300MW机组汽封改进后，高压缸排汽温度下降5℃左右，经一年多运行，现中压缸效率仍保持在92%左右。新海、焦作、新余等电厂反映大修前油中带水严重，现油中带水问题基本消除。可以证明，正常运行中该汽封处在正常闭合位置。否则，高、中压缸排汽温度会较高，缸效率会降低。
3.3运行中汽封闭合后，启、停机时打不开
用户担心若因汽水品质差，通流积垢严重，若经较长时间运行后，停机过程汽封不能打开，机组再次启动因间隙较小而出现动静碰磨，可能产生振动。通过对改后在运行的机组进行调查时，用户普遍反映机组启、停未出现过异常情况。1997年1月首阳山2号机组现场揭缸检查和随后进行的1、2机正常大修，以及焦作等电厂的正常大修，揭缸后均未发现汽封体有卡住打不开问题，全部处于张口状态。这些机组中通流部分虽也有不同程度结垢现象，但汽封各弧段拆卸很轻松，并不象采用原结构汽封的有些机组用铜棒都很难打出各汽封弧段，大修拆卸很困难。尤其是300MW机组由于汽封块设计结构普遍存在汽封卡涩，揭缸发现汽封完全处于无退让状态。
4 国产300MW机组使用情况
外高桥电厂4号国产引进型300MW汽轮机，在1999年3月大修中对中压缸，高、中外缸两端内侧轴封及各平衡盘汽封采用该技术进行了改进。机组在大修首次启动时，缸胀在2～3mm，差胀达13.4mm时，机组出现多次振动而被迫停机，当时分析认为，动静轴向可能产生了碰磨。揭缸检查低压缸轴向未发现碰磨，是低压缸电调端次末级径向发生碰磨，经处理后，机组启动运行。一年多以来，几次冷、热态启动均未出现过异常情况，运行中中压缸效率仍在92%左右。
现投运国产300MW汽轮机，采用该技术进行过改造的有9台，其中，国产引进型300MW 汽轮机3台。
5 国产引进型300MW汽轮机采用该技术的可行性
5.1机组存在的问题
该型机组运行实绩表明，高压缸效率普遍在76～80%，且大修后缸效率经几次启、停机后下降较快。高压缸排汽温度比设计值高出20℃左右。导致锅炉再热器减温水量增加，轴封溢流量大，与同容量及类型进口机组相比，机组运行煤耗率普遍较高。机组大修解体检查发现，高、中压内缸存在不同程度的变化，有的机组合空缸热紧1/3螺栓后，中分面内张口间隙仍达0.30～0.50mm，汽封径向间隙磨损严重，有的达1.5～2.5mm，弹性退让汽封普遍卡死，基本无退让作用，有些机组还发现汽封块背弧板式弹簧断裂等问题。
300MW汽轮机采用高、中缸合缸结构，原型机设计为七级抽汽，为提高给水温度，新设计的机组增加的一段抽汽设计在高压缸持环（内缸）上，从结构分析和试验数据表明，高压缸排汽温度愈高，高压内、外缸上、下缸温差愈大。与一段抽汽口设计在高压外缸的其他类型中间再热机组相比较，高压内缸前轴封漏汽进入一段抽汽，漏汽量愈大，排挤一抽流量愈多，而不会影响到汽缸上、下温差和造成高压缸排汽温度高。而引进型300MW机组，高压内缸前轴封漏汽直达高压缸排汽口，旁路整个高压缸，且因夹层上、下阻力不同，导致内、外缸上、下温差大，汽缸变形，螺栓松弛或断裂，中分面漏汽，高排温度高。而高压排汽平衡盘漏汽大，直接旁路中压缸。中压缸平衡盘漏汽大，经试验的机组结果表明，该值为再热蒸汽量的4～5%，漏汽量是设计量的2倍以上，这股漏汽不经再热器再热，即影响中压缸效率，又造成高压缸夹层气流的返流，而出现高压缸上、下缸温差大等问题。
另外，该汽轮机采用高中压合缸结构，转子跨度大，质量重，盘车转速低。一但转子停止，再次启动若因一些因素影响，盘车时间不足，转子热弯曲不能消除，启动过程中易发生较大振动，即使大修中能将汽封间隙调整到最佳值，几次启停被磨损，
再有这几个平衡盘直径大，前后压差大，特别是高压内缸前轴封压差达9Mpa左右，汽封间隙稍增大一点，漏汽量增加较大，所带来的安全隐患及经济性问题亦愈大。另外，这几处弹性汽封，均采用板式弹簧，使用中基本无退让作用，易被造成汽封齿损伤。在大修中一些机组还发现该弹簧断裂问题。
5.2 300MW汽轮机采用该技术的可行性
通过对该结构汽封工作原理，设计、加工、安装技术条件的了解和运行机组情况及大修检查结果的调查。针对300MW汽轮机结构特点及所存在的问题，分析认为，采用该项技术可使机组的运行状况得到较好的改善，且随运行时间的增长，其优势将越明显。采用现结构汽封即使能将汽封间隙调整到最佳值，受某些因素影响和随时间的增长，其效果无法与改进后的汽封相比较。
根据该汽轮机结构，只需对高、中压缸两端内侧轴封，高压内缸前轴封，中压缸平衡盘，高压缸排汽平衡盘，共14道汽封，采用该技术进行改进。这些部位是影响机组性能的关键部位，且汽封块较宽，宽度在60～70mm，安装汽封块槽道大，前、后压差高，很容易建立压力。
6 对可能出现的问题建议采取的技术措施
对于用户所担心的冷态启动在汽封完全打开和带初始负荷汽封关闭前易出现差胀大，正常运行汽封不能关闭或关闭后停机时打不开问题，建议采取以下技术措施。
6.1适当缩小汽封完全打开时的最大设计间隙，减小完全关闭时的初始负荷值
300MW机组轴向间隙设计值较大，运行数量表明，当缸胀在4～5mm以上时，即使转子加热较快，其差胀也不可能达到跳机保护动作值。但在冷态启动时，若暖机时间安排不当，则有可能出现较大差胀，为了避免这一可能性，根据机组可能出现的振动强度和揭缸检查结果，可将汽封完全打开时的最大间隙值设计在1.5～2.0mm，而不是且完全没有必要设计为3～4mm，这样可以减小汽封完全关闭时的初始负荷，又可以减小若汽封关闭不住所带来的影响。其最坏的结果，相当于现结构汽封被磨损到2mm左右的实际情况。
6.2合理设计汽封完全关闭时的最小间隙值
机组在正常负荷下运行时，各缸径向间隙一般可在0.50mm左右。但为防止汽封完全关闭后，又因某种因素影响而停机后打不开，造成下次启动时因径向间隙过小，出现动静碰磨而产生振动的可能性。保守起见，可将汽封完全关闭的最小径向间隙设计在现制造厂所需求设计值内。
6.3严格要求设计、加工、安装、弹簧质量
据调查，分析不同类型机组使用该技术的成功经验和失败教训，使用能否达到预期效果，设计、加工、安装、弹簧质量十分重要。所以决定使用该项技术改进时，谨慎选择设计和施工单位以及严格要求现场安装、调整质量十分重要，是成败的关键。
7 结束语
国产引进型300MW汽轮机所存在的问题，影响机组运行安全及经济性，根据该汽轮机结构，在其关键的几个部位，采用布莱登汽封结构，有利于改善和提高机组性能，并可获得明显的效果。
据对国内已采用该技术改进后的机组运行和大修情况调查 ，分析认为，该汽封是一项先进的成熟技术，只要选择合适的承办单位，严格控制设计、加工和安装等环节的工作质量，就可以在国产引进型300MW汽轮机上可靠地应用。
参考文献
[1]ROBERT SMOCK，新技术用于改进现役汽轮机，《Power Engineering》，1989.5
[2]国家电力公司热工研究院等，关于布莱登汽封使用情况调查报告，2001.3