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1、第三节 轴封蒸汽系统一、轴封蒸汽系统概述 轴封蒸汽系统的主要功能是向汽轮机、给水泵小汽轮机的轴封和主汽阀、调节阀的阀杆汽封提供密封蒸汽，同时将各汽封的漏汽合理导向或抽出。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，以确保汽轮机有较高的效率；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（也即尽可能低的背参数），也是为了保证汽轮机组的高效率。轴封蒸汽系统主要是由密封装置、轴封蒸汽母管、汽封冷却器等设备及相应的阀门、管路系统构成。 汽轮机组的高、中、低压缸轴封均由若干个轴封组成。相邻两个轴封段之间形成一个汽室，并经各自的管道接至轴封系统。 在汽轮机组
2、启动前，汽轮机内部必须建立必要的真空。此时，利用辅助蒸汽向汽轮机的轴封装置送汽。在汽轮机组正常运行时，汽轮机的高压区段的蒸汽向外泄漏，同时，为了防止空气进入轴封系统，在高压区段的最外侧一个轴封汽室，则必须将蒸汽和空气的混合物抽出。由此看来，轴封蒸汽系统包括：送汽、回（抽）汽和漏汽三部分。 为了汽轮机本体部件的安全，对送汽的压力和温度有一定的要求。因为送汽温度如果与汽轮机本体部件温度（特别是转子的金属温度）差别太大，将使汽轮机部件产生很大的热应力，这种热应力将造成汽轮机部件寿命损耗的加剧，同时还会造成汽轮机动、静部分的相对膨胀失调，这将直接影响汽轮机组的安全。 为了控制轴封系统蒸汽的温度和压力，
3、系统内除管道、阀门之外，还设有压力调节装置和温度调节装置。 在汽轮机组正常运行时，轴封系统的蒸汽由系统内自行平衡。但此时压力调节装置、温度调节装置仍然进行跟踪监视和调节。此时，通过汽轮机高压轴封装置泄漏出来的蒸汽，分别被接到凝汽器、轴封加热器，尽可能地回收能量，确保汽轮机组的效率。 当汽轮机紧急停机时，高、中压缸的进汽阀迅速关闭。此时，高压缸内的蒸汽压力仍然较高，而中、低压缸内的蒸汽压力接近于凝汽器内的压力。于是，高压缸内的蒸汽将通过轴封蒸汽系统泄漏到中、低压缸内做功，造成汽轮机的超速。为了避免这种危险，轴封系统应设置有危急放汽阀，当轴封系统的压力超限时，放汽阀立即打开，将轴封系统与凝汽器接通
4、。 轴封蒸汽系统通常有两路外接汽源。一路是来自其他机组或辅助锅炉（对于新建电厂的第一台机组）的辅助蒸汽、经温度、压力调节阀之后，接至轴封蒸汽母管，并分别向各轴封送汽；另一路是主蒸汽经压力调节后供汽至轴封系统，作为轴封系统的备用汽源。 二、我公司350MW汽轮机轴封蒸汽系统 该系统是由汽轮机的轴封装置、汽封冷却器、轴封压力调节阀、轴封风机、压力调节阀以及相应的管道、阀门等部件组成。当机组在启动时，轴封蒸汽系统的汽源主要来自辅汽母管。为了防止杂质进入端轴封，供汽母管上设有蒸汽过滤网。辅汽进入轴封调压部件进行调压，调压后的辅汽随时由压力表、温度表监测，使辅汽在各种工况下维持其压力和温度的正常值。另外
5、，还有一部分轴封汽来自高、中调门杆漏汽。 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，除通过结构设计减小通过轴封的蒸汽（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。轴封系统的作用可概括为：（1）防止汽缸内蒸汽向外泄漏，同
6、时防止空气漏入汽缸的真空部分；（2）回收汽封漏汽，减少系统能虽和工质损失。大机组都采用具有自动调节装置的闭 式轴封系统，不同机组的轴封系统各不相同，但作用是一致的。以三段两个腔室轴封进行说明，如图5-3-1和图5-3-2所示。图5-3-1为机组在当机组在启动或低负荷运行时，轴封蒸汽系统的汽源来自辅助蒸汽系统。这些蒸汽经过汽封供气阀门站，进入轴封蒸汽母管。汽封供气阀门站通过调整使轴封蒸汽压力略高于大气压力。此时，汽封溢流阀处于关闭状态。此时，汽机各轴封内侧压力都低于大气压力，轴封蒸汽由辅助汽源或主蒸汽经减温减压后进入“X”腔室，此时“X”腔室的压力控制在1.161.29绝对大气压。轴封汽进入“X
7、”腔室后分成两路：一路经若干汽封齿后漏人汽缸内，另一路经若干汽封齿流向“Y”腔室，然后和漏入空气一起进入轴封加热器。“Y”腔室的压力在任何工况下都控制在略低于大气压力的状况，约为0. 993绝对大气压，以保证轴封漏汽不进入大气，这一方面减少了能量和工质的损失，另一方面也保证了车间的环境。如果轴封蒸汽调压阀无法满足轴封要求，如轴封蒸汽调压阀运行故障，或者轴封蒸汽进口阀门前蒸汽压力太低，则轴封调压旁路必须打开。轴封蒸汽调压阀的进出口阀门可以隔离轴封蒸汽调压阀。图5-3-1 空负荷或低负荷下的轴封系统随着机组负荷的增加，高、中压缸轴封漏汽和高、中压缸进汽阀的阀杆漏汽也相应增加，致使轴封蒸汽压力上升。
8、于是，汽封供气阀门站逐渐将进汽阀关小，以维持轴封蒸汽压力正常值，高、中缸内蒸汽压力将升高至某一工况后，轴封蒸汽系统的汽源切换为高、中压缸及门杆漏汽。高、中压缸前、后压力将先后高于“X”腔室的压力，此时汽缸内蒸汽将通过汽封齿漏入“X”腔室，其中一部分由“X”腔室流到“Y”腔室以阻止空气向内泄漏，另一部分蒸汽由“X”腔室流入轴封汽母管，经母管及减温器流入低压缸轴封的“X”腔室。这时，辅助汽源或主蒸汽就会自动停止向轴封汽母管供汽（注：绝对压力是按一个标准大气压1.101325MPa即760mmHg给出的）。如图5-3-2所示。当汽封供气阀门站全关时此时，轴封蒸汽压力改为汽封溢流阀门站来控制。汽封溢流
9、阀门站将多余的蒸汽排放至凝汽器。如果溢流调节阀达到其行程末端，或者运行出故障而多余蒸汽无法排放时，手动溢流旁路阀必须打开。如果溢流调节阀达到其行程末端，其中一个原因可能是轴封汽系统中的溢流蒸汽太多。图5-3-2 25负荷以上轴封系统由于高压缸前端轴封漏汽的压力、温度较高，因此高压缸前端轴封较长，它由五段四个腔室组成，后端轴封由四段三个腔室组成。机组正常运行时，为了不使高温汽流向外泄漏，辅汽直接送入高压缸第三个前轴封汽室（由内往外数，下同）和后端第二个轴封汽室。高压缸第二个前轴封汽室和第一个后轴封汽室内的漏汽直接引至中压缸排汽管，而第四个前轴封和第三个后轴封汽室的漏汽通过高压缸轴封回汽阀汇集至低
10、压汽封漏气母管；中压缸前、后两端各有三段两个汽室，辅汽被分别送入两端第一段轴封后的汽室和第二段轴封前的汽室，而两端第二个轴封汽室内的漏汽同样通过轴封回汽阀进入低压汽封漏气母管；低压缸的端轴封均由三段两个汽室组成，两端第一个轴封汽室与汽封密封蒸汽母管相连，两端第二个轴封汽室内的漏汽汇集至低压汽封漏气母管。 汽轮机（包括小汽轮机）最外一侧轴封的回汽（轴封泄漏的蒸汽和空气的混合物）及阀杆漏汽，均通过各自的管道汇集至低压汽封漏汽母管。低压汽封漏汽母管中的汽体随后排入汽封冷却器，回汽在汽封冷却器中冷凝。汽封冷却器的水源来自凝结水系统，其疏水排入凝汽器（本体立管）。用汽封冷却器水位计监视汽封冷却器的水位。
11、如果汽封冷却器水位高报警，则有可能是因为汽封冷却器水侧管道泄漏，或者由于汽封冷却器疏水故障。当汽封冷却器故障时，将回汽排到大气中。该汽封冷却器处配有两台100%容量的轴封风机，可互为切换、备用，利用一个汽封冷却器风机，把汽封冷却器中的空气从汽封冷却器中抽出，以确保汽封冷却器的微真空。 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。疏水阀门就是起到了排出疏水的作用。另外，疏水还可以收集起来可作为锅炉给水，如本系统中就是充分利用收集了疏水，将疏水阀门流出的疏水送至本体各立管。 三、自密封轴封系统的运行1. 启动时轴
12、封系统的运行在汽轮机和进汽管道所有疏水阀打开的情况下使机组盘车，建立通过主冷凝器的水循环，启动凝结水泵并建立通过轴封加热器的冷却水流，开启轴封加热器水室上的放气口，直至全部残留气体排入大气。确认轴封加热器壳体的疏水系统对主冷凝器是开着的。确认轴封加热器水位警报器在运行中。且仪表截止阀是开着的，打开向低压汽轮机汽封蒸汽减温器控制阀的供汽，开启控制阀每侧的手动截止阀。由于不向低压汽轮机各汽封供汽，因此控制阀应保持关闭位置，确认控制阀的旁路阀处于关闭状态。确认每个汽封系统压力调节阀站的手动截止阀和旁路阀处于关闭状态。电动截止阀也处于关闭状态。打开向汽封压力调节阀的供汽，确认供汽压力调节阀进口侧的疏水
13、阀是开着的，且供汽管道中无水。运行人员应确认辅助供汽温度与测得的高中压转子的表面金属温度是协调的，有关汽封蒸汽温度限定值应按照厂家规定执行。在确认调节阀入口的供汽管道中无水和供汽温度在规定的范围内以后，确认调节阀的旁路阀处于关闭状态，按顺序打开调节阀两侧的手动及电动截止阀。当辅助供汽截止阀打开后，在汽封供汽联箱内建起蒸汽压力，确认汽封供汽的压力稳定在控制调节阀的给定点。当汽封供汽联箱压力建立后，立即启动轴封加热器风机。确认各汽缸的每个汽封处均有低度真空。确认各汽缸的任何汽封的蒸汽没有漏入大气，如果发现有漏汽，则提高轴封加热器真空，或调整各调节阀的给定值以降低汽封联箱内的蒸汽压力直至停止向外部漏
14、汽。检查各低压缸汽封蒸汽的温度为限定值.之间，还检查置于蒸汽减温器和低压汽封之间的汽封联箱正在连续疏水。关闭凝汽器的真空破坏门，启动抽汽设备，并在凝汽器内建立尽可能高的真空，在每个汽缸的汽封建立起最大流量之前，所需的汽封蒸汽量随凝汽器真空的改善而增加。当汽封蒸汽温度太低，汽封供汽和端壁金属之间温差太大和汽封蒸汽减温未将汽封供汽温度适当地调整在最大和最小限制值之间时不停止盘车。如果探测到上述任何一种情况，汽轮机自动控制程序将接通汽封系统故障报警指示器，且在故障排除前或运行人员超调报警前继续盘车。当负荷增加到超过初始值时，所需的外部汽封供汽量减小；在高的负荷下，来自高压和中压汽轮机汽封的漏汽可能等
15、于各低压汽封所需的蒸汽总量。如果汽封母管压力继续增高，则汽封溢流阀将开启，并允许多余的汽封漏汽流往凝汽器；2. 降负荷时轴封系统的运行在控制降负荷时，当汽封母管压力降低后，辅助供汽调节阀根据需要而开启，以保持汽封联箱压力。当负荷降低时，应调整汽封供汽温度，使之与高中压转子金属表面温度的匹配能使转子应力（在汽封区内）减至最小。3. 汽轮机跳闸时轴封系统的运行当汽轮机跳闸时，汽封联箱的压力降低，辅助供汽调节阀快速开启，以保持汽封母管压力。由于汽封汽源的快速切换，使高压供汽和汽缸端壁金属之间的温度匹配受到限制。然而，如果在跳闸之前温度匹配得好，则当发生向外部供汽汽源的切换时，可避免产生过大的转子金属
16、表面的温度波动。4. 停机时轴封系统的运行停机时，在凝汽器的抽汽设备停止运行之前和凝汽器的真空完全消失以前，不得切断汽封供汽。停机时汽封操作顺序如下：在机组盘车和汽封供汽来自外部汽源的情况下，确认凝汽器真空已完全消失；关闭轴封加热器风机；按下述顺序关闭汽封压力调节阀两侧的手动及电动截止阀：辅助供汽阀及溢流阀。在切断轴封加热器的风机后，应立即关闭上述阀门（在汽封体内无真空的情况下，汽封供汽的投入将导致蒸汽漏入大气，这些蒸汽会进入润滑油的积漏区并凝结，成为污染杂质积累在油箱中）；切断向每个汽封压力调节阀的空气供应；关闭汽封蒸汽减温控制阀两侧的手动截止阀；切断向汽封蒸汽减温控制阀的空气供应；切断轴封加热器的冷却水。为保证汽轮机运行安全，汽封系统在运行须有如下限制：汽封供汽必须具有必要的过热度；盘车之前不得投入汽封供汽系统，以免转子弯曲； 为了防止汽封部位由于热应力而造成转子损坏，机组在启动和停机时，在尽量减小汽封蒸汽
