一起汽轮机大轴弯曲未遂事故的分析

古仲炎

(广东粤嘉电力有限公司，广东 梅州 514032)

某电厂5号机组汽轮机大修后第1次停机，冷机过程中发生一起因汽缸保温质量不良引发的大轴弯曲未遂事故。

1 事故经过

某电厂5号机组于2010年10月完成A级检修后，一直连续运行至2011年4月，并按计划于2011-04-03开工进行C级检修。机组按调度命令于2011-04-02T23:12解列停机，汽机投入连续盘车冷机过程。在盘车冷机过程中运行人员发现汽机高、中压外缸内壁上下缸温差逐渐增大，中压外缸内壁温上下缸温差在2011-04-03T15:39超过50℃，高压外缸内壁温上下缸温差在2011-04-03T 21:44达到50 ℃，而汽轮机厂家说明书规定“汽轮机高、中压缸外缸上下温差不能大于50 ℃”。至2011-04-04T14:00,高压缸外缸内壁上下温差达55.9 ℃超限，中压缸外缸内壁上下温差达到60 ℃超限的最大值后，出现逐渐缓慢回落趋势。

运行人员检查后未发现有进冷汽、冷水现象，汽缸各金属温度测点设备完好，各点金属温度无突升、突降现象，怀疑该汽轮机汽缸温差大属于保温质量问题，决定对汽缸保温进行拆解。为了使汽缸温度尽快降至100 ℃以下，以具备拆汽缸保温条件，电厂决定投入汽轮机快速冷却装置(一种将压缩空气进行电加热至一定温度后通入汽轮机通流部位进行汽缸冷却的装置，在国内电厂中有部分机组配备，以下简称“快冷装置”)。2011-04-05T17:25，投入快冷装置后，高、中压缸外缸内壁上下温差及高、中压缸内缸内壁上下温差出现增大现象，盘车电机运行电流为8～13 A。19:32，检查汽机大轴晃动幅值升至0.08 mm，同时各轴承轴振动值也出现缓慢上升趋势。汽机轴封位置出现金属摩擦声，出现汽轮机组典型的大轴弯曲现象。

电厂管理人员决定立即停止快冷装置运行并采取“闷缸”措施，同时适当削减汽机高、中压缸上缸保温厚度。在采取这些措施后，汽轮机大轴晃动、盘车电机电流波动、汽缸上下温差均呈缓慢下降趋势。至2011-04-06T02:00，5号机高压缸外缸内壁上下温差缩小至50 ℃以下，大轴晃动稳定幅值在0.015 mm左右，盘车电机电流恢复正常，确认汽轮机组大轴弯曲已经恢复正常，未发生永久变形。

2 事故原因分析

(1) 汽缸保温上下缸不匹配，造成汽机在停机后的自然冷却过程中，出现上下缸温差逐渐增大并超过规程规定值。电厂在2010年10月份A级检修过程中，因过分关注“汽缸保温表面温度不能超过50 ℃”的规定，盲目加厚汽缸上缸的保温层。经查，汽缸上缸保温层厚度实际施工厚度达到250 mm，而厂家上汽缸保温层设计材料仅为190 mm；下缸部分因受安装空间和施工条件的限制，无法加厚和监测表面温度，造成了上下缸保温不匹配。在停机后的汽缸自然冷却过程中，上缸因保温过好而散热慢。下缸则散热相对较快，以致出现上下缸温差逐渐增大，超过规定值的现象。

(2) 在已经出现上下缸温差大的情况下，投入汽轮机快冷装置运行的做法欠妥。当汽机已经出现上下缸温差大的情况时，投入汽轮机快速冷却装置，必然导致下缸冷却更快，使已经开始出现回落的外缸上下缸温差又增大，并且使高、中压内缸上下缸温差也增大。最终，因汽缸上下缸温差大、上下缸膨胀不一致而导致动静摩擦，造成大轴弯曲。

3 防范措施及对策

(1) 重视汽缸保温的施工质量。汽缸保温的优

劣可以通过上、下缸温差反映出来，保温质量的好坏会严重影响汽轮机的安全运行和热态启动。对于汽轮机汽缸保温的敷设，应当执行制造厂的设计规范，并综合考虑以下3点要求。

① 因为汽机下缸有抽汽管接口，并考虑冷气易下沉等因素，为了减小上下缸温差，同一汽缸的下缸保温层应比上缸厚一些。在采用微孔硅酸钙制品或硅酸铝耐火纤维制品时，通常下缸保温层厚度比上缸大20 %左右。

② 当周围空气温度为25 ℃时，保温层表面最高温度不得超过50 ℃。

③ 应保证汽轮机在任何工况下，外缸上下缸温差不得大于50 ℃。

(2) 当汽轮机出现上下缸温差大的情况时，严禁投入汽轮机快速冷却装置或进行汽缸夹层加热或冷却。

(3) 应根据每台机组的具体特性及制造厂家要求，制订出机组在各种状态下的典型起动曲线(冷态、温态、热态滑参数启动)和停机曲线(滑参数停机和中参数停机的降温降压曲线、停机后汽缸主要金属温度的下降曲线、正常停机惰走曲线和紧急破坏真空停机过程的惰走曲线等)，并编入运行规程，以便运行人员对照，尽早发现问题。

(4) 在汽轮机停机后的冷却过程中，运行人员必须认真监盘、巡回检查，对汽缸温度、盘车电机电流、润滑油压等主要参数要加强监视、分析。

(5) 对新建机组或有条件的机组，应优先考虑采用喷涂保温结构。喷涂保温结构采用珍珠岩、石棉和钾水玻璃粘合剂同时喷涂在汽缸表面，喷涂材料所含成分相互作用释放出热量，使喷涂层得到干燥，其使用温度可达600 ℃。喷涂保温结构严密、无缝隙、耐振和隔声性能较好，可缩短机组热态启动所需时间；可使汽轮机停机后的冷却速度大大降低，基本上可以消除在停机后的冷却过程中出现各部件温差过大的情况，明显改善汽轮机的运行条件。