电厂汽轮机水冲击机理及防范措施

孙锡东

摘 要：汽轮机水冲击，即水或冷蒸汽（低温的饱和蒸汽）进入汽轮机，可能造成设备的严重损坏。此类设备事故应以预防为主，若运行中一旦发生，就要求集控运行人员必须采取正确果断的措施进行处理。文章以某厂660MW超超临界机组为例，介绍汽轮机水冲击的现象、危害及原因，提出汽轮机水冲击的处理方法和防范措施。

关键词：汽轮机；水冲击；上下缸温差

首先介绍一下某厂汽轮机设备主要技术规范和结构特点。汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造的超超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、高中压合缸、反动凝汽式汽轮机，型号是CCLN660-25/600/600，机组采用合作制造方式，高中压积木块为日本三菱公司制造，低压积木块为哈汽制造。回热系统设计有三台高压加器、一台内置式除氧器和四台低压加热器。

对于660MW超超临界机组，从下面几方面对汽轮机水冲击进行分析讲究：

1 汽轮机水冲击的现象

汽轮机进水时，以下现象不一定同时出现：（1）汽轮机上、下缸温差明显增大；（2）高、中压主汽阀，高、中压调阀或任一抽汽电动阀、抽汽逆止阀门杆处冒出白色的湿蒸汽或溅出水珠；（3）抽汽管道发生水冲击或产生振动，管道上下壁温差明显增大；（4）轴向位移增大，推力轴承金属温度及推力轴承回油温度急剧升高，汽缸金属温度迅速下降；（5）低压胀差负向变化明显；（6）汽缸内部发生金属摩擦声或撞击声，各轴承振动增大；（7）主蒸汽或再热蒸汽温度急剧下降；（8）盘车状态下盘车电流增大或者盘车跳闸。

2 汽轮机水冲击的危害

2.1 推力轴承的损坏

汽轮机进水时，因为水的密度比蒸汽密度大得多，在喷嘴中不能获得恰当的喷射速度和相对速度角；蒸汽的流动受到阻碍，在叶片中的压降增大，产生很大的轴向推力，可能造成推力瓦乌金烧毁。

2.2 动静部分碰磨

汽轮机进水或冷蒸汽，使处于高温下的金属部件突然冷却而急剧收缩，产生很大的热应力和热变形，下汽缸由于积水收缩较快，产生拱背现象，动静间隙发生变化，导致径向碰磨，机组强烈振动。当严重碰磨时，会造成大轴永久性弯曲。

2.3 叶片损伤及断裂

汽轮机进水后，水在喷嘴中喷射角度的改变会打在叶片进口边的背弧上，将会使叶片产生水冲击，造成叶片的损伤或断裂，尤其是对长叶片损坏程度更大。

2.4 阀门及汽缸结合面漏气

若阀门和汽缸受到急剧冷却，会使金属产生永久变形，导致阀门或汽缸接合面漏汽。

2.5 汽缸和转子产生较大的热应力引起金属裂纹，影响使用寿命

在高温下工作的金属部件受到冷水冷气急剧冷却时，由于部件内外受热不均产生过大的热应力，从而导致裂纹。

2.6 高温部件永久性变形

汽轮机高温金属部件在受到水或冷气急剧冷却，当热应力超过材料的屈服极限时，会产生永久性变形。

3 水冲击可能的途径

（1）除氧器满水，水由四抽汽管路进入汽轮机；（2）高、低压加热器满水，水由抽汽管道进入汽轮机；（3）汽机主、再热蒸汽管道疏水门故障，导致疏水不畅且主再热蒸汽管道内有积水，汽机冲转或运行中积水被蒸汽裹挟带入汽轮机；（4）正常运行蒸汽参数调整不当，低温、低过热度蒸汽进入汽轮机；（5）汽机热态启动时，冲转蒸汽参数控制不当，蒸汽过热度不够或蒸汽温度低于汽轮机缸温；（6）汽机停机后轴封系统减温水未关，水从轴封进入汽轮机；（7）汽机停机后旁路系统减温水未关，特别是有低旁的二级旁路系统，水从低旁途径高排逆止门进入汽轮机；（8）锅炉满水，水从供汽管道经主汽门进入汽轮机；（9）机组停机汽机后轴封供汽门不严，在缸温高时，低温轴封蒸汽漏进汽轮机；（10）凝汽器满水，水由汽机侧疏水或排汽管倒灌进汽轮机；（11）再热减温水门不严或投运不当，水从再热器管道进入汽轮机；（12）汽机停机后快冷装置投运不当，冷气由快冷装置进入汽輪机；（13）汽机启动过程中先抽真空后投轴封；机组运行中轴封供汽中断；（14）机组未在汽机冷态下锅炉打水压，汽机主汽门、或水压隔绝门不严汽轮机进水。

4 防止汽轮机水冲击的措施

有关设备和汽水系统应满足如下技术要求：（1）疏水点的布置要合理、完善；（2）疏水管按压力等级分别接到高、中、低压疏水联箱上。

在运行维护方面，要做到以下几点：（1）加强运行监督，严防发生水冲击，一旦发现汽轮机水冲击的前兆或象征（如主、再汽温10min内突降50度、机组振动达到极限），应采取紧急事故停机措施；（2）运行人员监盘时对汽缸温度和加热器、凝汽器、除氧器水位加强监视，尤其是在停机后不能忽视，一旦发现有水冲击现象，要迅速查明原因，果断处理。

机组热态启动前，主、再热蒸汽管道要充分暖管，疏水门保持常开，保证疏水畅通。

加强对高压加热器水位的关注，一旦高压加热器不能满足运行要求时，禁止投入运行。

定期检查加热器水位调节装置，正常疏水调门和事故放水调门调节正常。热工定期对高压加热器水位报警保护进行检查和实验，保证加热器保护正常运行。

密切关注加热器管束的运行状况，发现泄漏及时通知检修处理，必要时停止加热器运行。

加强除氧器、凝汽器水位监视，定期检查水位显示正常，各调节装置工作正常。

汽轮机滑参数停机时，严格控制降温降压速度，并保持主、再热汽温度一致，在任何时候，主汽温度必须和主汽压力匹配，保持蒸汽过热度大于100℃，最低不小于56℃，高压缸排气温度最少有20℃的饱和度。

利用喷水减温降温时，应当注意减温水减温器后足够的饱和度。当低负荷时或者减温水喷入后，减温器后温度没有明显变化时，严禁再喷水降温。

机组运行中当发现汽缸、抽汽管道上下温差不正常增大时，应设法查找原因，切断水击汽源，同时加强疏水。

停机后，要隔绝一切可能返水返汽的来源，如轴封、高旁减温水门、轴封各路供汽门、各段抽汽逆止门、电动门、高排逆止门和凝汽器补水门应关闭严密。汽轮机停止后每1小时检查并记录一次以下参数直到高压缸调节级金属温度低于150℃。高中压上下缸温差、胀差、汽缸膨胀、盘车电流及其晃动值、转子偏心度、凝汽器水位，发现异常及时处理。

5 汽轮机水冲击事故处理

（1）当发现汽轮机上下缸温差达42℃应及时汇报处理。严密监视主、再热蒸汽汽温，轴向位移、推力轴承金属温度、推力轴承回油温度、胀差及机组振动情况，汽轮机上下缸温差大于56℃，应紧急破坏真空停机。开启汽机本体及抽汽逆止门前疏水门。（2）打闸停机后，应严密监视推力轴承金属温度、回油温度、轴向位移、上下缸温差、胀差、振动变化，并详细记录惰走时间，倾听机组内部声音。（3）如由于加热器满水引起汽轮机进水，应立即停用解列加热器，并开启抽汽管道疏水阀。（4）如在惰走时未听出异声，且惰走时间、推力轴承温度、推力轴承回油温度和轴向位移未超过正常运行高限值，投入盘车4小时后待转子偏心度小于0.075mm，上下缸温差小于42℃，同时机组符合热态启动条件后，方可允许重新冲车。（5）汽轮机进水后，如轴向位移上升至极限值或推力瓦块温度和推力轴承回油温度上升，或者惰走时听到异音和摩擦声，惰走时间较正常破坏真空停机时缩短，应停机揭缸检查。

参考文献

[1]中国华东电力集团公司科学技术委员会.600MW火电机组运行技术丛书：汽轮机分册[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]陈庚.单元机组集控运行[M].北京：中国电力出版社，2000.

[3]大唐国际吕四港发电有限责任公司.集控运行规程[Z].