K156型汽轮机轴封漏汽分析及处理

上海电力股份有限公司吴泾热电厂 瞿惠斌 姚建强

上汽厂K156型汽轮机组轴封系统是一种闭式轴封系统，主要由轴封、轴封汽管道系统、轴封汽调节系统、轴封加热器系统组成，其主要作用有三：第一，防止高压侧轴端的蒸汽外漏，造成主机润滑油进水及环境污染；第二，防止空气漏入低压侧，凝汽器真空降低，效率下降；第三，回收热量及工质，保证机组的正常启停及运行。在机组运行中如果出现轴封漏汽现象，势必会影响机组的各项指标，机组安全经济运行将得不到保障[1]。

1 K156型汽轮机组轴封系统工作情况概述

K156型汽轮机组正常运行时轴封汽采用自密封形式：高中压缸内做过功的蒸汽漏入设在汽缸两端端部的轴封内腔室后，大部分蒸汽通过机组的轴封汽母管向低压缸两端的轴封内腔室供汽，为低压缸的轴端实施密封[2]；少部分蒸汽继续漏入高中压缸两端轴封的外腔室和外界漏入的空气通过轴封加热器的管道系统被抽吸到轴承，维持高中压轴封不向外界漏汽。同时低压轴封外腔室漏入的空气和少量内腔室逃逸出的轴封汽也通过轴封加热器的管道系统被抽吸到轴加，维持低压轴封不向低压缸内漏空气。被抽出的疏汽在轴加内经过换热后不凝结气体由轴加风机排入大气中。

2 轴封漏汽危害及漏汽原因分析

2.1 轴封漏汽危害

该厂此类某台机组自投运以来，高中压缸后轴封经常发生轴封漏汽现象，曾请原安装单位处理，仍不能完全消除。该机组润滑油含水率平均为273ml/L（标准≤100ml/L）。轴封向外界漏汽，一方面会造成工质和热量的损失，会污染环境，引起金属部件锈蚀；另一方面会窜入轴承室，引起润滑油带水、油质恶化，严重影响机组的安全运行。一般机组为使轴承润滑油回油通畅，轴承室设计往往是负压的；同时K156机组为紧凑型机组，高中压轴封与轴承室距离更近。这就加剧了轴封汽外漏时窜入轴承室的蒸汽量，其危害性也会大大增加。所以在汽轮机运行时维持轴封不向外界漏汽对机组安全、经济、平稳运行至关重要。

2.2 轴封漏汽原因分析

第一，轴封加热器系统工作不正常（轴加水位过高、轴加风机失效、轴加换热管泄漏等），使高中压外轴封疏汽排向轴封加热器受阻引起高中压轴封外腔室内汽压过高而发生轴封汽外漏。

第二，轴封套壳体自身的水平结合面及轴封套壳体整体与汽缸端部垂直结合面若存在间隙，轴封汽将直接从该间隙漏出。

第三，轴封弹簧片失效（断裂、变形）使轴封块在汽压作用下退让至最大，此时将出现轴封块周向膨胀间隙过大超标、轴封块径向间隙超标的叠加作用，轴封汽将大量向外直窜漏出。

第四，轴封块径向间隙偏大超标，轴封梳齿不起作用，轴封汽大量向外漏出。

第五，轴封块周向膨胀间隙超标：若间隙过大，轴封汽将直接从产生的间隙中漏出；若间隙过小，轴封块受热膨胀，整道轴封变成椭圆，在对称两端轴封块的径向间隙将大大增加，轴封梳齿不起作用，轴封汽大量向外漏出。

第六，高中压轴封内腔室漏汽至低压轴封之间汽管道（包括轴封汽母管）有杂物堵塞或因内壁腐蚀引起汽流不畅造成高中压轴封腔室内汽压过高而发生轴封汽外漏。

第七，高中压轴封外腔室疏汽至轴封加热器管道有杂物堵塞或因内壁腐蚀引起汽流不畅造成高中压轴封外腔室内汽压过高而发生轴封汽外漏。

第八，高中压外轴封套壳体有贯穿裂纹、砂眼，轴封套壳体上疏水管接头有裂纹、断裂，致使轴封汽直接外漏；疏水管有异物堵塞疏水不正常，引起轴封腔室内汽压升高而发生轴封汽外漏。

3 根据分析原因进行高中压轴封漏汽的处理并提出建议

3.1 机组运行中对高中压轴封漏汽的检查处理和建议

第一，若轴封加热系统工作不正常，不能在轴加内形成真空或真空过低，则轴封疏汽没有出路，只能从外轴封处沿轴颈漏入外界进而被吸入轴承室。在机组运行中，要求运行人员进行轴加风机轮换运行及两台全开试验，就地观察轴加疏水水位、轴加真空等均正常。说明轴封加热器系统运行正常，与该机组轴封漏汽无关，建议加强巡视，发现异常立即处理。

第二，在高中压轴封漏汽未消除时，为降低窜入轴承室的轴封漏汽对机组运行的影响，建议开启外接真空式滤油机滤油，以降低润滑油含水率。滤油机开启后测得平均润滑油含水率为205ml/L（标准≤100ml/L）。

第三，机组运行时针对高中压后轴封漏汽，将该处的保温沿汽缸水平中分面位置左右对称开孔洞，形成蒸汽通道，使积聚在轴承室外的蒸汽散发一部分，尽量减少蒸汽被吸入轴承室。该操作有一定效果，但在机组负荷高时效果较小。同时建议在两侧保温所开孔洞处设置鼓风机抽吸，尽量不要设置成吹入，以防外界较冷空气直接与高温金属部件接触，从而影响金属材料性能。

3.2 高中压后轴封漏汽问题最佳的解决建议

在该机组停机检修时，针对性地进行了轴封、轴封汽管道系统的检修和维护，及时发现问题并进行最佳处理，解决高中压后轴封漏汽问题。

第一，轴封套壳体自身上下两半及与汽缸端部结合面存在间隙，则高中压缸内蒸汽会从间隙之间直接外漏，由于保温层的阻挡和积聚作用，大部分漏出的蒸汽最终会顺着转子轴向通过轴承外油挡窜入轴承室内污染润滑油，而轴承室内的负压状态更加剧了漏汽的吸入。在检修过程中，对高中压后轴封的内、外轴封套壳体上下解体后目测检查无汽流贯穿痕迹、外轴封套壳体拆卸后检查不锈钢垫片平整无卷边且与汽缸端部垂直接触面目测无汽流冲刷痕迹。说明该处轴封漏汽与轴封套壳体的水平、垂直结合面的密封均无关。

第二，若轴封弹簧片存在缺损、裂纹，轴封块压下不能正常弹起或弹起不到位等象征，则机组运行时会造成弹簧片失效，致使轴封块向轴封套壳体退让（轴封块退让间隙一般在1.8mm 左右），此时轴封的径向间隙、周向膨胀间隙均会增加较大，产生轴封汽大量直窜外漏现象。在检修过程中，对高中压后轴封块背部的弹簧片进行了检查，所有弹簧片均完好无破损、裂纹，轴封块能用力压下且弹起正常。轴封弹簧片无失效现象。说明该处轴封漏汽与轴封弹簧片无关。

第三，若轴封块径向间隙过大，则轴封封汽的作用下降，会使大量蒸汽漏到汽缸外而窜入轴承室。在检修过程中，对高中压后轴封块进行解体清理检查：检查轴封齿有无磨损、卷边等，并对其进行修整、确认轴封块均完好无异常；测量高中压缸后轴封的径向间隙。经过测量，高中压后轴封两道外轴封的下半径向间隙偏大超标。机组运行时振动是不可避免的，运行时转子有一定上抬量，这两点叠加会使轴封下部径向间隙更大，造成轴封汽外漏更严重。检修中将径向间隙偏大超标的轴封块进行车削背弧处理（若间隙偏小则应在轴封块背弧处距端面2～3mm 处进行捻打出小凸肩处理），直至径向间隙合格为止。

第四，若轴封块周向膨胀间隙过大，则轴封周向存在间隙，形成汽流通道，使缸内蒸汽直接经通道向外漏出并顺着转子窜入轴承室；若轴封块周向膨胀间隙过小，则轴封块受热后膨胀受阻克服弹簧片弹力向后退让，整道轴封由整圆形变成椭圆形，造成轴封在椭圆形对称两端处的径向间隙增大超标，使蒸汽向外漏出继而窜入轴承室污染润滑油。内轴封周向膨胀间隙超标过大时，轴封外腔室蒸汽量和压力均增大，轴加来不及抽取使蒸汽外漏而窜入轴承室。检修中，轴封块径向间隙调整合格后进行周向膨胀间隙测量，背弧车削处理过的两道高中压后轴封外轴封块的周向膨胀间隙均过小且出现了负值。将这两道位于顶部的各一块轴封块取下进行端部锉削，直至膨胀间隙合格为止。

第五，机组正常运行时其轴封汽为自密封：高中压缸内做过功的蒸汽经内轴封进入轴封内腔室后通过轴封汽管向低压轴封内腔室供汽。若此管道有杂物堵塞、内壁腐蚀，产生通径变小现象，会造成高中压轴封内腔室向低压轴封内腔室供汽不畅，大量蒸汽进入外腔室，轴封加热器来不及抽取使蒸汽从轴端外漏进而窜入轴承室。在检修时对机组高中压轴封至低压轴封之间汽管道（包括轴封汽母管）进行了内窥镜检查，没有发现管道有异物、铁锈等杂物堵塞现象。说明该机组轴封漏汽与轴封汽自密封管道无关。建议每次检修若有机会均对其进行内窥镜检查。

第六，高中压轴封内腔室会有部分蒸汽通过轴封齿进入外腔室，在汇合漏入的空气后通过轴封疏汽管被抽吸至轴封加热器。若此管道有杂物堵塞，会使轴封加热器汽流不畅，轴封汽积聚造成轴封外腔室正压，蒸汽克服大气压力从轴端漏出进而窜入轴承室。在检修时对机组高中压后轴封疏汽至轴封加热器之间的管道进行了内窥镜检查，没有发现管道有异物、铁锈等杂物堵塞现象。说明该机组轴封漏汽与机组高中压轴封外腔室至轴封加热器间的疏汽管道无关。建议每次检修若有机会均对其进行内窥镜检查。

第七，机组高中压轴封内、外腔室各有一个疏水口，内腔室疏水通过管道接入轴封汽母管、外腔室疏水通过管道接入疏水膨胀箱。若疏水管道不通畅会在腔室形成蒸汽积聚，在压力差的作用下使轴封汽外漏而窜入轴承室；若高中压轴封套壳体、疏水管有裂纹，则裂纹越靠近轴承室，外漏的轴封汽窜入轴承室就越多。在检修时检查高中压轴封套外壳无贯穿裂纹、砂眼。在将高中压轴封疏水管和疏水管接头拆下检查时，发现后轴封内腔室疏水管接头有裂纹、外腔室疏水管接头有焊瘤堵塞使其通流直径变小很多。后轴封内腔室疏水管接头有裂纹，使轴封内腔室内蒸汽直接外漏，致使轴封汽窜入轴承室；后轴封外腔室疏水管接头通流直径变小、疏水不畅，腔室内汽压上升克服轴封加热器抽吸力使轴封汽外漏，致使轴封汽窜入轴承室。检修中，对内外腔室疏水孔进行清理，按相同材质更换疏水管接头及部分疏水管，保证疏水管道接头及其管道通畅无堵塞、完好无裂纹。建议每次B 级及以上等级检修时对其进行检查维护。

3.3 检修处理总结及效果检查

第一，此次机组检修主要对所分析原因进行逐项验证。对测量发现的不符标准的高中压后轴封径向间隙、周向膨胀间隙进行调整直至测量合格；对检查发现的轴封套壳体有缺陷的疏水接头和疏水管进行更换，并提出建议。

第二，该机组检修后启动顺利，检查高中压后轴封处已无蒸汽漏出。测量润滑油含水率明显下降，平均数值为70ml/L（标准为≤100ml/L）。通过此次检修消除了机组高中压缸后轴封漏汽问题，同时机组润滑油含水率也合格了。

4 结语

不仅K156型汽轮机会影响机组的安全经济运行，所有汽轮机的轴封泄漏都会影响。在轴封发生泄漏时，必定有蒸汽窜入附近轴承室，污染润滑油，使油质恶化进而影响轴承瓦温和转子振动。通过此次检修，不仅消除了高中压后轴封漏汽之缺陷，还一并消除了油中进水隐患，使其更好地运行效果。在机组没有条件进行停机揭缸检修处理情况下，需采取临时措施，本文建议对泄漏进入轴承室的蒸汽进行滤油及对轴封加热器系统的检查、试验，同时对轴封处的保温进行开对流孔洞、设置鼓风机进行引流、散发，以减轻漏汽对润滑油的污染。当后续机组有检修机会再进行揭缸处理时，按原因逐项检查检修，彻底解决机组轴封泄漏问题。希望本文能给予同行业单位一点借鉴并在同类型机组运行、检修过程中提供参考。