核电半速与全速汽轮机轴封系统的比较与优化

第39卷第4期2010年12月热力透平THERMALTURBINEVO139NO4DEC2010核电半速与全速汽轮机轴封系统的比较与优化王小刚，范瑞波中广核工程有限公司设备采购与成套中心，广东深圳518124摘要汽轮机轴封系统是核电站常规岛的重要系统，本文分别以岭澳一期百万等级核电全速汽轮机与岭澳二期百万等级核电半速汽轮机为典型实例，分析了半速汽轮机轴封系统与全速汽轮机轴封系统的区别与优化，并与常规火电汽轮机轴封进行了比较，最后提出对半速汽轮机轴封系统的改进意见。关键词核电；汽轮机；轴封系统中图分类号TK2636文献标识码A文章编号16725549201004023904COMPARISONANDOPTIMIZATIONOFGLANDSEALSYSTEMBETWEENHALFSPEEDANDFULLSPEEDTURBINESOFNUCLEARPOWERWANGXIAOGANG，FANRUIBOEQUIPMENTPROCUREMENTANDCOMPLETESETCENTER，CHINANUCLEARPOWERENGINEERINGCO，LLD，SHENZHENGUANGDONG，518124ABSTRACTGLANDSEALSYSTEMISANIMPORTANTSYSTEMINCONVENTIONALISLANDOFNUCLEARPOWERSTATIONTHISARTICLEINTRODUCESGLANDSEALSYSTEMANDCONFIGURATIONOFHALFSPEEDANDFULLSPEEDNUCLEARPOWERTURBINESFURTHERMORE，THEDIFFERENCEANDOPTIMIZATIONBETWEENTWOTYPESOFNUCEARPOWERTURBINESISANALYZEDANDCOMPARISONWITHCOALFIREDPOWERSTATIONISALSOCONDUCTEDFINALLY，THEIMPROVEMENTEOMMENTSAREPRESENTEDKEYWORDSNUCLEARPOWER；TURBINE；GLANDSEALSYSTEM目前，国内在建和拟建的百万等级核电站主要采用半速汽轮机。岭澳核电站二期采用了国内第一台半转速汽轮机，由东方汽轮机厂和ALSTOM联合生产，主蒸汽进汽压力为643MPA，温度为2801，额定功率为10869MW，汽轮机由一个高中压合缸和两个双流低压缸组成。岭澳核电站一期汽轮机是从ALSTOM引进的全转速汽轮机，主蒸汽参数与岭澳二期一样，额定功率为9838MW，汽轮机由1个双流高压缸和3个双流低压缸组成。核电站汽轮机轴封系统的功能是对汽轮机的轴端和汽轮机截止阀、调节阀的阀杆提供密封蒸汽，防止空气漏人和蒸汽外漏。汽轮机启动时，向汽轮机的高中压缸、低压缸端部轴封提供密封蒸汽，防止空气进入汽缸。正常运行时，防止高中压缸蒸汽外漏，并将高中压缸轴封蒸汽及截止阀、调节阀的阀杆漏汽导入低压缸轴封，防止空气漏人低压缸。由于岭澳二期汽轮机的型式相对于岭澳一期有较大的变化，因此，轴封系统也相应有较大的变化。本文结合设计审查过程中的一些工作，对岭澳二期轴封系统与岭澳一期轴封系统进行了分析与比较，并与常规火电汽轮机轴封进行了比较，最后提出了对岭澳二期轴封系统的改进意见。1岭澳二期半速汽轮机与岭澳一期全速汽轮机轴封介绍轴封系统主要由轴封进汽阀、压力调节阀、轴封凝汽器、轴抽风机、密封管线、排气管线以及疏水系统等组成。收稿日期20100706修订日期20101018作者简介王小刚1978一，男，中国科学院广州能源研究所毕业，硕士，工程师，现从事核电站常规岛设备采购管理工作。一一囡第4期核电半速与全速汽轮机轴封系统的比较与优化岭澳二期轴封系统如图1所示，根据蒸汽压力的不同，高压缸排汽端设置有3个腔室，高压缸与中压缸之间设置有2个腔室，中压缸排汽端和低压缸两端各设有2个腔室，高压截止阀设置有1个腔室，高压调节阀设置有2个腔室。轴封供汽有两路汽源，在机组启动和低负荷时由辅助蒸汽供汽，正常运行时由主蒸汽供汽，每路供汽管线上分别装配有1个电动隔离阀、1个滤网、1个气动压力调节阀和1个手动隔离阀。蒸汽经过调节阀进入密封管线，并使压力维持在115KPA，密封管线分别与高压调节阀内腔室、高压缸排汽端中间腔室、中压缸排汽端内腔室和低压缸内腔室相连接，其中，高压调节阀内腔室因压力较高，是漏与高压凋内腔室相与高压截腔室、高节阀外腔汽至密封管线的，低压缸内腔室压力较低，由密封管线供汽，而高压排汽端中间腔室和中压排汽端内腔室则存在双向流动的情况，在启动或低负荷时，由密封管线向这2个腔室供汽，在正常运行期间，这2个腔室向密封管线漏汽。所有的轴封外腔室均与排气管线相连，排向轴封凝汽器，冷凝后的疏水通过U型管排向主凝汽器，不凝结气体由轴抽风机抽出，轴抽风机维持排气管线内的压力为微负压。高、中压缸之间的2个腔室压力较高，因此分别通过平衡管与7抽、6抽连接，高压排汽端的内腔室通过平衡管与3抽连接，通过这3根平衡管，既回收利用了高品质的轴封漏汽，也平衡了部分高中压缸的轴向推力J。平衡管VV1J1NJ1J1_J11JU_LJ1J1_弋八九伶、NJ_1，L厂1N厂1乙厂L九厂7抽八八平衡管3抽阀闻【L图1岭澳二期轴封系统不恿图岭澳一期轴封系统如图2所示，高压缸两排室和低压缸两端的内腔室。在汽机高负荷时，轴汽端各设置有3个轴封腔室，低压缸排汽端各设封不再需要外部汽源，少量蒸汽从导汽管进入高置有2个腔室，高压截止阀和高压调节阀各设置压缸轴封内腔室，其中一部分漏入高压缸，另一部有2个腔室，低压截止阀和低压调节阀各设置有分进人中间腔室后流向密封管线，再供给各低压3个腔室。在汽机启动、停运和低负荷时，轴封供缸轴封的内腔室，如高压轴封来汽过多，溢汽则自汽有两路外部汽源，由主蒸汽或辅助蒸汽供给，经动排人1号低加。低压截止阀和调节阀的内腔室电动隔离阀主蒸汽和辅助蒸汽各1个电动隔离漏汽送往3号低加，对每个低压截止阀和调节阀阀、逆止阀、滤网和3个并联的调节阀送人密封均设置疏水管线，将轴封腔室外的疏水排走。所管线，密封管线将蒸汽送至高压缸两端的中间腔有轴封外腔室同排气管线相联J。圜一麓曩图2岭澳一期轴封系统示意图加热器核电半速与全速汽轮机轴封系统的比较与优化热力透平岭澳一期与二期均采用迷宫式汽封，在转子上加工为凹凸台阶，与之对应的汽封圈加工为薄2岭澳二期半速汽轮机轴封与岭澳一齿形，其工作原理是迫使蒸汽通过曲折的路径，降期全速汽轮机轴封的区别与优化低其压力，以减少漏汽或堵塞气体的通过。其优点是汽封片不易倒伏，缺点是容易发生径向碰撞岭澳二期轴封与岭澳一期相比，设计参数上摩擦，导致弯轴的危险增加。存在一定的差异，如表1所示。表1岭澳二期与岭澳一期轴封参数的对比岭澳二期轴封与岭澳一期相比，主要存在以下区别与优化1正常运行时轴封供汽方式的区别与优化。对于岭澳一期轴封，在额定工况下运行时，1996KGS蒸汽从导汽管经过节流孔板进入高压缸轴封内腔室，其中一部分漏人高压缸，另一部分0951KGS经过中间腔室流向密封管线，再供给各低压缸轴封的内腔室，多余的蒸汽0682KGS则自动排入1号低加。对于岭澳二期轴封，在额定工况下运行时，高压缸轴封漏汽0255KGS、中压缸轴封漏汽0304KGS和高压调节阀阀杆漏汽009KGS进入密封管线，还需要外部汽源0196KGS的主蒸汽送人轴封密封管线。2密封管线压力控制方式的区别与优化。对于一期轴封，在启动期间，通过3个并联的调节阀其中2个气动阀为自动调节，当气动阀故障时，主控室可操作电动调节阀调节压力调节密封管线压力维持在7KPAG，当机组正常运行时，3个进汽调节阀关闭，则通过2个并联的排汽阀其中1个气动阀为自动调节，当气动阀故障时，主控室可操作电动调节阀调节压力控制排人1号低加的蒸汽维持密封管线压力，同时，在密封管线上设置有2道安全阀，以确保密封管线压力不超过06MPA。对于岭澳二期轴封，密封管线的压力是分别通过主蒸汽压力控制阀和辅助蒸汽压力控制阀维持在115KPA，由于正常运行时需要外部汽源，所以没有设置排汽阀。3进汽阀后疏水方式的区别与优化。主蒸汽或辅助蒸汽通过进汽调节阀后往往会产生较多的疏水，这些疏水如果进入轴封腔室，将严重损坏汽封体，因此岭澳一期在密封管线的低位点设置有汽水分离器，启动时通过直接作用式气动疏水阀将疏水排往主凝汽器，正常运行时经过孔板连续排往主凝汽器。对于岭澳二期轴封，在密封管线与排汽管线之间设置有U型管，疏水通过U型管进入排汽管线，最后排往轴封凝汽器。4主汽进汽阀和再热进汽阀阀杆汽封的区别与优化。岭澳一期再热截止阀和再热调节阀均设置了复杂的汽封，每个阀有3个汽封腔室，最外侧还有1个疏水腔室，而岭澳二期由于再热阀采用了新型的蝶阀，因此再热截止阀和再热控制阀均未设置汽封。岭澳一期主汽截止阀和主汽调节阀均设置有2个汽封腔室，而岭澳二期主汽截止阀只设置有1个腔室，主汽调节阀设置有2个腔室，岭澳一期与岭澳二期的连接方式相同，其中主汽调节阀外腔室和主汽截止阀腔室均与排汽管线相连，主汽调节阀内腔室与密封管线相连。5轴封凝汽器疏水方式的区别。岭澳一期轴封凝汽器的疏水是通过U型管排入一个疏水箱，再通过气动疏水阀排往凝汽器，维持疏水箱的水位。而岭澳二期未设置专用的疏水箱，轴封凝汽器的疏水是通过U型管直接排往主凝汽器，疏水量大时，疏水将通过U型管直接溢出至电站污水系统。从以上分析可知，全速汽轮机与半速汽轮机最大的区别在于正常运行时是否需要外部汽源。岭澳一期全速汽轮机的设计源自于火电汽轮机的设计，由于火电蒸汽为过热蒸汽，正常运行时高压漏汽足够密封低压轴封。岭澳二期半速汽轮机是专为核电设计的，而核电蒸汽为饱和蒸汽，正常运|11囫第4期核电半速与全速汽轮机轴封系统的比较与优化行时高压漏汽为湿蒸汽，因此，需要引人外部过热蒸汽以提高轴封蒸汽的过热度并降低蒸汽湿度。3核电汽轮机与火电汽轮机轴封系统的区别岭澳一期、二期轴封与常规火电机组相比，也存在一些差别。一般常规火电汽轮机由于蒸汽的温度和压力较核电机组的参数高，通常设置高压轴封减温喷水调节站和低压轴封减温喷水调节站，用于降低轴封蒸汽的温度。在使用高压缸漏汽向汽封母管供汽时，为了防止轴封蒸汽与转子轴封区金属间产生的温差而使转子热应力过大产生变形和裂纹，当轴封蒸汽温度与调节端高压缸端壁温度之差大于85时，通过高压减温器向轴封蒸汽喷水。低压轴封减温喷水调节站使低压轴封蒸汽温度维持在121177OC之间，以防止汽封体可能的变形和损坏汽轮机转子。而对于核电机组，由于蒸汽的温度压力较低，无须设置喷水减温装置。常规火电汽轮机的轴封外部汽源通常为主蒸汽和辅助蒸汽，当使用主蒸汽供轴封用汽时，由于主蒸汽压力、温度很高，对汽封调节阀要求较高，且使用高品质的主蒸汽供轴封不经济，而辅助蒸汽温度压力相对较低，且其汽源稳定可靠，因此，在常规火电机组里，尽管设置了主蒸汽汽源，但较少使用，通常使用辅助蒸汽供轴封用汽。在近几年的新建火电机组中，有些已取消轴封系统的主蒸汽汽源，这样可以节省昂贵的轴封调节阀，降低造价。4关于岭澳二期半速汽轮机轴封系统的改进意见关于岭澳二期轴封系统，有如下改进意见1增加轴封进汽阀后的疏水系统。在岭澳二期轴封系统流程图前几个版本中，轴封进汽阀后未设置疏水，设计方的意图是通过密封管线的倾斜使疏水自动流向最低点，通过U型管进入排汽管线，但我们认为，进汽阀后疏水量较大，密封管线的倾斜度难以保证疏水的畅通，而且水份进入汽封体危害较大，应增加阀后疏水。设计方已接受此意见，增加了阀后疏水。2增加汽封进汽调节阀后的手动阀。由于盈墨_轴封供汽有两路汽源，且轴封调节阀动作频繁，当其中一路进汽调节阀故障时，为了能够隔离并进行在线检修，我们要求分别增加主汽和辅汽调节阀后手动阀。设计方已接受此意见，增加了手动阀。3增加密封管线的安全泄放阀。岭澳二期轴封系统密封管线上未设置安全泄放阀，考虑到主蒸汽和辅助蒸汽压力较高，应增加密封管线上的安全阀。但设计方认为，主汽和辅汽进汽管径较小，分别为40MM和60MILL，而密封管线管径为300MM，蒸汽由小管径进人大管径时，还有高灵敏度的压力调节阀，因而正常情况下不会产生超压。同时，在密封管线与排汽管线之问设置有U型管，在万一出现超压时，密封管线里的超压蒸汽会冲破U型管里的水封进入排汽管线而达到泄压目的。设计方未接受该意见，保持原设计。4增加轴封系统吹管用的法兰短节。根据国内电站施工调试经验，轴封系统在调试期间须进行吹管，因此，在轴封管道进入每个腔室之前，应加装法兰连接的短管，便于在调试期间拆卸以方便吹管。但设计方根据自身的惯例，认为轴封系统无须吹管，不接受该意见，保持原设计。5结论本文对核电汽轮机轴封系统进行了深入分析与比较，并分别以岭澳一期百万等级核电全速