轴封系统异常分析与处理

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 轴封系统异常分析与处理 【摘 要】某核电厂两台机组轴 封系统自投运以来，曾一度运行不够理 想。在经过一系列的技术改造和程序升 级后，运行情况得以改善。本文介绍了 历次机组启停或变工况过程中轴封系统 出现的异常情况、原因分析和处理过程， 并就今后轴封系统的运行方式提出了自 己的观点。 中国论文网 /8/view-12936543.htm 【关键词】轴封；冒汽；水封； 连通管；控制阀 中图分类号： TM621.2 文献标 识码： A 文章编号： 2095- 2457（2018）04-0155-002 0 引言 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 某核电汽轮机组轴封系统自调试 运行以来，由于系统设计不合理和人员 操作经验不足等方面的因素，在数次机 组启停和变工况运行过程中，均出现过 不同程度的异常，影响到机组的正常运 行。针对这些异常情况，相关人员经过 技术攻关，对不足之处进行了设计改造， 并将轴封系统相关操作经验固化于操作 规程之中，从而克服了系统的设计不足 和人员经验不足等因素，大大提高了轴 封系统的运行稳定性，为机组的安全、 稳定运行创造了条件。 1 轴封系统简介 某核电机组汽轮机轴封均采用迷 宫式汽封，通过汽轮机轴封系统向轴封 提供密封蒸汽，防止汽轮机轴端蒸汽沿 轴外漏或使空气漏入汽缸，破坏凝汽器 真空。 轴封系统有主蒸汽、辅助蒸汽、 低压缸抽汽三路汽源。正常运行时，由 低压缸抽汽作为供汽汽源，辅助蒸汽供 汽压力控制阀和供汽压力卸压阀共同控 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 制轴封蒸汽母管压力在 2028kPa 之间， 轴封母管内的蒸汽被分别送至每个轴密 封体，经过轴密封体后的乏汽流向轴封 冷却器，在那里被冷凝水冷却，产生的 凝结水疏至凝汽器中，而不凝结气体由 两台轴加风机抽出，排到大气。异常工 况下，主蒸汽作为供汽汽源，由主蒸汽 供汽压力控制阀保持轴封蒸汽母管压力 为 22kPa。辅助蒸汽只在机组启停期间 使用，正常运行期间处于隔离状态。 2 轴封系统历次异常工况分析及 对策 2.1 轴封冒汽、冒水、啸叫 轴封系统运行过程中，出现最多 的情况就是轴封系统在投运过程中或者 机组工况变化时，汽轮机轴封处出现冒 汽、冒水和啸叫现象。典型的事例如下： 2004 年 5 月 17 日，2 号机组启 动过程中，利用主蒸汽汽源投运轴封系 统。在轴封系统投运后不久，汽轮机 3#、6#轴封处有大量蒸汽往外冒出， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 4#、5#轴封处也有轻微的冒汽现象，同 时还有少量积水从轴封处冒出，并且汽 轮机平台可以听到尖锐的啸叫声。 由于主蒸汽当时正处于升温升压 过程中，参数还未到达额定参数，所以 主蒸汽品质欠佳，湿度过大，这些湿蒸 汽在流经轴密封体时大量凝结并且不能 及时被吹扫，淤积在密封腔室内，导致 大量蒸汽沿轴漏到大气，部份凝结水也 从轴封处被挤出。另外，湿度较大的主 蒸汽在进入轴封母管以前，被主蒸汽供 汽压力调节阀节流后也会产生大量凝结 水，而这些凝结水仅靠一根装有孔径为 5mm 节流孔板的管线疏往凝汽器，疏 水能力不足，轴封母管内会残留大量的 积水，致使轴封母管内的蒸汽产生汽带 水现象进入轴密封体，从而引起轴封腔 室进水，产生以上现象。此外，如果在 轴封系统投运的过程中，操作人员操之 过急，暖管时间不够，会引起密封体和 轴封蒸汽温差较大，导致蒸汽在密封体 内凝结，也会产生上述现象。针对以上 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 现象，运行人员通过增加轴加风机入口 阀开度调整轴加负压至-6kPa 左右，对 密封体内的积水进行吹扫，同时，通过 调整压力控制器的输出提高轴封供气压 力至 30kPa 左右，增加轴封体前后压差， 迫使积水流出，保持蒸汽流道畅通。通 过以上干预后，轴封处的冒汽、冒水现 象和啸叫声自动消失，在轴封处可听见 明显的吸气声。 鉴于以上问题，在今后的轴封系 统操作中，如果是在机组启动状态下投 运轴封系统，应优先选用辅助蒸汽（由 另一机组辅助蒸汽通过两个机组间的连 通管供汽）作为轴封汽源，待机组功率 达到 90%以上后再直接切换至低压缸抽 汽供汽。这样，不但可以保证轴封蒸汽 品质更优，减少轴封体积水的可能性， 而且在进行由辅助蒸汽往低压缸抽汽的 切换时，只需切换两路汽源的手动隔离 阀即可，不必调整压力控制器，从而大 大简化了轴封切换流程，降低了系统压 力波动的风险。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 2.2 辅助蒸汽连通管供轴封不能 实现机组间互为备用 辅助蒸汽系统设计有一根连通管， 可将 1#、2#机组辅助蒸汽系统连接起来， 以实现任一机组降功率或停机时，其辅 助蒸汽用户由正常运行机组辅助蒸汽系 统供应蒸汽，以便保持机组继续运行或 快速重新启动。然而运行实践证明，这 种设计带有一定的局限性： 2003 年 12 月 16 日，2#机组因机 械脱扣阀动作而跳机，之后轴封系统压 力急剧下降，凝汽器真空因低焊灼 封大量漏入空气而遭到破坏。与此同时， 1#、2#机组辅助蒸汽连通管贯穿 2#机组 RCW 热交换器房间管段发生剧烈摆动， 大量水泥封堵材料被振落。 如图 1 所示，在发生该事件前， 两台机组均满功率运行，辅助蒸汽母管 内压力相等，1#、2#机组连通管中蒸汽 处于相对静止状态，连通管内因蒸汽冷 却散热形成较多积水。当 2#机组跳机后， 其辅助蒸汽母管压力急剧下降，而 1#机 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 组的辅助蒸汽压力保持不变，两者产生 压力差，1#机组的辅助蒸汽便通过连通 管流向 2#机组，连通管中的积水被蒸汽 带入轴封系统，形成湿蒸汽，并在低压 缸轴封处再次被冷凝，使低压缸轴封压 力迅速下降，失去密封功能，空气通过 低压缸轴封进入凝汽器，使真空恶化。 另外，连通管中的低温冷凝水在蒸汽流 过时，发生闪蒸，引起汽水共振，导致 连通管线剧烈振动。上述事件发生后， 运行人员立即关闭两个机组间的辅助蒸 汽连通阀，不久管道振动消失。 针对此问题，运行人员改变了系 统的运行模式，将两个机组间的辅助蒸 汽连通阀和辅助蒸汽供汽隔离阀由常开 状态改为常关状态，取消其正常运行期 间两个机组辅助蒸汽互为备用的功能， 仅仅用于当一台机组正常运行，另一台 机组启动的时候，作为启动机组的辅助 蒸汽供汽（主要是轴封系统用汽） 。另 外，还通过设计变更，在连通管的最低 点设置疏水器，确保连通管投运过程中 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 产生的凝结水能被及时疏往凝汽器，避 免发生管线汽水共振现象。 2.3 U 形管水封被破坏 在轴封冷却器的疏水管线上，设 计有一 U 形管水封，确保正常运行期间， 轴封冷却器液位和凝汽器真空达到一个 平衡状态。但在实际运行过程中，这个 U 形管水封很容易被破坏，引起凝汽器 真空恶化。 2003 年 6 月 22 日，1#机组低功 率运行期间，辅助锅炉故障停运，轴封 蒸汽（当时由辅助锅炉供汽）自动切换 到主蒸汽供汽，轴封压力短时降低后恢 复正常，但凝汽器真空却一直恶化，进 一步检查后发现轴封冷却器 U 形管水封 被破环。 如图 2 所示，U 形水封要想保持 平衡，必须使 U 形管两侧压力相对于最 低点处保持平衡，一旦任一侧压力发生 波动，这个平衡就会被打破。本事件中， 当辅助锅炉停运后，轴封蒸汽短时断汽， 轴封冷却器壳侧压力降低，当轴封蒸汽 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 切换到主蒸汽后，轴封冷却器壳侧压力 瞬间陡增，同时疏水量也急剧增加，打 破 U 形管两侧压力平衡，引起水封破坏， 大量轴封回流蒸汽涌入轴封冷却器中， 来不及冷凝便被吸到凝汽器中，使凝汽 器真空恶化。事件发生后，运行人员迅 速手动关闭水封与凝汽器的手动隔离阀， 并重新对 U 形管注水形成水封，凝汽器 真空得以恢复正常。 为了彻底解决瞬态工况下，U 形 管水封被破坏问题，目前已通过设计变 更在两个机组的水封隔离阀之前增加了 一台捕水器，这样，即便是在压力瞬态 下 U 形管水封被破坏，空气也不会进入 到凝汽器中，不会威胁到凝汽器真空， 而且被破坏的水封可重新自动建立，不 必再人工注水建立水封。增加这一改造 后，两台机组的水封至今没有出现过异 常。 2.4 低压缸抽汽管线垂直段无法 疏水 当机组利用另一机组辅助蒸汽作 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 为轴封汽源起机，功率达 90%以后，需 将轴封汽源由另一机组辅助蒸汽切换到 本机组低压缸抽汽。但在历次切换操作 中，轴封蒸汽母管均出现过不同程度的 压力波动，低压缸抽汽管线甚至出现振 动现象。 如图 3 所示，低压缸抽汽隔离阀 （V4601）阀门前有一段约 2 米高的竖 直管道，起机过程中，V4601 处于关闭 状态，低压缸抽汽管道中的凝结水都积 聚在 V4601 前。当进行轴封蒸汽切换时， 开启 V4601，关闭辅助蒸汽隔离阀 V4603，V4601 阀前的积水便进入母管， 在母管内遇热发生闪蒸，引起轴封母管 压力波动。另外，启机过程中 V4601 后 的逆止阀 V4602 受辅助蒸汽的反压作用 也处于关闭状态，所以 V4601 与 V4602 之间的这段管线内几乎没有蒸汽介质， 管线温度较低，当低压缸抽汽流经此段 管线时，会产生凝结水，引起汽水两相 流导致抽汽管线振动。 为了解决这一问题，我们通过设 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 计变更，在 V4601 与 V4602 间的管线 上加装自动疏水器，确保低压缸抽汽在 进入母管以前被氐资杷 。经过数次 机组的启动验