汽轮机常见故障分析
在实际运行中,由于各种因素的影响,机器永久完全正常运转就是不可能的,要求绝对不出故障也就是难以作到的。有些故障的出现,不就是运行操作方面的原因,而就是由其她原因造成的,诸如设备本身的质量、外界的影响、自然条件、偶然原因等。但就是应当做到少出故障,不出大故障;即使出现故障后,也能采取措施,使故障所造成的损失减少到最小程度。更主要的就是我们应当尽量做到预先防止故障的发生,将故障消灭在萌芽状态,防患于未然。
在机组发生故障或事故时,特别应当注意下述问题:
发生故障时,运行人员应迅速解除对人身与设备的危险,找出发生故障的原因,消除故障,同时注意保持非故障设备的运行。
在处理故障时,运行人员必须坚守岗位,集中全部精力来力争保持机组的正常运行,消除所有的不正常情况,正确、迅速地向上级报告,并迅速准确地执行命令。消灭事故时,动作应当迅速、正确,不应急躁、慌张,否则不但不能消除故障,反而更会使故障扩大。
一、主蒸汽参数不符合规定
主蒸汽(也叫新汽)的温度与压力不符合规定,对汽轮机组对性能、强度与安全可靠性以及使用寿命等,都具有很大的影响,甚至可能造成事故,因此必须严格控制。关于工业汽轮机主蒸汽参数偏离额定规范时的处理方法,目前尚未现行规范,但可参考我国电力部制定的电站汽轮机的规定。
1.中温中压机组
蒸汽压力允许在规定压力土0、5表压范围内变化。比规定汽压超过0、5～2、0表压时,通知锅炉迅速降压。超过2、0表压后,应关小主汽阀或总汽阀节流降压,以保持汽轮机前的蒸汽压力正常。如果节流无效,则应与主控制室联系故障停机。比规定压力降低0、5～3、0表压时,应通知锅炉升压。降低5、0表压后应根据制造厂规定及具体情况降低负荷。当继续降低到制造厂规定停机的数值时,应联系故障停机。
蒸汽温度允许在规定汽温±5℃范围内变化。比规定温度超过5～10℃时,通知锅炉降温;超过10～25℃以上,或在这一温度下连续运行30分钟以后仍不能降低时,可通知故障停机;超过极限温度运行时间全年不应超过20小时。比规定汽温降低5～20℃时,通知锅炉升高温度;降低20℃后,根据制造厂规定及具体情况减负荷;根据汽温下降温度及时打开主蒸汽管上的疏水阀与汽室上的疏水阀。
温度与压力同时达到高限时,每次连续运行时间不应超过15～30分钟,全年不应超过20分钟。
2.高温高压机组
蒸汽压力允许在规定汽压±2表压范围内变化。比规定汽压超过2～5表压时,通知锅炉降压;超过5个表压以上,关小主汽阀或总汽阀进行节流降压,保持汽轮机前压力正常;当节流无效时,应与主控制室联系故障停机。比规定压力降低2～5表压,通知锅炉升压;降低5表压以下时根据具体情况与制造厂规定减负荷;汽压继续降低到制造厂规定停机数值或降低到保证用汽设备正常运行的最低汽压以下时,联系故障停机。
蒸汽温度允许在规定温度±5℃(或℃)范围以内变化。比规定温度超过5～10℃时通知锅炉降温;超过10℃以上,或在这一温度下运行15～30分钟后(全年不应超过20小时)仍不能降低时,联系故障停机。比规定温度降低5～20℃时通知锅
炉升温,继续降低超过25℃后根据具体情况及制造厂规定减负荷;根据下降温度应及时打开主蒸汽管上与汽缸上的疏水阀门。
温度与压力同时到达高限时,每次连续运行时间不应超过15~30分钟,全年不应超过20分钟。
二、冷凝器中真空降落
冷凝式汽轮机组真空下降常有发生,不仅会使机组效率降低,而且会使机组输出功率下降,影响驱动的压缩机与泵等设备的工作性能,真空降落常会造成机组停机事故。
1.
冷凝器中真空允许变化数值
我国电站用冷凝式汽轮机规定的真空值比较高,一般都在650mmHg以上,要求也比较严格,在额定负荷的40％以上时,为650mmHg;额定负荷的20％～40％,为600mmHg;额定负荷0％～20％,为540mmHg;无负荷,为450mmHg,在上述真空下,汽轮机运行时间不应超过30分钟,如果超过30分钟真空并不升高,应继续降低负荷。
有时虽然真空下降,运行—段时间后也不见升高,但在下述情况下也允许机组暂时维持原负荷运行,并应在最短时间内迅速检查,力求尽快消除真空降低的故障;①真空可以维持在一定程度不继续下降,②振动值正常,③推力轴承瓦块乌金温度正常,④监视段压力不超过规定数值,⑤真空下降,排汽温度升高后轴封径向不致发生摩擦。冷凝式工业汽轮机额定的真空值较电站汽轮机为低,其真空允许变化数值目前尚无严格规定,可参照制造厂说明执行。
汽轮机的排汽室温度,在真空下降、负荷降低时应当予以注意。我国电力部规定在空负荷运行时排汽室温度不应超过100~120℃;带负荷时,不应超过60～70℃。
2.真空急剧下降
经过迅速查对,发现真空确实急剧下降时,应采取的措施就是:①迅速检查冷凝器循环水入口压力与出口压力,检查循环水泵就是否有故障;采用空冷冷凝时,需检查空冷的运行情况就是否良好。②检查轴封蒸汽压力,若有不足则可能引起空气漏入,造成真空下降;⑧检查凝结水管路上的压力,查清凝结水泵就是否发生故障;④设法降低负荷,使被驱动机负荷下降或降低转速,如果负荷已经减到最低,而真空继续降低到制造厂规定数值或450mmHg以下时,没有恢复好转趋势时,应及时联系故障停机,处理应当及时,防止排大气安全阀动作。
3.真空缓慢下降
经过查对核实冷凝器真空在逐渐缓慢下降时,一般应采取的措施就是:①起动备用(辅助)抽气器,②根据具体情况减低负荷,⑧当真空降到600mmHg时,投入起动抽气器,④检查冷凝器循环水情况,或空冷运行情况,⑤检查轴封蒸汽压力,⑥检查凝结水泵出口压力,⑦检查主抽气器各段蒸汽压力,⑧查瞧水封供水情况,⑨检查大气安全阀与真空破坏阀门情况,水封就是否中断,⑩检查冷凝器水位与疏水箱水位。在检查真空降落时应注意,真空逐渐下降就是不易发现的,运行人员从任一表计上发现真空比规定数值降低10mmHg,应马上用不同表计进行核对,最好将水银真空计或排汽压力表与排汽温度表进行核对,如核对结果确属真空下降,则应报告有关部门并采取措施。
4、真空降落的主要原因
(1)循环水中断循环冷却水中断可以引起真空急剧下降,此时真空表指示回零,
循环水泵出口侧压力急剧下降,凉水塔无水流落,查其原因可能就是循环水泵或其驱动机故障造成,因此应当检查水泵及其,驱动机,并设法排除其故障。
当循环水中断时,应迅速去掉汽轮机的负荷,并做好被驱动机方面的工作。如果有备用水源,应及时向冷油器供水。当真空降到允许的极限值时,应进行故障停机。如果循环水中断使冷凝器超过正常温度,应及时停机并关闭循环水入口阀门;如果恢复循环水供应的话,一般应等到冷凝器冷却到50℃左右时,再往冷凝器送循环水,否则将使冷凝器受到急剧冷却,造成铜管胀口松漏。
(2)循环水量不足循环水量不足,将引起真空逐渐降落,循环水出口与入口温度
增大,造成循环水量不足的原因主要就是循环水泵或驱动机出现故障。冷凝器阻塞,流动阻力增大,应进行清扫。此外还可能就是循环水出水管堵塞。
(3)冷凝器满水冷凝器汽侧空间水位过高或满水,主要就是水位升高后,淹没下
边一部铜管,减少了凝汽器的冷却面积,使汽轮机排汽压力升高。造成冷凝器满水的主要原因就是凝结水泵故障或冷凝器铜管破裂、备用凝结水泵的逆止阀门损坏或不严,水从备用泵倒流回到冷却器。
(4)冷凝器冷却表面积垢冷凝器冷却表面积垢,对真空的影响就是逐渐积累与增加,查其原因主要就是循环水水质不良,在铜管内壁或管板上沉积一层软质的有机垢或硬质的无机垢。这些垢层严重地降低铜管的传热能力,影响冷却效果,此外还减少了铜管的通流面积,增加了流动阻力,减少了冷却水的流量,降低冷却效果。改进的基本措施就是改善水质,严格控制水质指标。当积垢过多,真空下降过大时,应进行清洗。
(5)采用空冷的凝汽系统中,空冷风机的皮带变松,导致转速变慢,冷却风量不足,也将导致真空下降。
(6)真空系统及冷凝设备不严密真空系统与凝汽设备不严密会使漏气量增多,真空下降。在运行中要查找漏气原因与地点,并设法予以消除。
三、转子轴向位移过大
汽轮机与被驱动的工作机械的转子轴向位置直接影响推力轴承工作的安全与转子与静子之间的轴向间隙。当发现轴向位移逐渐增大时,应特别注意检查推力轴承推力瓦乌金温度与推力轴承的出口油温,经常检查汽轮机运行情况与倾听机组有无异音,注意有无振动。
当轴向位移超过正常数值时,应迅速减少负荷,使轴向位移降低到额定数值以下。在降负荷时,如果驱动的就是离心式压缩机,则一定要避免压缩机发生喘振,也要注意不要使转速靠近临界转速;认真检查推力轴承出口油温与推力瓦乌金温度;检查汽轮机有无振动,并倾听汽轮机内部及轴封处有无不正常的声音;测定汽轮机及工作机械各轴承的振动。采取措施后,如轴向位移继续增大,并伴有不正常的声响、噪音与振动,或者机组已在空负荷运行,轴向位移仍然超过极限数值时,应当迅速紧急停机,破坏真空,并事先做好压缩机方面工作
四、水冲击
当汽轮机进汽温度过低时,汽轮机末几级将进入湿蒸汽区工作,此时蒸汽中含的
水滴将加剧对叶片的侵蚀与腐蚀,使机组的经济性与安全性都有所降低。如果进汽温度急剧下降达到某一程度,汽轮机进汽将大量带水,就会发生“水冲击”,使大量水滴撞击叶背,对汽轮机产生制动作用,使转速下降,出力显著减少,使叶片所受应力增大,严重时会发生折断;轴向推力增大,严重时会使推力轴承的轴瓦乌金熔化,可能造成通流部分的严重磨损与碰撞。由于水冲击事故的危害极大,而且事故发展很快,因此处理必须迅速果断,并且熟悉与正确判断水冲击事故的征象与预兆。
水冲击的主要征象就是:①进汽温度急剧降低,②从汽管法兰盘、轴封冒汽信号管、轴封、汽缸接合面等处冒出白色湿蒸汽或溅出水滴,③可以清楚地听到蒸汽管内有水击声,④机组振动加剧,⑤转子轴向位移增大,⑥机内有水滴撞击金属响声,⑦推力轴承推力瓦块乌金温度增高,⑧推力轴承出油温度升高,⑨冷凝器内压力升高,真空恶化。以上征象不一定同时出现,当发现水冲击征象时,必须采取迅速而果断的措施,否则将会引起严重的设备损坏,如推力轴承轴瓦熔化、迷宫式轴封破损、叶片碰坏等。
确认发生水冲击时,应采取下列措施:①立即紧急停机,迅速破坏真空,②将汽轮机蒸汽管道与汽轮机本体的疏水阀门全部打开,③正确记录转子的惰走时间及惰走时真空的变化,以判定汽轮机内部有无损坏,④在惰走时仔细倾听汽轮机内部声响,⑤检查推力轴承乌金温度与润滑油回油温度,以判定推力轴承就是否熔化,⑥测量轴向位移数值。
如果在汽轮机隋走时间并未听出异音与发现转动部分有摩擦情况,同时汽轮机隋走情况正常,推力轴承乌金温度与出口油温正常,轴向位移也正常时,则可继续起动汽轮机,但需要开大蒸汽管的直接疏水。重新提升转速时,应当特别小心,仔细倾听内部声音。如果汽轮机起动正常,可以带上负荷。带负荷时,应当随时检视轴向位移与推力轴承乌金温度、出口油温与转子、汽缸差胀数值。当重新起动汽轮机时,如果发现汽轮机内部有异声与转动部分发生摩擦,应当立即停止起动,停机检查内部。
如果在水冲击时,推力轴承乌金温度与出口油温升高,轴向位移超过规定的极限数值,或隋走时间较正常缩短,则必须停机检查推力轴承,并根据推力轴承的状态,决定汽轮机就是否需要打开检修。当事故停机时,如发现汽轮机内部有异音与转动部分发生摩擦,应当打开汽轮机,进行检查。
引起水冲击的原因,一般多就是由于锅炉方面运行不正常,如锅炉负荷突然增加过多,锅炉给水过多,锅炉内水位超过正常,炉水品质不良引起“汽水共腾”,锅炉及汽包与过热器操作不当,减温器操作不当等等。此外,汽轮机水冲击的重要原因就是疏水系统不良或疏水操作不当,或者暖管工作未按要求进行,都会造成水冲击。
防止水冲击的主要措施:①当蒸汽温度与压力不稳定时,尽量不起动汽轮机,如果在运行中发生蒸汽温度与压力波动,必须监视机组的运行情况;②当锅炉并入运行或者把蒸汽母管从一根更换为另一根时,锅炉方面应当事先通知汽轮机操作人员,汽轮机操作人员应密切注视机组运行状况;③除了在暖机、暖管时注意疏水外,在每次新蒸汽温度显著降低,或者发现有水冲击迹象时,都应打开直接疏水阀;④汽轮机与管路应当设有汽水分离器或其她疏水设备,并经常检查它们的工作性能,如发现动作不灵,应及时修理;⑤在汽轮机停用后开始起动之前,应当开放所有疏