[00134854]新汽封(刷式汽封)技术应用

《新汽封（刷式汽封）技术的应用》项目属是发电厂汽轮机主机工程领域，涉及系统设计、机械制造、安装调整等多个专业学科。汽轮机通流间隙值是影响汽轮机效率最主要因素，而随着汽轮机运行时间的增加通流间隙将会变大超标，并直接导致汽轮机效率降低，为提高机组效率，发电厂会利用机组大修机会，重新调整汽轮机通流动静间隙，因国内单机容量较大机组叶顶汽封（R）及隔板汽封（C）几乎均为高低齿硬齿型汽封，该类型汽封在调整间隙时多数会采用调整汽封背弧尺寸来达到通流间隙在标准值范围内，但该类型汽封通流间隙调整后会带来两个不利结果：　　1、为防止机组汽封通流间隙调整后发生动静碰磨，在间隙调整时，多数检修单位会将间隙值向上限（最大值）靠近，因此降低了机组效率。2、由于是硬齿型汽封，通流间隙调整后机组运行一段时间后间隙值将会再次超标，降低了机组效率。美国TurboCare公司专利技术产品“刷式汽封”是一种“软”汽封，是一种近几年发展起来的新型汽封技术，很好的解决上述硬齿汽封的两个不利因素。它的原理是用柔性材料组成的“刷式”来替代原汽封的钢性汽封片，由于材料及“刷子”设计结构的特殊性可大大缩小汽封间隙从而达到减少汽封漏汽提高机组效率的目的。虽然该技术在世界上已经应用了多年，在美国、加拿大、韩国已有上百台机组使用的业绩，国内有关单位也在2005年就已开始关注和研究，但该技术由于产品的二次加工及安装技术要求较高，在国内尚未实际应用。为了提高汽轮机的效率，响应国家“十一五”规划纲要中的“节能减排”号召，华能集团将该“新汽封（刷式汽封）技术的应用”列为2009年的科技项目，并确定该项目在华能丹东电厂#2机A级检修中实施，华能丹东电厂#2机组成为国内第一台应用该技术的机组。华能丹东电厂#2汽轮机组为美国西屋公司生产的TC2F-38.6型双缸、单轴、双排汽凝汽再热式汽轮机。亚临界热力循环：包括一次中间再热、回热型3台高加、1台除氧器、4台低加），汽轮机通流为一级调节级、高压14级、中压8级、低压为双流设计每侧有7级。该机组于1998年12月并网发电，2000年9月第一次检查性大修后一直运行至今，本次为该机组投产后第一次正式的大修。为圆满的完成今年的A级检修常规项目和本次“新汽封（刷式）技术的应用”科技项目，华能丹东电厂和西安热工院相关人员在项目准备阶段、实施阶段、性能试验考核方面做了大量的认真细致工作，利用2009年#2机组A级检修机会完成了该技术的应用，并科学、客观的对该项目技术进行了评估。核心技术创新点：“刷式汽封”是美国TurboCare公司的一项专利技术，它的原理是用柔性材料组成的“刷式”来替代原汽封的钢性汽封片，由于材料及“刷子”设计结构的特殊性可大大缩小汽封间隙从而达到减少汽封漏汽提高机组效率的目的。该技术的应用难点在于依据于汽轮机缸体变形量对“刷式汽封”的“二次精加工”及安装时“精确调整”，由于该技术是在国内首次应用，在应用无任何经验借鉴，在整个应用过程中，进行了大量应用安装技术尝试，为国内该技术后续应用积累了大量宝贵经验。其他重要技术创新点：为保证该技术应用成功，使机组效率大幅提高，在充分了解其工作原理的前提下，对该“刷式汽封”在应用安装过程中进行新方案尝试。机组动静之间碰磨一般发生在机组启动或停机过程中临界转速时产生的，由于临界转速机组轴系的振动远远大于汽封间隙的设计值，一般传统汽封只能通过暖机过程动静之间充分的磨合才能保证机组轴系的平稳，而新汽封技术通过如下优点即能克服机组在启停机过程中临界转速时避免动静之间的碰磨，从而达到保证汽封间隙长久保持安装值使检修效益长期性的优点。1、刷式汽封由于材料及“刷子”设计结构的特殊性当动静之间产碰磨时柔性的刷子可自动退让，避免或减轻了机组起停过程中过临界转速时，由于振动及变形而导致的汽封齿与轴碰磨。　　由于刷式汽汽封设计时“刷毛”是按转子旋转方向带有角度的，当机组运时在蒸汽压力的促使下“刷毛”直立使汽封间隙缩小或达到“零”值。2、在自由状态和空负荷工况时，汽封块在螺旋弹簧的弹力作用下张开，使径向间隙达（1.75～2.00）mm，大于传统汽封0.75mm的间隙值，避免或减轻了机组起停过程中过临界转速时，由于振动及变形而导致的汽封齿与轴碰磨。3、随着负荷增加，汽封块背部所承受的蒸汽压力逐渐增大并克服弹簧张力，使汽封块逐渐合拢，径向间隙逐步减小，一般设计在20﹪额定负荷时，各级汽封块完全合拢，达到设计最小径向间隙（0.25～0.50）mm，小于传统曲径汽封的间隙值。现场应用过程中具体实施方案：（1）方案确定阶段美国TurboCare公司是一家专业的汽封厂家，在确定使用该技术前将我厂#2汽轮机本体的一些相关资料提供该厂家，他们针对机组的结构、特性和计划投资金额提供我方几个方案供选择。由于改造的机组一般是运行很长时间的机组，更改的各部套实际都发生了很大的变形，因此要求TurboCare公司会派专业工程师到现场在停机初期测绘一些重要数据，目的是保证汽封加工中加工余量，从而保证改造质量。（2）设备加工周期改造方案确定后，厂家承诺合同签订完成40天汽封及配件到达现场，考虑各种额外影响工期因素，我方按50天工期准备。（3）现场实施工期在技术协议中厂家承诺具备开工条件后19天内完成更改，我厂的2#机组的A级检修从2009年7月6日开始，至8月23日结束，共48天。国外新汽封技术应用项目是在7月25日开始的，8月15日结束改造时间为20天。根据我厂现场实际情况，为保证工期及质量，我厂确定如下应用方案： 1）“刷式汽封”二次精加工厂家确定该汽封块精加工机床必须是CNC数控机床，应用汽封块加工精度要求，必须装有专用卡具和专用的刀具，故外方已开始将二次精加工厂家定在韩国，我方在充分分析论证后，认为该方案将不能保证大修工期，故与国内某厂家联系，将其移动机床运至现场进行现场加工，实际表明，这一方案确保了检修改造工期及质量。2）数据测量在缸体测量初期阶段，外方专家采用派尺对缸体汽封改造部位进行合缸及半缸测量，依据该测量数据计算出二次精加工尺寸，但我方分析外方专家没有考虑缸体变形量，该数据误差较大，造成部分汽封二次精加工前粗加工尺寸超标，故我方提出二次精加工数据必需将缸体变形量加入，尤其是缸体变形量最大部位要充分考虑，实际结果表明，变形量的计入，对整个汽封改造应用的质量及工期起到了至关重要的作用。1.立项背景：为了提高汽轮发电机组的效率，响应国家“十一五”规划纲要中的“节能减排”号召，华能集团在2009年的科技项目中列入了 “新汽封技术的应用”项目。该项目确定在华能丹东电厂#2机A级检修中实施。项目名称：华能集团2009年科技项目《国外新汽封（刷式）技术的应用》项目编号：HNKJ09-G06批复费用：总计450万元，其中2009年列资400万元、2010年列资50万元完成情况：2009年7月7日～8月23日利用我厂#2机A级检修机会对#2机高中压缸部分汽封应用该技术进行了改造；2009年9月1日～9月6日完成了#2机A级检修后性能试验现场实测工作。2.科学技术内容 为降低机组热耗值，提高机组效率，利用机组大修机会，对汽轮机通流间隙进行调整，应用“刷式汽封”新技术。3.与当前国内外同类技术主要参数、效益、市场竞争力的比较经过长期运行的机组，大修后汽轮机效率提高、热耗降低是必然现象，如何科学、客观的区分这些指标那些是常规检修所带来的效益、那些是通过使用新技术所形成的效果是至关重要的。我厂两台机组#1、#2机组分别为1998年11月和12月投产发电的，#1机组为2001年进行的第一次检查性大修，2008年9月进行的真正意义上的第一次大修，由第一次检查性大修到2008年大修运行了近7年；#2机组于2000年进行的第一次检查性大修，2009年9月进行的真正意义上的第一次大修，由第一次检查性大修到2009年大修运行了近8年。在这几年当中两台机组的汽轮机本体均未经过任何检修工作，其它系统的改造和检修两台机组项目完全相同。所以经过同西安热工院技术人员共同研究分析，认为将两台机组的修前和修后数据进行比较用来区分该项改造所带来的，下面将两台机组在A级检修中的主要工作内容对比如下。3.1 两台机组检修中相同的工作内容3.1.1 通流部件采用高压水冲洗为清洗掉长期运行在各部套金属表面上的积盐和积垢，#1、#2机组检修中对高中压转子，高、中压隔板套、低压转子、低压隔板套均采用高压水冲洗方式进行了清理。3.1.2 通流间隙进行了检查和调整3.1.2.1 高压隔板套14级镶装汽封更换新汽封片高压隔板套为镶装汽封片式，由于长期运行磨损使汽封间隙超标，为使其间隙恢复至设计值，决定将原汽封片拆卸下来更换新汽封片并在现场进行精加工。3.1.2.2 低压转子次末级和次次末级蜂窝汽封更换为新汽蜂窝汽封，调端2级、电端2级3.2 两台机组检修中不同的工作内容1）#1机高压缸进汽导管密封圈全部更换为新的国外进口备件，#2机未更换。2）#2机对高中压缸共14圈汽封进行了改造，#1机没改造。3）#2机将高中压密封环原布莱登汽封更换了原装新弹簧，#1机由于检修时没有备件未更换。4）#2机高压转子第4级镶装阻汽片损坏脱落有近300长，#1机没有此现象。5）#1机将低压缸调端和电端的端部汽封由原来传统的梳齿式改造为蜂窝式，#2机没有改造。3.3 两台机修前修后数据比较3.3.1 主要试验内容3.3.1.1 汽轮机大修前、后性能试验其内容包括：汽轮机出力、热耗率、高、中压缸效率、主蒸汽流量、回热系统性能、系统内、外部泄漏检查、主要辅机电耗、厂用电率、发（供）电煤耗率，了解机组的经济性。试验标准：IEC953- 2、ASME PTC6S、GB8117。试验负荷：100﹪、80﹪、60﹪额定出力。3.3.1.2 汽封改造效果评价试验其内容包括：采用全面性试验的方法，安装凝结水流量作为高精度试验的流量基准，综合评价大修效果，并单独评价汽封改造效果。试验标准：ASME PTC6-2004。3.3.2试验标准和基准3.3.2.1 试验标准参照美国机械工程师协会《汽轮机性能试验规程》（ANSI/ASME PTC6-2004） 国标：《汽轮机热力性能验收试验规程》GB8117-2008 3.3.2.2 水和水蒸汽性质表 采用国际公式化委员会IFC公式（1967）；3.3.3 试验基准：阀点和负荷基准3.4 效益计算（1）由上数据比较可知：两台机汽轮机本体几年来运行状况、各系统改造项目基本相同情况下，相继在2008年和2009年的A级检修中，汽轮机本体检修常规项目相同，#2机只增加了新汽封应用改造项目，两台机修前修后热耗降低数值为#1机52.5kJ/（kW.h），#2机165.7kJ/（kW.h），两台机相差113.2 kJ/（kW.h），节约4.5g/（kW.h）。（2）二号机如果每天按800万KWh的电量计算，每天少烧标准煤＝8000000 KWh×4.5g/KWh＝36T，每天节省燃料费用＝36×500元/t＝18000元，每年将节省燃料成本＝18000元×365天＝657万元。注：标煤单价按500元/吨4.应用情况应用单位：华能丹东电厂（#2汽轮机）应用时间：2009年7月应用技术：《国外新汽封（刷式）技术的应用》从初步试验结果可以看出：1）较大修前汽轮机在100﹪工况下的热耗率下降162kJ/kW.h。2）本次大修后4VWO下高压缸效率达到87.86﹪。3）本次试验对运行流量进行了校核，在100﹪额定工况下，运行主给水流量与标准流量偏差小于0.3﹪。