CN114382556B - 一种汽轮机轴封系统供汽结构及调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽轮机轴封系统供汽结构及调节方法。所述轴封系统供汽结构包括供汽母管线和低压轴封供汽管线，所述低压轴封供汽管线用作向低压缸的轴封结构输送密封蒸汽；所述低压轴封供汽管线上引出有高压后轴封供汽管线一，所述高压后轴封供汽管线一用作向高压缸的后轴封结构输送密封蒸汽，所述供汽母管线上引出有高压后轴封供汽管线二，所述高压后轴封供汽管线二通过蒸汽混合装置接入所述高压后轴封供汽管线一，所述高压后轴封供气管线二上设有受DCS系统控制的调节阀二。本发明能够对汽轮机高压缸、低压缸的各不同轴封处的密封蒸汽温度，可靠地实现针对性供应，以保障汽轮机稳定、可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机轴封技术，具体是一种汽轮机轴封系统供汽结构及供汽调节方法。
背景技术
在汽轮机结构中，轴封系统的功能是在各种工况下为汽轮机提供合适的密封蒸汽，同时，回收汽轮机端部汽封、主汽阀和调节阀阀杆汽封泄漏的蒸汽，以及空气混合物，以防蒸汽泄漏进入厂房，并阻止空气漏入汽缸内破坏机组的真空状态。
在汽轮机结构中，转子运行于特定的温度场中，转子上的每个轴封结构处所需要的密封蒸汽温度必须与转子当前所处温度场的温度相匹配。否则，密封蒸汽过冷，会导致转子产生的热应力引起轴系振动过大、瓦温偏高等技术问题发生；或者，密封蒸汽过热，会导致转子的轴向位移增大等技术问题发生。
目前，高压缸的前轴封处和后轴封处的密封蒸汽，直接引用轴封系统供汽结构中未经降温处理的蒸汽(轴封系统供汽结构中的蒸汽为混合蒸汽，主要来自高压主汽调节阀阀杆漏汽、高压前轴封漏汽、以及从主蒸汽管引出的补充蒸汽等)实现。由于轴封系统供汽结构中的蒸汽温度较高，无法直接满足于低压轴封结构所需的密封蒸汽温度技术要求，因此在应用于低压缸的轴封密封时，需要对其进行喷水减温。
然而，在汽轮机的实际运行工况中，高压缸后轴封处的温度场明显低于前轴封处的温度场，亦明显高于低压缸轴封处的温度场。在此种工况下，高压缸后轴封处依然采用与前轴封处相同温度的密封蒸汽，显然不符合轴封处的密封蒸汽温度应匹配于转子当前所处温度场温度的技术要求，若从低压轴封供汽管线上直接引用经降温处理的蒸汽进行密封亦无法满足技术要求，这些均会影响汽轮机运行的稳定性和可靠性。
因而，有必要对汽轮机轴封系统的供汽结构做适应性修改，以使不同轴封处的密封蒸汽温度有效匹配于转子当前所处温度场温度的技术要求，提高汽轮机运行的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明的技术目的在于：针对上述汽轮机运行工况的特殊性及现有轴封系统供汽技术的不足，提供一种能够对汽轮机高压缸、低压缸的各不同轴封处的密封蒸汽温度，可靠地实现针对性供应的轴封系统供汽结构，以及供汽调节方法。
本发明的技术目的通过下述技术方案实现：一种汽轮机轴封系统供汽结构，包括供汽母管线和低压轴封供汽管线，所述供汽母管线与所述低压轴封供汽管线之间通过喷水减温器连接有供水管线，所述供水管线上设有受DCS系统控制的调节阀一，所述供汽母管线上设有受DCS系统控制的调节阀三，所述低压轴封供汽管线用作向低压缸的轴封结构输送密封蒸汽；
所述低压轴封供汽管线上引出有高压后轴封供汽管线一，所述高压后轴封供汽管线一用作向高压缸的后轴封结构输送密封蒸汽，所述供汽母管线上引出有高压后轴封供汽管线二，所述高压后轴封供汽管线二通过蒸汽混合装置接入所述高压后轴封供汽管线一，所述高压后轴封供气管线二上设有受DCS系统控制的调节阀二。
一种上述汽轮机轴封系统供汽的调节方法，所述调节方法是对汽轮机启动时的轴封供汽进行调节控制，包括预开启控制和优化调节；
所述预开启控制采取的具体技术措施是：
在启动时，DCS系统对供汽母管线所输送高温蒸汽、供水管线所输送冷却水的温度分别进行监测，并结合低压轴封结构的设定密封蒸汽温度，控制供水管线上的调节阀一的初始开度；
在调节阀一的初始开度调整到位后，DCS系统结合高压后轴封结构的设定密封蒸汽温度，控制高压后轴封供汽管线二上的调节阀二的初始开度；
所述优化调节采取的技术措施是：
在调节阀一的初始开度调整到位后，DCS系统对低压轴封处的密封蒸汽温度进行监测，并将所监测的温度与低压轴封结构的设定密封蒸汽温度进行比较，若比较偏差超出5℃，则调节供水管线上的调节阀一的开度，使比较偏差处在5℃内；直至汽轮机完成启动、进入正常运行状态；
在调节阀一的开度完成当前优化调节后，DCS系统对高压后轴封处的密封蒸汽温度进行监测，并将所监测的温度与高压后轴封结构的设定密封蒸汽温度进行比较，若比较偏差超出5℃，则调节高压后轴封供汽管线上的调节阀二的开度，使比较偏差处在5℃内；直至汽轮机完成启动、进入正常运行状态。
进一步的，所述供水管线上的调节阀一的初始开度控制，满足如下关系式：
式中，Q为需要的冷却水流量；
Q汽为低压轴封结构的设定密封蒸汽流量；
T1为供汽母管线内的高温蒸汽温度；
T00为低压轴封结构的设定密封蒸汽温度；
T3为供水管线内的冷却水温度；
K为冷却水转化为蒸汽的汽化率。
进一步的，所述高压后轴封供汽管线二上的调节阀二的初始开度控制，满足如下关系式：
式中，Q1为需要的高温蒸汽流量；
Q汽1为高压后轴封结构的设定密封蒸汽流量；
T1为供汽母管线内的高温蒸汽温度；
T01为高压后轴封结构的设定密封蒸汽温度；
T2为低压轴封结构处的密封蒸汽温度。
本发明的有益技术效果是：
上述供汽结构，针对于高压缸后轴封处温度场明显不同于前轴封处温度场及低压轴封处温度场的特殊性，在低压轴封供汽管线上引出了能够经未降温蒸汽单独调节处理的高压后轴封供汽管线，即在低压轴封供汽结构上形成了针对于高压后轴封的二次调节供汽结构，使高压后轴封处能够可靠地获得与之温度场相匹配的密封蒸汽，从而对汽轮机高压缸、低压缸的各不同轴封处的密封蒸汽温度，可靠地实现针对性供应，以保障汽轮机稳定、可靠运行。此外，上述供汽结构，以现有低压轴封供汽结构为基础，改造结构简单、经济。
上述调节方法，在汽轮机启动时，对供水管线上的调节阀及高压后轴封供汽管线上的调节阀，进行了有针对性的预开启和基于预开启的优化调节，相较于现有以轴封处实际测温而控制供水管线上的调节阀开度的调节方法而言，具有响应速度高、调节准确性好的特点，有利于减少对调节阀的调节频次。
附图说明
图1为本发明系统供汽的一种结构示意图。
图2为本发明供汽调节原理的流程图。
图中代号含义：1—供汽母管线；2—供水管线；3—喷水减温器；4—低压轴封供汽管线；5—高压后轴封供汽管线一；6—高压后轴封供汽管线二；7—高压前轴封供汽管线；8—蒸汽混合装置；9—调节阀一；10—调节阀二；11—调节阀三；12—高压缸；13—低压缸；T1—供汽处测温点；T2—低压轴封处测温点；T3—供水处测温点；T4—高压后轴封处测温点；P—轴封供汽压力；PID1、PID2、PID3—DCS系统中的控制模块。
具体实施方式
本发明涉及汽轮机轴封技术，具体是一种汽轮机轴封系统供汽结构及供汽调节方法，下面结合说明书附图-即图1和图2对本发明的技术方案内容进行清楚、详细的阐释。
在此需要特别说明的是，本发明的附图是示意性的，其为了清楚本发明的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本发明贡献于现有技术的技术方案。
参见图1所示，针对于汽轮机高压缸12、低压缸13各轴封处的轴封系统供汽结构，包括供汽母管线1、供水管线2、低压轴封供汽管线4、高压后轴封供汽管线一5、高压后轴封供汽管线二6和高压前轴封供汽管线7。
其中，供汽母管线1的上游端连接汽源，汽源包括来自高压主汽调节阀阀杆处的漏汽、高压前轴封处的漏汽、以及从主蒸汽管引出的补充蒸汽等。供汽母管线1的下游端连接喷水减温器3。在供汽母管线1上设置有受DCS系统(即电厂分散控制系统)的PID3控制模块控制的调节阀三11，通常，调节阀三11的开度，DCS系统根据在低压轴封处所监测到的轴封供汽压力P进行调节控制。
供水管线2的上游端连接冷却水源(例如凝结水)。供水管线2的下游端连接喷水减温器3，供水管线2内所输送的冷却水，经喷水减温器3对供汽母管线1所输送的高温蒸汽进行降温调节。供水管线2上设置有受DCS系统的PID1控制模块控制的调节阀一9，通常，调节阀一9的开度，DCS系统根据在低压轴封处测温点T2所监测到的低压轴封处密封蒸汽温度进行调节控制。
低压轴封供汽管线4的上游端连接喷水减温器3。低压轴封供汽管线4的下游端连接低压缸13的对应轴封。低压轴封供汽管线4用作向低压缸13的对应轴封结构输送经降温处理的密封蒸汽。
高压后轴封供汽管线一5的上游端连接低压轴封供汽管线4(或者说是低压轴封供汽母管线)，即高压后轴封供汽管线一5是从低压轴封供汽管线4上引出的。高压后轴封供汽管线一5的下游端连接高压缸12的后轴封。高压后轴封供汽管线一5用作向高压缸12的后轴封结构输送密封蒸汽。因，从低压轴封供汽管线4上引出的蒸汽无法直接满足高压后轴封处的技术要求，所以在高压后轴封供汽管线一5上连接有能够实现二次调节的蒸汽混合装置8。
高压后轴封供汽管线二6的上游端连接供汽母管线1，即高压后轴封供汽管线二6是从喷水减温器3前的供汽母管线1上引出的。高压后轴封供汽管线二6的下游端连接高压后轴封供汽管线一5上的蒸汽混合装置8，从而使高压后轴封供汽管线二6所输送的高温蒸汽，通过蒸汽混合装置8对高压后轴封供汽管线一5引来的降温蒸汽进行调节升温，以使输送至高压后轴封处的密封蒸汽满足技术要求。在高压后轴封供气管线二6上，设置有受DCS系统的PID2控制模块控制的调节阀二10，通常，调节阀二10的开度，DCS系统根据在高压后封处测温点T4所监测到的高压后轴封处密封蒸汽温度进行调节控制。
高压前轴封供汽管线7的上游端连接供汽母管线1，即高压前轴封供汽管线7是从喷水减温器3前的供汽母管线1上引出的。高压前轴封供汽管线7的下游端连接高压缸12的前轴封。高压前轴封供汽管线7用作向高压缸12的前轴封结构输送密封蒸汽。
参见图2所示，上述轴封系统供汽结构的供汽调节方法，包括对汽轮机启动时的调节控制及正常运行的调节控制。之所以区分，是因为启动时的高温蒸汽和冷却水温度与汽轮机正常运行时的温度不一样。
其中，启动(包括首次启动及停机后的启动)时的调节控制，又包括预开启控制(即前馈调节)和优化调节。
具体的，所述预开启控制采取的具体技术措施是：
在启动时，DCS系统通过供汽处测温点T1及供水处测温点T3，对供汽母管线1所输送高温蒸汽、供水管线2所输送冷却水的温度分别进行监测；并结合低压轴封结构的设定密封蒸汽温度及流量，预先控制供水管线2上的调节阀一9的初始开度；对调节阀一9的初始开度控制，应满足如下关系式：
式中，Q为需要的冷却水流量；
Q汽为低压轴封结构的设定密封蒸汽流量；
T1为供汽母管线内的高温蒸汽温度；
T00为低压轴封结构的设定密封蒸汽温度；
T3为供水管线内的冷却水温度；
K为冷却水转化为蒸汽的汽化率；
在调节阀一9的初始开度调整到位后，DCS系统通过供汽处测温点T1及低压轴封处测温点T2，对供汽母管线1所输送高温蒸汽、低压轴封供汽管线4所输送蒸汽的温度分别进行监测；并结合高压后轴封结构的设定密封蒸汽温度及流量，预先控制高压后轴封供汽管线二6上的调节阀二10的初始开度；对调节阀二10的初始开度控制，应满足如下关系式：
式中，Q1为需要的高温蒸汽流量；
Q汽1为高压后轴封结构的设定密封蒸汽流量；
T1为供汽母管线内的高温蒸汽温度；
T01为高压后轴封结构的设定密封蒸汽温度；
T2为低压轴封结构处的密封蒸汽温度。
所述优化调节采取的技术措施是：
在调节阀一9的初始开度调整到位后，DCS系统通过低压轴封处测温点T2对低压轴封处的密封蒸汽温度进行监测，并将所监测的温度与低压轴封结构的设定密封蒸汽温度进行比较，若比较偏差超出5℃(绝对值，下同)，则调节供水管线2上的调节阀一9的开度，使比较偏差处在5℃内；直至汽轮机完成启动、进入正常运行状态；
在调节阀一9的开度完成当前优化调节后，DCS系统通过高压后轴封处测温点T4对高压后轴封处的密封蒸汽温度进行监测，并将所监测的温度与高压后轴封结构的设定密封蒸汽温度进行比较，若比较偏差超出5℃，则调节高压后轴封供汽管线6上的调节阀二10的开度，使比较偏差处在5℃内；直至汽轮机完成启动、进入正常运行状态。
采用上述前馈调节方式，能够快速计算出供水管线上的调节阀一的初始理论开度Kd1，将密封蒸汽的温度调整到一个大致合理的值，达到准确、快速调节密封蒸汽温度之目的。在初始开度调整完成后，汽轮机进入正常运行状态时，喷水减温器利用PID1反馈调节对密封蒸汽温度进行控制，使供水管线上的调节阀一的开度始终处在一个合适的范围，以确保低压轴封处测温点T2所监测温度与低压轴封设定值T00的偏差绝对值不超过20℃；同样的，蒸汽混合装置利用PID2反馈调节对密封蒸汽温度进行控制，使高压后轴封供汽管线二上的调节阀二的开度始终处在一个合适的范围，以确保高压后轴封处测温点T4所监测温度与高压后轴封设定值T01的偏差绝对值不超过20℃。
以上具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制。
尽管参照上述具体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。
Claims (4)
1.一种汽轮机轴封系统供汽结构，包括供汽母管线(1)和低压轴封供汽管线(4)，所述供汽母管线(1)与所述低压轴封供汽管线(4)之间通过喷水减温器(3)连接有供水管线(2)，所述供水管线(2)上设有受DCS系统控制的调节阀一(9)，所述供汽母管线(1)上设有受DCS系统控制的调节阀三(11)，所述低压轴封供汽管线(4)用作向低压缸(13)的轴封结构输送密封蒸汽；
其特征在于，所述低压轴封供汽管线(4)上引出有高压后轴封供汽管线一(5)，所述高压后轴封供汽管线一(5)用作向高压缸(12)的后轴封结构输送密封蒸汽，所述供汽母管线(1)上引出有高压后轴封供汽管线二(6)，所述高压后轴封供汽管线二(6)通过蒸汽混合装置(8)接入所述高压后轴封供汽管线一(5)，所述高压后轴封供汽管线二(6)上设有受DCS系统控制的调节阀二(10)。
2.一种权利要求1所述汽轮机轴封系统供汽结构的供汽调节方法，其特征在于，所述供汽调节方法是对汽轮机启动时的轴封供汽进行调节控制，包括预开启控制和优化调节；
所述预开启控制采取的具体技术措施是：
在启动时，DCS系统对供汽母管线(1)所输送高温蒸汽、供水管线(2)所输送冷却水的温度分别进行监测，并结合低压轴封结构的设定密封蒸汽温度，控制供水管线(2)上的调节阀一(9)的初始开度；
在调节阀一(9)的初始开度调整到位后，DCS系统结合高压后轴封结构的设定密封蒸汽温度，控制高压后轴封供汽管线二(6)上的调节阀二(10)的初始开度；
所述优化调节采取的技术措施是：
在调节阀一(9)的初始开度调整到位后，DCS系统对低压轴封处的密封蒸汽温度进行监测，并将所监测的温度与低压轴封结构的设定密封蒸汽温度进行比较，若比较偏差超出5℃，则调节供水管线(2)上的调节阀一(9)的开度，使比较偏差处在5℃内；直至汽轮机完成启动、进入正常运行状态；
在调节阀一(9)的开度完成当前优化调节后，DCS系统对高压后轴封处的密封蒸汽温度进行监测，并将所监测的温度与高压后轴封结构的设定密封蒸汽温度进行比较，若比较偏差超出5℃，则调节高压后轴封供汽管线二(6)上的调节阀二(10)的开度，使比较偏差处在5℃内；直至汽轮机完成启动、进入正常运行状态。
3.根据权利要求2所述汽轮机轴封系统供汽结构的供汽调节方法，其特征在于，所述供水管线(2)上的调节阀一(9)的初始开度控制，满足如下关系式：
式中，Q为需要的冷却水流量；
Q汽为低压轴封结构的设定密封蒸汽流量；
T1为供汽母管线内的高温蒸汽温度；
T00为低压轴封结构的设定密封蒸汽温度；
T3为供水管线内的冷却水温度；
K为冷却水转化为蒸汽的汽化率。
4.根据权利要求2所述汽轮机轴封系统供汽结构的供汽调节方法，其特征在于，所述高压后轴封供汽管线二(6)上的调节阀二(10)的初始开度控制，满足如下关系式：
式中，Q1为需要的高温蒸汽流量；
Q汽1为高压后轴封结构的设定密封蒸汽流量；
T1为供汽母管线内的高温蒸汽温度；
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