一 立项背景

（一） 立项必要性

汽轮机低压轴封的作用是阻止空气内漏进入低压缸，同时避免蒸汽外溢。如图1

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图1 低压轴封系统工作原理示意图

为实现上述目标，需要保持合适的轴封供汽压力，使外供蒸汽沿轴封进入汽机低压轴封和回汽管,阻止空气进入低压缸。但进入回汽管的蒸汽量不能过多，当过多时，回汽管内由微负压变成正压，蒸汽就会外溢，造成油中进水；同时也要避免轴封供汽压力过低，否则空气沿轴封很容易被低压缸吸入，造成漏真空。因此，保持回汽管内空气和蒸汽量合适的比例，是保证低压轴封系统安全可靠运行的基础。

为此，增加一种汽轮机低压轴封控制优化系统来解决低压轴封回汽管内空气和蒸汽量的合适比例，以此来实时监测轴封系统的运行状态，并自动调整轴封系统运行在最佳运行状态，是技术人员当前亟待解决的问题。

（二） 国内外研究现状和发展趋势

目前，低压轴封回汽管内空气和蒸汽量的比例是否合适，没有直接的监视手段，只能通过人工观察或检测轴封处是否有蒸汽外溢或吸气。

目前还没有文献和技术来精确自动控制和监控凝汽式汽轮机低压轴封密封始终运行在最佳状态。研究一种实时监控并精准控制的凝汽式汽轮机低压轴封优化控制系统是节能减排、安全经济运行和智慧电厂建设的必然。

二 研究内容

（一） 采用温度表征轴封回汽管内空气和蒸汽混合比例的可行性分析

低压轴封回汽管内为微负压，压力不能直接反映空气和蒸汽的混合比例，混合气体的密度也不容易测量，而温度的测量相对简单可靠。

常温空气和高温蒸汽混合后，混合气体的温度介于空气温度和蒸汽温度之间。空气的占比越高，混合气体的温度越低；蒸汽占比越高，混合气体的温度越高。因此，可用轴封回汽管内混合气体的温度来表征空气和蒸汽的大致比例。

（二） 加装温度测点方案

由于汽轮机低压轴封系统一般仅设计了进汽温度和压力测点，无回汽温度测点、轴封处环境温度测点。为监视轴封回汽温度和轴封处蒸汽外溢情况，需在每个低压轴封回汽支管和低压轴封可能发生蒸汽外溢的部位安装温度测量元件。通过增加轴封回汽管温度点，并参与到控制优化系统中，实现轴封控制系统可控在控自动运行。

（三）控制逻辑改进和优化方案

1 改进前低压轴封供汽压力控制原理

以国家能源聊城电厂#3机组低压轴封系统为例，DCS将轴封母管压力作为被控制量，通过调节进入轴封母管的进汽量或至凝汽器的溢流量使母管蒸汽压力等于设定值。系统图如图2，控制原理图如图3

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图2 改进前轴封母管蒸汽系统示意图 图3 改进前轴封母管蒸汽压力控制原理图

2 改进后低压轴封供汽控制原理——由定压控制改为变压控制

改进后，在各低压轴封回汽管支管上和低压轴封处安装温度测点，回汽管温度测点用于监视回汽管温度及调节轴封母管压力，低压轴封处环境温度用于监视轴封漏汽，当温度过高时在DCS中报警，提醒运行人员注意。改进后系统组成及温度测点安装位置如图4所示。

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图4 改进后低压轴封系统组成及温度测点安装示意图

改进后，低压轴封回汽温度自动调节系统为串级调节系统，示意图如图5所示。

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图5 改进后低压轴封回汽温度自动调节系统示意图

（四）安全措施

在DCS控制逻辑优化时，设计了“低压轴封回汽管温度设定值上、下限”、“轴封母管压力设定值上、下限”，“回汽温度测点故障控制切手动”等保护逻辑，能够完全避免因温度测点故障或其他原因可能导致的控制系统失灵、轴封母管压力越限等异常情况，不会出现因控制系统原因导致的蒸汽外漏和空气内漏；同时，轴封处环境温度测点还能对蒸汽外漏进行报警，进一步保证了低压轴封系统的的安全可靠运行。

三 效果与效益

（一）实施效果

2017年12月，国家能源聊城电厂#3机组低压轴封系统采用本技术方案进行改进后，低压轴封密封效果良好；自动投入率100%；轴封回汽温度长期稳定控制在设计值，低压轴封未发生空气内漏和蒸汽外漏现象；保证了润滑油系统的安全运行和机组真空严密性，为机组安全经济运行奠定了基础；同时减少了人员检测工作量，为电厂创造了可观的安全效益和经济效益。

（二）经济效益

该项目实施后，可实时精确调节轴封供汽压力，避免了轴封蒸汽压力过高造成蒸汽外漏引起油中进水或轴封蒸汽压力过低造成空气内漏真空下降问题的发生。聊城电厂#3机组（650MW）2018年年发电量27.73亿KWh，年平均提高真空0.5kPa和减少油中进水滤油10次计。真空每提高1kPa，煤耗降低2.5g/kWh；每吨煤综合成本按约800元计算；全年节煤费用：27.73*108*0.5*2.5*10-6*800=277（万元）；滤油一次费用约2万元，全年节支20万元。

综上，全年总共节省资金约277+20=297（万元），效益非常可观。

（三） 间接经济效益:

该项目实施后，可确保机组稳发满发，提高电网运行安全性；特别是在夏季保电运行期间，确保机组真空严密性，避免机组因漏真空达不到最大出力，保证满足社会用电的需要。

（四）社会效益

该成果应用后，可确保轴封系统始终运行在最佳状态，减少运行人员盲目操作；避免了轴封漏汽和吸气，进一步避免了油中进水和降真空，提高了机组安全性和经济性，并降低人员劳动量，提高了工作效率。

四 可推广应用范围

2017年12月，在聊城公司#3机组低压轴封系统采用本项目技术方案进行改进并投入运行以来，自动控制效果良好，低压轴封密封优化控制系统自动投入率100%，轴封回汽温度长期稳定控制在89.5℃——90.5℃（设定值为90℃），低压轴封未发生空气内漏和蒸汽外漏现象，保证了润滑油系统的安全运行和机组真空严密性，为机组安全经济运行奠定了基础；减少了人员巡检工作量；为电厂创造了可观的安全效益和经济效益。

目前，本研究成果已在山东公司费县电厂#1机组、蓬莱电厂#1机组进行了实施，效果良好。可应用于凝汽式汽轮机轴封系统中，有成熟的实施方案和调试经验；本项目投入少，施工方便，风险小，见效快，操作简单，维护量小，可大力推广。