汽轮机轴封冷却器优化设计改进
（075100 河钢集团宣钢公司设备能源部 河北 张家口）
一、项目简介
宣钢设备能源部在高压给水泵系统中，采用背压式汽轮机拖动高压给水泵的运行模式来实现锅炉供水，轴封冷却器为背压式汽轮机本体的配套设备，其作用是抽出汽轮机汽封系统的汽气混合物，防止蒸汽从高低汽封处泄漏，对油系统运行环境造成影响。背压式汽轮机因排汽压力高，启动前必须先开启轴封冷却器，在汽缸内形成一定的真空，避免大量蒸汽由轴端处漏出机外，或部分蒸汽窜入润滑油内，使润滑油带水，从而保证机组安全稳定运行。
轴封冷却器为两级加热，传热面积7.5㎡，冷却水量15t/h。水侧采用双流程结构，其冷却水从轴封冷却器的进水口进入进水室，流入壳体中的管束，并在换热管内流动时，与进入壳体（汽侧）内的蒸汽进行了冷热交换，冷却水吸收了蒸汽凝结热量，水温升高，最后进入出水室，通过出水口溢出轴封冷却器外。来自汽轮机前、后轴封的蒸汽，通过漏汽管道，从汽封冷器的漏汽入口进入壳体内侧，蒸汽流经壳体内中间隔板的导流，不断在管束的换热管之间流动，并进行冷热交换，大部分蒸汽在经过换热管外壁时，释放大量的热量而凝结成水，凝结水从疏水口排出，并进入疏水管道，完成一个热力循环过程。
二、存在问题
由于轴封冷却器驱动方式为：在装置上部启动电动轴流风机在轴封冷却器混合室内形成负压，从而将汽封系统的汽水混合物抽出，并利用低压蒸汽喷射器形成吸力将汽水混合物抽入轴封冷却器内进行换热。在实际运行过程中，发现低压蒸汽吸力不足，部分轴封汽未能完全吸入到轴封冷却器，使部分气体进入油系统，造成油质劣化。并且低压蒸汽与电能同时消耗，增大了设备的能耗。
三、轴封漏汽的原因分析
通过对前、后轴封及轴封冷却器工作原理了解，在正常工作的情况下，由于轴封冷却器内为负压，汽封漏汽会全部被引至轴封冷却器，不会漏入大气，但在轴封冷却器内流体呈正压时，汽封漏汽未能得到完全回收。由轴封冷却器的工作原理可知，不凝结气体在轴封冷却器内积聚，会造成轴封冷却器内负压消失，必须连续不断的将其抽出。在实际运行中，这部分不凝结气体经排气管引至厂房外，在轴封冷却器无法正常排汽时，轴封冷却器内部压力逐渐升高，同时因为蒸汽的凝结水位也渐渐升高，严重时叶轮向外甩水，最后导致机组过负荷跳闸。
四、设计方案改进
（一）蒸汽喷射器驱动模式
采用 蒸汽喷射器作为轴封冷却器抽气装置，提高抽气器工作蒸汽压力，由原来的0.4-1.5MPa低压蒸汽改为3.3-3.5MPa中压蒸汽。中压蒸汽就近从原有蒸汽母管接引，施工难度降低，易实施。我们对该轴封冷却器原蒸汽喷射 器尺寸进行分别测量：喉部直径8.75mm，喷嘴入口直径为22mm，出口直径为12mm，扩散管喉部直径为32mm，经计算能够满足改造后的设计尺寸要求，为此，我们对原蒸汽喷射器进行利旧。
（二）电动轴流风机参数的选择
全部采用电机驱动抽气器经重新核算需增大电机功率至5.56kW才能保证汽轮机前、后汽封的漏汽管道略带负压，满足轴封抽汽动力要求。改造过程需要重新配装新电机风机，并制作风机支撑结构件，而且运行中造成电能的增加，如出现用电中断，直接造成机组停机。
五、改造内容
采用蒸汽喷射器作为轴封冷却器的驱动源，工作蒸汽压力会随蒸汽母管压力波动而产生变化，但仍能实现轴封汽管道微负压运行。而且采用中压蒸汽作为工作介质后，提高了源头动能，减少原蒸汽系统减温减压装置的运行负荷，直接利用新蒸汽的高压、高能量的优势充分节约电动风机消耗的电能。通过核算，原设计蒸汽喷射器尺寸能够满足改造后使用要求，改造难度小。通过设计方案优化选型，单独采用蒸汽喷射器作为轴封冷却器汽源，设备运行也更为经济、稳定，因此我厂对轴封冷却器结构进行了优化改进。
①将原轴封冷却器配备电动风机拆除，对风机与冷却器连接口进行封堵，保证轴封冷却器换热器壳体仍为密闭容器。
②将原连接喷射器的低压蒸汽管道拆除，同时根据蒸汽喷射器喷口尺寸重新接引中压蒸汽管路，中压蒸汽接引点选自汽机进汽蒸汽管道。
改造后轴封冷却器采用蒸汽喷射器作为汽源，利用中压蒸汽通过喷嘴射出形成高速气流，利用射流和空气之间产生卷吸和紊流扩散作用，从而把吸入室的气体带走，设备运行稳定，运行经济性高。
六、运行效果
改造后，背压式汽轮机前、后轴封汽密封效果良好，低压侧漏汽量被有效吸入轴封冷却器内，进行冷热交换，由汽水混合物全部转化为疏水，设备运行更为稳定、经济，高压轴封汽未泄漏至机外，也未出现轴封汽漏入润滑油造成油质劣化现象，从而有效节约了电能。
改造后，采用中压蒸汽作为动力源，由于中压蒸汽的动能增加，降低了蒸汽使用成本，按节约低压蒸汽量200kg/h计算，年节约蒸汽成本10.32万元。
减少了一台电动轴流风机的配置，汽拖泵年运行时间按4300h计算，电机功率为1.5kW，则年可节约电能6450kWh。
七、结束语
鉴于该汽拖泵轴封冷却器改造后节能效果明显，我厂在后续工程建设中，投运的新汽拖泵中均采用了中压蒸汽喷射器作为轴封冷却器的抽汽源，设备运行稳定，节能效果显著，值得在冶金行业热能系统推广应用。
