2024年9月8日发(作者：宇文蓓)

东汽 660MW 超临界汽轮机轴封系统设计

与优化

摘要：东方汽轮机有限公司（以下简称东汽）制造的660MW超临界高、中压

分缸汽轮机轴封系统设计主蒸汽、低温再热蒸汽和辅汽三种供汽方式，国内火电

厂在实际应用中只使用低温再热蒸汽和辅汽两种供汽方式，没有投运主蒸汽供轴

封系统。针对中电（普安）发电有限责任公司（以下简称普安电厂）使用的东汽

660MW超临界高、中压分缸汽轮机调试过程进行分析，对汽轮机轴封系统设计应

用情况进行调查研究，发现了汽轮机轴封系统的设计缺陷，通过优化轴封系统设

计，优化轴封系统运行方式，可以实现轴封系统设计功能。机组调试结果表明，

轴封系统设计优化之后，可以适应汽轮机启动、停运、甩负荷等各种工况，保证

汽轮机安全。

关键词：轴封系统；设计优化；调查研究；安全

1.前言

普安电厂两台D660AL汽轮机（型号N660-25/580/580）是东汽设计制造的新

一代高效超临界660MW优化机型，单轴、一次中间再热、四缸四排汽、双背压、

凝汽式汽轮机。本汽轮机组轴封系统采用自密封轴封系统，即在机组正常运行时，

由高、中压端轴封的漏汽经喷水减温后作为低压轴端轴封供汽的汽轮机轴封系统，

多余漏汽经溢流站溢流至#8低加或者凝汽器。在机组启动或者低负荷运行阶段，

轴封供汽由外来蒸汽提供，机组负荷达100MW时开始自密封，至负荷280MW时达

完全自密封，该轴封系统从机组启动到满负荷运行，全过程均能按机组轴封系统

供汽要求自动进行切换。

本轴封系统设计的外来汽源有高温辅汽（辅汽母管直供）、低温辅汽（辅汽

母管减温减压后辅汽）、冷再和主蒸汽共四路汽源，高温辅汽、低温辅汽、冷再

三路汽源集合成一个供汽站，由一个调门控制向轴封母管供汽；主蒸汽作为单路

汽源，由主蒸汽供轴封母管调节门向轴封供汽；低温辅汽和冷再供轴封管路设计

施工完毕，但是从未投运，只使用高温辅汽供轴封管路。机组冷态启动时应先用

高温辅汽向轴封供汽，热态启动时用高温辅汽和主蒸汽联合供汽，正常运行中为

自密封运行方式，主蒸汽和高温辅汽作为轴封用汽的备用汽源。

2.汽轮机启动时轴封系统控制

2.1汽轮机冲转参数控制要求：

汽轮机冷态、温态冲转，轴封蒸汽温度180℃～260℃；汽轮机热态、极热态

冲转，轴封蒸汽温度370℃～440℃，轴封蒸汽温度均按上限控制，轴封蒸汽压力

按表压43kPa控制。汽轮机状态定义：冷态，汽轮机高压一级后高压内缸上半内

壁温度≤240℃；温态，240℃≤汽轮机高压一级后高压内缸上半内壁温度

≤360℃；热态，360℃≤汽轮机高压一级后高压内缸上半内壁温度≤480℃；极

热态，汽轮机高压一级后高压内缸上半内壁温度≥480℃。本汽轮机采用中压缸

冲转，冷态、温态启动需投入高压缸正暖进行中速暖机。

2.2汽轮机冲转时轴封系统调节：

机组辅汽母管由邻机或者启动锅炉供汽时，辅汽温度300℃～360℃，能满足

汽轮机冷态和温态冲转时轴封供汽要求；在汽轮机热态或者极热态启动时，前期

可使用高温辅汽供轴封，能满足锅炉点火升温升压要求，在主蒸汽温度升高到

360℃以上时，可开启主蒸汽供轴封用汽调节门，以主蒸汽供轴封汽为主，高温

辅汽供轴封汽为辅，在汽轮机冲转前可以调节轴封压力和轴封温度满足汽轮机冲

转要求，如下表1。

表1：汽轮机实际冲转时的参数列表：

冲

转

状

态

主

汽

压

力

主

汽

温

度

再

热汽

压

力

再

热汽

温

度

高

压一

级

内

缸壁

温

轴

封母

管

温

度

封

高

温辅

汽供

轴

封

调

门开

度

主

蒸汽

供

轴

调

门开

度

冷

态

6.

4MPa

4

10℃

0.

8MPa

4

25℃

1

70℃

2

80℃

0%

80

温

态

7.

3MPa

4

41℃

0.

8MPa

4

34℃

3

30℃

3

35℃

5%

80

热

态

7.

1MPa

5

06℃

0.

8MPa

5

03℃

4

42℃

3

80℃

5%

2

5%

9

极

热态

7.

1MPa

5

44℃

0.

9MPa

5

30℃

4

83℃

4

29℃

7%

4

7%

8

2.3汽轮机并网带负荷后轴封系统调节：

汽轮机定速3000r/min后，将主蒸汽供轴封调节门投入自动控制，设定压力

40kPa，高温辅汽供轴封调节门投入自动控制，设定压力37kPa，在汽轮机并网带

负荷至轴封系统自密封负荷的整个过程中，轴封系统处于压力自动控制状态，在

轴封系统达自密封负荷后，主蒸汽供轴封调节门和高温辅汽供轴封调节门全部自

动关闭，处于自动热备用状态。

1.

汽轮机滑参数停运时轴封系统控制

汽轮机滑参数停运时，保持主蒸汽供轴封调节门自动控制，设定压力40kPa，

高温辅汽供轴封调节门自动控制，设定压力37kPa，在汽轮机滑参数停运的整个

过程中，轴封系统处于压力自动控制状态，主蒸汽供轴封调节门优先开启，可以

保证停机过程中轴封参数与汽轮机缸温相匹配

1.

机组甩负荷或者跳机时轴封系统控制

汽轮机正常运行期间，保持主蒸汽供轴封调节门自动控制，设定压力40kPa，

高温辅汽供轴封调节门自动控制，设定压力37kPa，在汽轮机甩负荷或者跳机时，

轴封系统处于压力自动控制状态，主蒸汽供轴封调节门优先开启，可以保证汽轮

机甩负荷或者跳机时轴封参数与汽轮机缸温相匹配。

1.

普安电厂轴封系统设计缺陷及改进措施

1）原设计轴封系统材质为碳钢，设计温度480℃，正常运行时轴封母管温度

460℃～480℃，高压缸进汽端自密封轴封支管温度490℃以上，中压缸进汽端自

密封轴封支管温度570℃以上，超过轴封系统管材设计温度，特别是中压缸进汽

端自密封支管温度接近中压缸进汽蒸汽温度，建议提高轴封系统管材设计温度达

主、再热蒸汽管道耐受温度水平。

2）原设计汽轮机高压主汽阀门杆一段漏汽接至轴封母管，在主汽阀全开时

该段无漏汽，在启机前或停机后（主汽阀关闭时），该段存在漏汽。在机组停运，

真空到0且停止轴封供汽后，高压主汽阀门杆一段漏汽导致轴封母管压力和温度

上升，特别是轴封母管温度接近主蒸汽温度，远高于低压轴封体温度，低压轴封

的安全运行存在隐患。建议将高压主汽阀门杆一段漏汽接至再热热段，或者增加

高压主汽阀门杆一段漏汽至轴封母管手动门，停机期间关闭该门。

3）原设计轴封系统的疏水点为1个手动门串联1个气动门，未设计疏水旁

路，轴封系统无连续疏水点，不符合《火力发电厂汽轮机防进水导则》汽轮机轴

封系统篇章要求，应改造增加轴封系统疏水旁路节流孔或疏水旁路疏水器，保证

轴封系统连续疏水。

4）原设计汽轮机A、B低压缸轴封进汽母管接口、给水泵小机进汽母管接口

均布置在轴封供汽母管底部，应更改为轴封供汽母管侧面引出，并在底部设计常

疏水点，防止低压轴封带水。

5）原设计汽轮机低压缸轴封进汽管道通过凝汽器穿管后接至低压缸轴封体，

在机组启动阶段，低压旁路打开时，低压旁路蒸汽直接冲刷凝汽器内低压轴封进

汽管道，导致低压轴封进汽温度骤降，不利于汽轮机冲转时低压轴封参数的控制，

应改动凝汽器内低压轴封进汽管道的位置，使低压旁路蒸汽、低压缸排汽、低压

缸喷水等介质无法冲刷低压轴封进汽管道，使低压轴封供汽温度稳定在设计范围。

1.

结论

1）东汽高、中压分缸汽轮机只需设计辅汽联箱和主蒸汽两路外供汽源，可

以满足汽轮机任何工况要求。

2）主蒸汽供轴封是保证汽轮机在热态、极热态启动时轴封系统参数满足设

计要求的良好手段，同时能保证汽轮机甩负荷、跳闸等工况安全停机，避免轴封

供汽温度与汽轮机转子、轴封体、汽缸等温差太大造成轴封磨损或者汽轮机抱轴，

应大胆使用主蒸汽供轴封管路，但是要保证管材、阀门的安全性。

3）东汽660MW高、中压分缸汽轮机是1000MW等级的改进型，轴封系统设计

上存在很多改进的地方，本文旨在供汽轮机厂家、电厂同行交流、借鉴，尽力优

化汽轮机轴封系统，保证汽轮机安全。

参考文献

【1】东方汽轮机有限公司.N660-25/580/580型汽轮机启动运行说明书，

2016，D660AL-000106ASM。

【2】中电（普安）发电有限责任公司.集控运行规程，2018，Q/PAFD

11060201—2018。

2024年9月8日发(作者：宇文蓓)

东汽 660MW 超临界汽轮机轴封系统设计

与优化

摘要：东方汽轮机有限公司（以下简称东汽）制造的660MW超临界高、中压

分缸汽轮机轴封系统设计主蒸汽、低温再热蒸汽和辅汽三种供汽方式，国内火电

厂在实际应用中只使用低温再热蒸汽和辅汽两种供汽方式，没有投运主蒸汽供轴

封系统。针对中电（普安）发电有限责任公司（以下简称普安电厂）使用的东汽

660MW超临界高、中压分缸汽轮机调试过程进行分析，对汽轮机轴封系统设计应

用情况进行调查研究，发现了汽轮机轴封系统的设计缺陷，通过优化轴封系统设

计，优化轴封系统运行方式，可以实现轴封系统设计功能。机组调试结果表明，

轴封系统设计优化之后，可以适应汽轮机启动、停运、甩负荷等各种工况，保证

汽轮机安全。

关键词：轴封系统；设计优化；调查研究；安全

1.前言

普安电厂两台D660AL汽轮机（型号N660-25/580/580）是东汽设计制造的新

一代高效超临界660MW优化机型，单轴、一次中间再热、四缸四排汽、双背压、

凝汽式汽轮机。本汽轮机组轴封系统采用自密封轴封系统，即在机组正常运行时，

由高、中压端轴封的漏汽经喷水减温后作为低压轴端轴封供汽的汽轮机轴封系统，

多余漏汽经溢流站溢流至#8低加或者凝汽器。在机组启动或者低负荷运行阶段，

轴封供汽由外来蒸汽提供，机组负荷达100MW时开始自密封，至负荷280MW时达

完全自密封，该轴封系统从机组启动到满负荷运行，全过程均能按机组轴封系统

供汽要求自动进行切换。

本轴封系统设计的外来汽源有高温辅汽（辅汽母管直供）、低温辅汽（辅汽

母管减温减压后辅汽）、冷再和主蒸汽共四路汽源，高温辅汽、低温辅汽、冷再

三路汽源集合成一个供汽站，由一个调门控制向轴封母管供汽；主蒸汽作为单路

汽源，由主蒸汽供轴封母管调节门向轴封供汽；低温辅汽和冷再供轴封管路设计

施工完毕，但是从未投运，只使用高温辅汽供轴封管路。机组冷态启动时应先用

高温辅汽向轴封供汽，热态启动时用高温辅汽和主蒸汽联合供汽，正常运行中为

自密封运行方式，主蒸汽和高温辅汽作为轴封用汽的备用汽源。

2.汽轮机启动时轴封系统控制

2.1汽轮机冲转参数控制要求：

汽轮机冷态、温态冲转，轴封蒸汽温度180℃～260℃；汽轮机热态、极热态

冲转，轴封蒸汽温度370℃～440℃，轴封蒸汽温度均按上限控制，轴封蒸汽压力

按表压43kPa控制。汽轮机状态定义：冷态，汽轮机高压一级后高压内缸上半内

壁温度≤240℃；温态，240℃≤汽轮机高压一级后高压内缸上半内壁温度

≤360℃；热态，360℃≤汽轮机高压一级后高压内缸上半内壁温度≤480℃；极

热态，汽轮机高压一级后高压内缸上半内壁温度≥480℃。本汽轮机采用中压缸

冲转，冷态、温态启动需投入高压缸正暖进行中速暖机。

2.2汽轮机冲转时轴封系统调节：

机组辅汽母管由邻机或者启动锅炉供汽时，辅汽温度300℃～360℃，能满足

汽轮机冷态和温态冲转时轴封供汽要求；在汽轮机热态或者极热态启动时，前期

可使用高温辅汽供轴封，能满足锅炉点火升温升压要求，在主蒸汽温度升高到

360℃以上时，可开启主蒸汽供轴封用汽调节门，以主蒸汽供轴封汽为主，高温

辅汽供轴封汽为辅，在汽轮机冲转前可以调节轴封压力和轴封温度满足汽轮机冲

转要求，如下表1。

表1：汽轮机实际冲转时的参数列表：

冲

转

状

态

主

汽

压

力

主

汽

温

度

再

热汽

压

力

再

热汽

温

度

高

压一

级

内

缸壁

温

轴

封母

管

温

度

封

高

温辅

汽供

轴

封

调

门开

度

主

蒸汽

供

轴

调

门开

度

冷

态

6.

4MPa

4

10℃

0.

8MPa

4

25℃

1

70℃

2

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0%

80

温

态

7.

3MPa

4

41℃

0.

8MPa

4

34℃

3

30℃

3

35℃

5%

80

热

态

7.

1MPa

5

06℃

0.

8MPa

5

03℃

4

42℃

3

80℃

5%

2

5%

9

极

热态

7.

1MPa

5

44℃

0.

9MPa

5

30℃

4

83℃

4

29℃

7%

4

7%

8

2.3汽轮机并网带负荷后轴封系统调节：

汽轮机定速3000r/min后，将主蒸汽供轴封调节门投入自动控制，设定压力

40kPa，高温辅汽供轴封调节门投入自动控制，设定压力37kPa，在汽轮机并网带

负荷至轴封系统自密封负荷的整个过程中，轴封系统处于压力自动控制状态，在

轴封系统达自密封负荷后，主蒸汽供轴封调节门和高温辅汽供轴封调节门全部自

动关闭，处于自动热备用状态。

1.

汽轮机滑参数停运时轴封系统控制

汽轮机滑参数停运时，保持主蒸汽供轴封调节门自动控制，设定压力40kPa，

高温辅汽供轴封调节门自动控制，设定压力37kPa，在汽轮机滑参数停运的整个

过程中，轴封系统处于压力自动控制状态，主蒸汽供轴封调节门优先开启，可以

保证停机过程中轴封参数与汽轮机缸温相匹配

1.

机组甩负荷或者跳机时轴封系统控制

汽轮机正常运行期间，保持主蒸汽供轴封调节门自动控制，设定压力40kPa，

高温辅汽供轴封调节门自动控制，设定压力37kPa，在汽轮机甩负荷或者跳机时，

轴封系统处于压力自动控制状态，主蒸汽供轴封调节门优先开启，可以保证汽轮

机甩负荷或者跳机时轴封参数与汽轮机缸温相匹配。

1.

普安电厂轴封系统设计缺陷及改进措施

1）原设计轴封系统材质为碳钢，设计温度480℃，正常运行时轴封母管温度

460℃～480℃，高压缸进汽端自密封轴封支管温度490℃以上，中压缸进汽端自

密封轴封支管温度570℃以上，超过轴封系统管材设计温度，特别是中压缸进汽

端自密封支管温度接近中压缸进汽蒸汽温度，建议提高轴封系统管材设计温度达

主、再热蒸汽管道耐受温度水平。

2）原设计汽轮机高压主汽阀门杆一段漏汽接至轴封母管，在主汽阀全开时

该段无漏汽，在启机前或停机后（主汽阀关闭时），该段存在漏汽。在机组停运，

真空到0且停止轴封供汽后，高压主汽阀门杆一段漏汽导致轴封母管压力和温度

上升，特别是轴封母管温度接近主蒸汽温度，远高于低压轴封体温度，低压轴封

的安全运行存在隐患。建议将高压主汽阀门杆一段漏汽接至再热热段，或者增加

高压主汽阀门杆一段漏汽至轴封母管手动门，停机期间关闭该门。

3）原设计轴封系统的疏水点为1个手动门串联1个气动门，未设计疏水旁

路，轴封系统无连续疏水点，不符合《火力发电厂汽轮机防进水导则》汽轮机轴

封系统篇章要求，应改造增加轴封系统疏水旁路节流孔或疏水旁路疏水器，保证

轴封系统连续疏水。

4）原设计汽轮机A、B低压缸轴封进汽母管接口、给水泵小机进汽母管接口

均布置在轴封供汽母管底部，应更改为轴封供汽母管侧面引出，并在底部设计常

疏水点，防止低压轴封带水。

5）原设计汽轮机低压缸轴封进汽管道通过凝汽器穿管后接至低压缸轴封体，

在机组启动阶段，低压旁路打开时，低压旁路蒸汽直接冲刷凝汽器内低压轴封进

汽管道，导致低压轴封进汽温度骤降，不利于汽轮机冲转时低压轴封参数的控制，

应改动凝汽器内低压轴封进汽管道的位置，使低压旁路蒸汽、低压缸排汽、低压

缸喷水等介质无法冲刷低压轴封进汽管道，使低压轴封供汽温度稳定在设计范围。

1.

结论

1）东汽高、中压分缸汽轮机只需设计辅汽联箱和主蒸汽两路外供汽源，可

以满足汽轮机任何工况要求。

2）主蒸汽供轴封是保证汽轮机在热态、极热态启动时轴封系统参数满足设

计要求的良好手段，同时能保证汽轮机甩负荷、跳闸等工况安全停机，避免轴封

供汽温度与汽轮机转子、轴封体、汽缸等温差太大造成轴封磨损或者汽轮机抱轴，

应大胆使用主蒸汽供轴封管路，但是要保证管材、阀门的安全性。

3）东汽660MW高、中压分缸汽轮机是1000MW等级的改进型，轴封系统设计

上存在很多改进的地方，本文旨在供汽轮机厂家、电厂同行交流、借鉴，尽力优

化汽轮机轴封系统，保证汽轮机安全。

参考文献

【1】东方汽轮机有限公司.N660-25/580/580型汽轮机启动运行说明书，

2016，D660AL-000106ASM。

【2】中电（普安）发电有限责任公司.集控运行规程，2018，Q/PAFD

11060201—2018。