引言

電力市場發(fā)展規(guī)模的日趨擴大對于電力供應的穩(wěn)定性提出了較高的要求，汽輪機上下缸溫差大將會導致轉(zhuǎn)子偏心幅度增大，進而造成葉片損毀、汽缸變形、大軸彎曲等問題，使發(fā)電廠蒙受嚴重的經(jīng)濟損失，甚至還會引發(fā)安全事故。如何精確排查上下缸溫差大的原因并采取有效措施予以處理，值得我們進行深入探討。

 

1 汽輪機組運行概況

某公司生產(chǎn)的型號為 N600/24.2/566/566 的 3、4 號超臨界汽輪機組為三缸四排汽中間再熱凝汽式結(jié)構(gòu)，高中壓合缸，低壓缸為雙流程結(jié)構(gòu)。機組投產(chǎn)后的啟動、停運期間，在高中壓缸排汽口、三段抽汽口處出現(xiàn)上下缸溫差超出 45℃的情況。鑒于在生產(chǎn)制造汽輪機的過程中要求進行汽輪機上下缸溫差的動態(tài)監(jiān)測，通常下缸溫度要低于上缸且溫差不超過45℃，防范汽缸進水問題，倘若溫差超出報警值將會造成動靜碰磨、汽缸變形、軸瓦振動大乃至汽缸漏汽等問題，造成嚴重的安全隱患。通過調(diào)取機組監(jiān)測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在 4 號機某次啟動、停運的過程中都發(fā)生了高中壓缸排汽口、三段抽汽口處溫差超過報警值的現(xiàn)象。在 4 號機啟動后，自真空投運起中壓缸排汽口上下缸溫差便逐漸上升，待暖機結(jié)束后到達第一個高峰值 61.6℃，隨著機組帶負荷至 120MW 時到達第二個高峰值 68.1℃，隨后溫差逐漸減小至正常范圍；在機組的三段抽汽口處，待暖機結(jié)束前由 3000r/min 至 120MW 負荷間溫差呈迅速增大趨勢，在 120MW 處到達較高值 95.8℃，隨后溫差逐漸回落至正常范圍。

 

2 600MW 汽輪機上下缸溫差大的原因分析

2.1 蒸汽在夾層中的傳熱情況分析

蒸汽通過分流擋板，上、下分流，并保證了上、下蒸汽流量和溫度等參數(shù)基本一致。由于內(nèi)外缸之間的中分面處空間不大，蒸汽主要通道為頂部和底部的內(nèi)外缸夾層之間。高溫區(qū)的蒸汽冷卻內(nèi)缸，同時加熱外缸；低溫區(qū)的蒸汽冷卻高中壓隔板，同時加熱外缸，確保高中壓缸內(nèi)、外缸合理的溫度梯度。分析高中壓缸夾層中高溫區(qū)和低溫區(qū)的蒸汽的熱量傳遞。高壓端的漏汽（高溫區(qū)蒸汽）與中壓缸排汽（低溫區(qū)蒸汽）因為壓力不一致，因此蒸汽在高中壓缸擋汽板附近不能通過自然對流進行熱交換。由于高溫區(qū)的蒸汽流量遠大于低溫區(qū)的蒸汽流量，如果不控制從高溫區(qū)到低溫區(qū)的蒸汽流量，則高溫區(qū)的溫度維持不住。

 

2.2 溫度測點與保溫排查

汽輪機組一般在啟�；虻拓摵蓵r，汽缸因外界條件不同，下缸與很多管道相連接，散熱面積大，保溫困難，故一般下缸溫度較上缸溫度低。但是這種機組的高中壓缸不論在啟�；驇ж摵蛇\行時，總是出現(xiàn)下部溫度高于上部溫度的現(xiàn)象。為排查汽輪機上下缸溫差過大的原因，首先針對溫度測點精度進行檢驗，在觀察機組啟動后的運行情況時，可以發(fā)現(xiàn)4 號機中壓缸的排汽蒸汽溫度為 350℃，排汽口上半部金屬溫度與之相匹配，但下半部金屬溫度為 320℃，二者溫差約為30℃。事實上在中壓缸運行過程中，其排汽下半部金屬溫度應與三段抽汽溫度保持一致。在獲取到溫度測量數(shù)值后，進行排汽口下半部保溫情況的排查，利用表計進行測點校驗后未發(fā)現(xiàn)測量數(shù)值的異常變化情況，保溫表面保持在 60℃范圍內(nèi)。因此擬進行表計的重新安裝，安裝后發(fā)現(xiàn)原有現(xiàn)象消除，由此可以初步證明溫度測點與保溫方面無故障問題，造成溫差測量數(shù)值不精確的原因極有可能是表計未插好，導致熱電阻測量端與套管底部連接不當。

 

2.3 汽缸進水問題排查

接下來進行汽缸進水問題的排查，在依次檢驗疏水系統(tǒng)中的不同閥門閉合狀態(tài)、查看汽輪機停機后的惰走曲線、觀察真空數(shù)據(jù)數(shù)值變化情況后，均未發(fā)現(xiàn)有異常情況，由此可以初步排除汽缸積水這一故障誘因。同時由于汽輪機在運行過程中缸內(nèi)溫度會保持較高數(shù)值，在停機后缸內(nèi)壓力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎婵諣顟B(tài)，因此缸內(nèi)原有蒸汽并不會造成汽缸積水，且導氣管、疏水門都處于正常開啟狀態(tài)，由此可以進一步排除汽缸進水這一故障問題。

 

2.4 疏水系統(tǒng)檢查

內(nèi)缸下半部開有疏水孔，通過環(huán)形撓性疏水管穿過外缸引出，用來排除內(nèi)缸進汽腔的積水。通過觀察 4 號機高壓缸排汽口的溫度變化數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，總體來看其溫差保持在正常范圍內(nèi)浮動，而在汽輪機停機的 6 日后出現(xiàn)溫差為 46.6℃的情況；汽輪機的中壓缸排汽口在機組啟動、停運過程中溫差的峰值均超過 60℃，且這一溫差數(shù)值在持續(xù)一段時間后才開始下降。由于真空系統(tǒng)與軸封系統(tǒng)在中壓缸沖轉(zhuǎn)前已完成投運，由此可以推斷出軸封蒸汽是影響溫差變化的較主要因素，軸封蒸汽在中壓腔室加熱上腔室，經(jīng)由連通管從中壓缸流入到低壓缸中，導致中壓缸排汽下腔室溫度上升速率緩慢，進而加大上下缸溫差數(shù)值。

 

具體來說，由于在該汽輪機組中三段抽汽口的上、下測點分別位于中壓 1 號持環(huán)前部與中壓外缸處，兩個測點呈非對稱狀排布，因此在汽缸溫度變化時必然會引起測點所處位置金屬的溫度變化，進而造成溫差數(shù)值變化。在汽輪機組停運過程中，其溫差變化只取決于軸封蒸汽這一個因素，然而以機組現(xiàn)有的保溫條件無法規(guī)避停機溫差增大的問題。在汽輪機啟動過程中，沖轉(zhuǎn)蒸汽在流經(jīng)中壓缸后必然流向低壓缸，導致其排汽口上下腔室的加熱速度不一致，下腔室略有延遲且升溫速度較慢，加劇了溫差增加幅度。此外，汽水混合物量會隨沖轉(zhuǎn)參數(shù)的升高而增大，在進入三段壓力疏水罐后引發(fā)倒流現(xiàn)象，使冷蒸汽倒流進三段抽汽口下部，進一步導致上下缸溫差增大，由此可以判斷出該汽輪機的疏水系統(tǒng)布置存在問題。

 

3 針對汽輪機上下缸溫差大的處理對策探討

 

3.1 增加蒸汽在夾層的換熱流量

取消高中壓端中分面分流擋板同時將高中壓內(nèi)缸底部擋汽板的外圓直徑減小，增加擋汽板與外缸凸緣之間縫隙，使底部高溫區(qū)和低溫區(qū)的蒸汽的換熱流量增加，增大換熱效果，使下半?yún)^(qū)主流區(qū)的溫度與上半?yún)^(qū)的溫度基本一致。

 

3.2 加強啟動停運管控

針對汽輪機的啟動過程進行優(yōu)化，需在汽輪機掛閘后立即投運 3 號高壓加熱器汽側(cè)，通過增加抽汽量使 3 號抽汽口下腔室金屬溫度上升，改善以往因疏水不暢造成的溫差過大問題；同時注重增加沖轉(zhuǎn)暖機時長，待汽輪機抽汽口下腔室金屬溫度保持恒定值后進行汽輪機升速，以免造成溫差疊加問題。針對汽輪機停運期間進行優(yōu)化，應當適當推后軸封與真空的退出時長，選取汽缸上腔室部分的快冷汽源投運，以此增加汽缸上部降溫速率，同時配合關(guān)閉疏水閥操作，使汽缸下部緩慢降溫，從而達到減小上下缸溫差的目的。

 

3.3 改造疏水系統(tǒng)

針對汽輪機的疏水系統(tǒng)進行改造，應采用新集管輔助汽輪機本體疏水，規(guī)避其他管道影響本體疏水效果。具體來說，擬將 4 號機高中壓缸平衡管、高中壓缸外缸、中壓導氣管上下疏水管路、三抽與四抽逆止門前疏水等 6 條疏水管路與 4A凝汽器 26m3疏水擴容器備用集管口相連接。在完成疏水系統(tǒng)改造后，啟動 4 號機并觀察其溫差變化情況，可以發(fā)現(xiàn)在真空與軸封投運后，汽輪機高壓缸排汽口溫差無明顯變化，待沖轉(zhuǎn)前出現(xiàn)峰值 41.5℃，直至達到 110MW 負荷后溫差恢復到正常情況；在觀察汽輪機中壓缸時，可以發(fā)現(xiàn)其排汽口溫差增幅較大且速度較快，短時間內(nèi)迅速達到 42.5℃，在此過程中并未受到真空變化的影響，溫差始終保持在 42℃左右；在 2350r/min暖機期間溫差增至 43.7℃，而在 3000r/min 電氣試驗過程中溫差又略微降至 41.7℃，經(jīng)由后續(xù)打閘、沖轉(zhuǎn)后溫差再次增至44.5℃，機組帶負荷運行至 3000MW 時溫差降至 30℃左右，回歸到正常的溫差范圍內(nèi)；在三段抽汽口處，當汽輪機第一次升速至 3000r/min 時，其溫差達到峰值 42℃，持續(xù)時間約在60min 之內(nèi)，在后續(xù)沖轉(zhuǎn)、帶負荷狀態(tài)下溫差均保持在 30℃之下，由此可證實改造后的疏水系統(tǒng)能夠有效起到減小上下缸溫差的作用。其中選取 4 號機改造后某一日的上下缸溫差變化情況，如圖 1 所示。從圖中可以觀察到，在機組停機后、投運快冷前的一段時間內(nèi)，其高壓缸與中壓缸的排汽口、三段抽汽口上下缸溫差的峰值分別為 42℃、20℃和 41℃，處于正常狀態(tài)。

4 結(jié)束語

汽輪機上下缸溫差過大將會直接導致轉(zhuǎn)子偏心幅度變大，加大汽輪機缸體內(nèi)部的摩擦，使其內(nèi)部溫度大幅攀升，還會引發(fā)缸體變形、漏汽、軸承彎曲、機組振動等問題，對于汽輪機的安全運行造成嚴重影響。因此務必要嚴格加強對機組啟停、疏水系統(tǒng)等環(huán)節(jié)的優(yōu)化改造，較大限度保障機組安全運行。

 

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