引言

電力市場(chǎng)發(fā)展規(guī)模的日趨擴(kuò)大對(duì)于電力供應(yīng)的穩(wěn)定性提出了較高的要求，汽輪機(jī)上下缸溫差大將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏心幅度增大，進(jìn)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(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至還會(huì)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(jìn)行深入探討。

 

1 汽輪機(jī)組運(yùn)行概況

某公司生產(chǎn)的型號(hào)為 N600/24.2/566/566 的 3、4 號(hào)超臨界汽輪機(jī)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(jī)組投產(chǎn)后的啟動(dòng)、停運(yùn)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(jī)的過程中要求進(jìn)行汽輪機(jī)上下缸溫差的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通常下缸溫度要低于上缸且溫差不超過45℃，防范汽缸進(jìn)水問題，倘若溫差超出報(bào)警值將會(huì)造成動(dòng)靜碰磨、汽缸變形、軸瓦振動(dòng)大乃至汽缸漏汽等問題，造成嚴(yán)重的安全隱患。通過調(diào)取機(jī)組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在 4 號(hào)機(jī)某次啟動(dòng)、停運(yùn)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(bào)警值的現(xiàn)象。在 4 號(hào)機(jī)啟動(dòng)后，自真空投運(yùn)起中壓缸排汽口上下缸溫差便逐漸上升，待暖機(jī)結(jié)束后到達(dá)第一個(gè)高峰值 61.6℃，隨著機(jī)組帶負(fù)荷至 120MW 時(shí)到達(dá)第二個(gè)高峰值 68.1℃，隨后溫差逐漸減小至正常范圍；在機(jī)組的三段抽汽口處，待暖機(jī)結(jié)束前由 3000r/min 至 120MW 負(fù)荷間溫差呈迅速增大趨勢(shì)，在 120MW 處到達(dá)較高值 95.8℃，隨后溫差逐漸回落至正常范圍。

 

2 600MW 汽輪機(jī)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(shí)加熱外缸；低溫區(qū)的蒸汽冷卻高中壓隔板，同時(shí)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?yàn)閴毫Σ灰恢拢虼苏羝诟咧袎焊讚跗甯浇荒芡ㄟ^自然對(duì)流進(jìn)行熱交換。由于高溫區(qū)的蒸汽流量遠(yuǎn)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(cè)點(diǎn)與保溫排查

汽輪機(jī)組一般在啟停或低負(fù)荷時(shí)，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(jī)組的高中壓缸不論在啟停或帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，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(jī)上下缸溫差過大的原因，首先針對(duì)溫度測(cè)點(diǎn)精度進(jìn)行檢驗(yàn)，在觀察機(jī)組啟動(dòng)后的運(yùn)行情況時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)4 號(hào)機(jī)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(shí)上在中壓缸運(yùn)行過程中，其排汽下半部金屬溫度應(yīng)與三段抽汽溫度保持一致。在獲取到溫度測(cè)量數(shù)值后，進(jìn)行排汽口下半部保溫情況的排查，利用表計(jì)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)后未發(fā)現(xiàn)測(cè)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(jìn)行表計(jì)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(cè)點(diǎn)與保溫方面無故障問題，造成溫差測(cè)量數(shù)值不精確的原因極有可能是表計(jì)未插好，導(dǎo)致熱電阻測(cè)量端與套管底部連接不當(dāng)。

 

2.3 汽缸進(jìn)水問題排查

接下來進(jìn)行汽缸進(jìn)水問題的排查，在依次檢驗(yàn)疏水系統(tǒng)中的不同閥門閉合狀態(tài)、查看汽輪機(jī)停機(jī)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(shí)由于汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中缸內(nèi)溫度會(huì)保持較高數(shù)值，在停機(jī)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(huì)造成汽缸積水，且導(dǎo)氣管、疏水門都處于正常開啟狀態(tài)，由此可以進(jìn)一步排除汽缸進(jìn)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(jìn)汽腔的積水。通過觀察 4 號(hào)機(jī)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(dòng)，而在汽輪機(jī)停機(jī)的 6 日后出現(xiàn)溫差為 46.6℃的情況；汽輪機(jī)的中壓缸排汽口在機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)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(shí)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(yùn)，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(dǎo)致中壓缸排汽下腔室溫度上升速率緩慢，進(jìn)而加大上下缸溫差數(shù)值。

 

具體來說，由于在該汽輪機(jī)組中三段抽汽口的上、下測(cè)點(diǎn)分別位于中壓 1 號(hào)持環(huán)前部與中壓外缸處，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)呈非對(duì)稱狀排布，因此在汽缸溫度變化時(shí)必然會(huì)引起測(cè)點(diǎn)所處位置金屬的溫度變化，進(jìn)而造成溫差數(shù)值變化。在汽輪機(jī)組停運(yùn)過程中，其溫差變化只取決于軸封蒸汽這一個(gè)因素，然而以機(jī)組現(xiàn)有的保溫條件無法規(guī)避停機(jī)溫差增大的問題。在汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中，沖轉(zhuǎn)蒸汽在流經(jīng)中壓缸后必然流向低壓缸，導(dǎo)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(huì)隨沖轉(zhuǎn)參數(shù)的升高而增大，在進(jìn)入三段壓力疏水罐后引發(fā)倒流現(xiàn)象，使冷蒸汽倒流進(jìn)三段抽汽口下部，進(jìn)一步導(dǎo)致上下缸溫差增大，由此可以判斷出該汽輪機(jī)的疏水系統(tǒng)布置存在問題。

 

3 針對(duì)汽輪機(jī)上下缸溫差大的處理對(duì)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(shí)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(qiáng)啟動(dòng)停運(yùn)管控

針對(duì)汽輪機(jī)的啟動(dòng)過程進(jìn)行優(yōu)化，需在汽輪機(jī)掛閘后立即投運(yùn) 3 號(hào)高壓加熱器汽側(cè)，通過增加抽汽量使 3 號(hào)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(shí)注重增加沖轉(zhuǎn)暖機(jī)時(shí)長(zhǎng)，待汽輪機(jī)抽汽口下腔室金屬溫度保持恒定值后進(jìn)行汽輪機(jī)升速，以免造成溫差疊加問題。針對(duì)汽輪機(jī)停運(yùn)期間進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)推后軸封與真空的退出時(shí)長(zhǎng)，選取汽缸上腔室部分的快冷汽源投運(yùn)，以此增加汽缸上部降溫速率，同時(shí)配合關(guān)閉疏水閥操作，使汽缸下部緩慢降溫，從而達(dá)到減小上下缸溫差的目的。

 

3.3 改造疏水系統(tǒng)

針對(duì)汽輪機(jī)的疏水系統(tǒng)進(jìn)行改造，應(yīng)采用新集管輔助汽輪機(jī)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(hào)機(jī)高中壓缸平衡管、高中壓缸外缸、中壓導(dǎo)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?dāng)U容器備用集管口相連接。在完成疏水系統(tǒng)改造后，啟動(dòng) 4 號(hào)機(jī)并觀察其溫差變化情況，可以發(fā)現(xiàn)在真空與軸封投運(yùn)后，汽輪機(jī)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(dá)到 110MW 負(fù)荷后溫差恢復(fù)到正常情況；在觀察汽輪機(jī)中壓缸時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)其排汽口溫差增幅較大且速度較快，短時(shí)間內(nèi)迅速達(dá)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(jī)期間溫差增至 43.7℃，而在 3000r/min 電氣試驗(yàn)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(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行至 3000MW 時(shí)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(dāng)汽輪機(jī)第一次升速至 3000r/min 時(shí)，其溫差達(dá)到峰值 42℃，持續(xù)時(shí)間約在60min 之內(nèi)，在后續(xù)沖轉(zhuǎn)、帶負(fù)荷狀態(tài)下溫差均保持在 30℃之下，由此可證實(shí)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(hào)機(jī)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(jī)組停機(jī)后、投運(yùn)快冷前的一段時(shí)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(jī)上下缸溫差過大將會(huì)直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏心幅度變大，加大汽輪機(jī)缸體內(nèi)部的摩擦，使其內(nèi)部溫度大幅攀升，還會(huì)引發(fā)缸體變形、漏汽、軸承彎曲、機(jī)組振動(dòng)等問題，對(duì)于汽輪機(jī)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。因此務(wù)必要嚴(yán)格加強(qiáng)對(duì)機(jī)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(jī)組安全運(yùn)行。

 

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