３００ＭＷ汽輪機缸溫差大的原因分析及措施

摘要文章對某電廠300MW汽輪機缸溫差大的原因進行分析，并提出相應(yīng)的措施，保證機組安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞300MW汽輪機；缸溫差；原因；措施

作者簡介朱學(xué)勤，廣東省粵電集團有限公司沙角A電廠，廣東東莞，523936

中圖分類號TK26文獻標(biāo)識碼A文章編號1007-7723(2009)03-0038-0002

汽輪機一般均采用雙缸、雙排汽結(jié)構(gòu)，高、中壓缸合并。在高壓上缸布置I段抽汽，高壓排汽?、蚨纬槠袎合赂撞贾芒?、Ⅳ段抽汽，I、Ⅱ、Ⅲ抽汽供高加用汽，Ⅳ段抽汽供除氧器、小機用汽。在主、再熱蒸汽管道、缸體底部、抽汽管道上布置有大量的疏水管。鑒于此種結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)方式，難免在機組運行、啟停過程中形成缸溫差。如果溫差過大會引起轉(zhuǎn)子偏心缸體應(yīng)力變化，影響機組安全穩(wěn)定運行。

一、缸溫差形成的原因

(一)非設(shè)備及操作異常

一般來說，機組在啟動過程中汽缸內(nèi)的熱汽流偏于向上流動，啟動初期部分凝結(jié)放熱，凝結(jié)水在下缸形成水膜從而影響下缸傳熱，造成下缸溫升比缸慢，如在啟動中采用非圓周進汽，根據(jù)進汽的特點也會影響缸體的加熱。但是在機組帶上一定的負(fù)荷之后汽缸內(nèi)壁已有較高的溫度，由于此時機組進汽量明顯增加，汽缸內(nèi)汽體流速流量增大沖刷及卷帶作用顯著加強，下缸水膜不易形成，傳熱相對加強。另外，高、低壓加熱器隨機投入加之缸體疏水作用，并網(wǎng)初期抽汽門起到很大的疏水及導(dǎo)流作用，加速了缸體的傳熱，下缸溫度會明顯高于上缸。反之，停機過程中，下缸溫度會低于上缸。中壓下缸抽汽管道較多，相對缸體來說管壁較薄、熱容量小、冷卻快、散熱面積大，一般停機后下缸溫度水平低于上缸。機組開始滑停到打閘過程中缸體產(chǎn)生缸溫差。在汽輪機打閘前的一段時間，高壓缸排汽溫度出現(xiàn)特殊升高，這種排汽溫度的短時升高，是由于停機時流量降低，調(diào)節(jié)級后壓力下降，而高排壓力因再熱容積的變化延遲而下降緩慢，使高壓缸最后幾級的熔降變小，效率變差，溫度升高。

機組打閘后，汽輪機高壓上缸、下缸將出現(xiàn)不同程度的溫度反彈現(xiàn)象，這是冷卻不充分的表現(xiàn)，屬于正?，F(xiàn)象。高壓上缸更明顯一些，這是由于高壓下缸高排管道及其上的疏水管道的影響，機組打閘后，缸體及高排管道的疏水門會自動打開，凝汽器真空及重力疏水使高壓下缸在打閘后仍具備一定的冷卻能力。

缸體下部保溫存在缺陷，高、中壓缸兩端的對流通風(fēng)等使下缸溫度降低。

正常運行中，機組進汽參數(shù)、負(fù)荷急劇變化，高壓加熱器的不正常退出運行、單閥門與順序閥的切換等，也會影響缸溫變化。

(二)缸體進冷水、冷汽

1、結(jié)構(gòu)性或設(shè)備缺陷

(1)疏水設(shè)計不夠完善。主、再熱蒸汽疏水，缸體疏水，導(dǎo)汽管疏水及其他疏水，先全部集中在一根疏水集管上，再疏人擴容器或凝汽器。由于各疏水壓力等級不能保證時時一致，從而出現(xiàn)個別疏水管出現(xiàn)返水、返汽現(xiàn)象。

(2)高、低壓加熱器及除氧器等容器內(nèi)部存在一定的蒸汽(高溫的疏水汽化)，當(dāng)打開缸體疏水門(閥門本體也有可能存在內(nèi)漏)時會有冷氣漏入汽缸。停機后除氧器有相當(dāng)大容積的水和低溫蒸汽，在降壓過程中，水也會不斷汽化。這些帶有一定壓力的低溫汽水在抽汽逆止門、電動門不夠嚴(yán)密的情況下，很容易竄入基本處于常壓下的汽缸，在下缸凝結(jié)吸熱和流動冷卻。

(3)機組停運后，輔汽通過軸封及不夠嚴(yán)密的閥門竄入汽缸，或軸封減溫水流入缸體。

有些機組由于軸封和汽缸的結(jié)合面漏汽的影響，使得保溫層很潮濕，嚴(yán)重的時候，稍有壓力，里面就會有水流出，潮濕的保溫層在受熱后，會產(chǎn)生大量的蒸汽冒出，這些汽體的汽化帶走缸體的大量熱量。

(4)汽機缸體夾層冷卻蒸汽的流動變化，300MW以上機組采用高、中壓缸合缸及內(nèi)外雙缸。高、中壓進汽集中布置在中部，形成合缸中部的高溫區(qū)，按各級做功逐步降溫至兩端低溫區(qū)，而夾層冷卻蒸汽主要作用就是冷卻高溫區(qū)的進汽部分，高、中壓轉(zhuǎn)子。當(dāng)夾層冷卻或加熱汽體在流動過程中，由于高中壓平衡活塞汽封等處的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或異常，使缸體加熱或冷卻介質(zhì)流量、速度發(fā)生變化，勢必在機組啟動、停運、大幅度變負(fù)荷過程中使得缸體溫度水平發(fā)生變化。

(5)缸體溫度測點的布置位置不合理或測點故障，不能夠正確反映缸體的熱應(yīng)力情況。

(6)停機后，主汽門不嚴(yán)，主蒸汽泄露進入缸體，漏入的濕氣在上缸凝結(jié)放熱，致使高壓下缸在停機8h后溫降率仍達3℃／h，由于上述缸體溫度未冷卻到位，表現(xiàn)不夠明顯。

(7)在機組溫、熱態(tài)開機及甩負(fù)荷后啟動情況下，沖轉(zhuǎn)前要求開本體和機前疏水，大量的高溫高壓疏水和蒸汽進入高擴，使得原本處于真空狀態(tài)下的高擴變成正壓狀態(tài)，壓力高達0.20－0.54MPa，而此時汽機缸體內(nèi)部又處于真空狀態(tài)，使部分濕蒸汽倒流進入汽缸。機組在溫、熱態(tài)開機，開始軸封抽真空后，或在甩負(fù)荷或帶負(fù)荷打閘停機時，門桿漏汽、軸封回汽經(jīng)過抽汽管道返流入汽缸，致使中壓下缸溫度急劇下降。

2、運行操作

在機組啟動、運行、停運過程中，尤其要注意主、再熱蒸汽減溫水和高壓旁路減溫水的控制。主蒸汽及高旁減溫水泄漏進入缸體，致使高壓缸下缸溫度發(fā)生突降，高壓缸下缸溫降率可達10℃／min左右。往往會造成機組大軸彎曲、斷葉片等惡性事故。

停機過程中，打閘后機組惰走時缸溫差迅速升高，在加熱器及抽汽管道中有積水，在機組打閘前后，開汽缸疏水(規(guī)定)，引起缸內(nèi)壓力突降，使原積水汽化后倒流入汽缸，導(dǎo)致抽汽管道和下缸溫度降低。

有些機組，為防止缸溫差大，在機組剛剛停運，立即密閉汽缸，致使疏水不充分，缸體內(nèi)部殘留大量汽水混合介質(zhì)。這些介質(zhì)在上缸凝結(jié)放熱，流至下缸，通過疏水口流入疏水或抽汽管道，致使上缸不能自然冷卻，下缸在低溫疏水的流動冷卻作用下，溫度水平更加差于上缸。另外，汽水介質(zhì)在凝結(jié)的同時，缸體內(nèi)部局部產(chǎn)生負(fù)壓，使外界低溫大氣通過軸封進人汽缸，介質(zhì)再次凝結(jié)。如此循環(huán)，更進一步加劇了缸溫差。

二、缸溫差大引起的后果

(一)轉(zhuǎn)子偏心變化

轉(zhuǎn)子偏心反映的是轉(zhuǎn)子的彎曲程度。當(dāng)發(fā)生缸溫差時，轉(zhuǎn)子偏心一般也會發(fā)生一定程度的變化。當(dāng)發(fā)生較大偏心時，尤其發(fā)生異常性反彈時，可能會發(fā)生缸體內(nèi)部的動靜部分摩擦，此時不可強行繼續(xù)盤車，應(yīng)該將轉(zhuǎn)子彎曲部分置最高點直軸，待偏心回來后再次盤車運行。圖1為某電廠汽輪機調(diào)停后偏心變化曲線。

轉(zhuǎn)子與軸封碰摩首先發(fā)生在轉(zhuǎn)子的某一部位，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)1圈，產(chǎn)生碰磨1次，隨著轉(zhuǎn)子摩擦處產(chǎn)生熱鼠溫度升高，碰磨加劇，因機組處在盤車狀態(tài)，碰磨不會很嚴(yán)重。因此，當(dāng)軸封磨損一定程度后，碰磨減弱，直到消失。因碰磨處溫度升高產(chǎn)生膨脹，所以碰磨產(chǎn)生的偏心與碰磨位置成1800。

由轉(zhuǎn)子偏心的變化情況可知當(dāng)碰磨產(chǎn)生的偏心與原始偏心夾角為鈍角，即隨著摩擦產(chǎn)生的偏

心的增大，轉(zhuǎn)子偏心先減小后增大，當(dāng)摩擦消除后，碰磨產(chǎn)生的偏心逐漸減小，轉(zhuǎn)子偏心也逐漸減小，但是已和原始偏心的方向不一致，即碰摩對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了一定的永久變形。如果是銳角，碰磨必然會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏心增大，給機組帶來安全隱患。

(二)缸體應(yīng)力變化

通常缸體下缸溫度水平低于上缸，當(dāng)缸溫差較大時，缸體將發(fā)生“貓拱背”變形致使動、靜部分間隙變化缸體熱應(yīng)力也較大，嚴(yán)重影響材料壽命，甚至產(chǎn)生永久性變形，軸承中心發(fā)生變化，使機組發(fā)生振動。

三、防止異常性缸溫差產(chǎn)生的措施

第一，機組正常運行中，認(rèn)真監(jiān)視，防止汽缸進冷水、冷汽(氣)，停機充分疏水后，必要時可以采取密閉汽缸，定時開疏水的方法，尤其啟、停機過程中，應(yīng)注意軸封供汽溫度與轉(zhuǎn)子、缸體金屬溫度的匹配，防止抽真空抽進冷氣。要防止發(fā)生汽輪機水沖擊等惡性事故，防止汽輪機進冷汽(氣)、冷水，定期檢查缸體保溫，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

第二，無論采用哪種方式啟停機，啟停機過程都要嚴(yán)格控制升(降)溫、升(降)壓、汽缸金屬溫升(降)率在規(guī)定范圍，并適當(dāng)安排暖機。在停機過程中應(yīng)注意蒸汽參數(shù)與負(fù)荷的相互配合，在降低蒸汽溫度時不要過多降低負(fù)荷，在比較大的降負(fù)荷時力求蒸汽溫度適當(dāng)穩(wěn)定或只有較小下降。停機方式應(yīng)選擇單閥停機方式。

第三，疏水系統(tǒng)布置合理，相應(yīng)疏水壓力等級一致，否則應(yīng)及時改造。定期檢查軸封、各段抽汽疏水閥門，防止內(nèi)漏、外漏。機組停運初期注意充分疏水。機組打閘后，要注意及時調(diào)整軸封壓力、軸封供汽汽源，防止軸封漏入空氣，并注意軸封供汽溫度與轉(zhuǎn)子、缸體金屬溫度的匹配。如果有無法處理的閥門內(nèi)漏，應(yīng)注意停機后，除氧器等高壓容器的放水、降壓。當(dāng)主汽門有泄漏，必要時也可以采取鍋爐定排泄壓，提前放水。

第四，機組一旦形成缸溫差，可根據(jù)缸溫差的大小、變化率、產(chǎn)生位置和時間，利用測溫儀表迅速查找原因。觀察汽缸溫度下降曲線是否比較平滑，以此說明本次停機有沒有冷汽、疏水進入缸體。

第五，《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》規(guī)定：高壓外缸下缸溫差不超過50℃，高壓內(nèi)缸溫差不超過35℃。當(dāng)出現(xiàn)缸溫差大引起大軸彎曲，發(fā)生動靜部分碰磨時，將轉(zhuǎn)子高點置于最高位置，采取悶缸措施，直到確認(rèn)轉(zhuǎn)子彎曲度正常。當(dāng)盤車盤不動時，嚴(yán)禁用吊車強行盤車，應(yīng)采取直軸方式。