C50-90/1.2汽輪機(jī)組負(fù)脹差過大原因及處理

李明臣 雷亞軍

中石油云南石化公司 云南安寧市

一、問題

某廠4號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組于1987年試運(yùn)投產(chǎn)以來負(fù)脹差問題已有顯現(xiàn)，伴隨運(yùn)行時(shí)間的增長，汽輪機(jī)的負(fù)脹差過大的問題越來越突出，機(jī)組平時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的負(fù)脹差達(dá)到-1.2mm，而夏季高溫季節(jié)的負(fù)脹差更是達(dá)到-1.73mm，排汽室溫度高達(dá)70℃，超出了運(yùn)行規(guī)程的范圍。

汽輪機(jī)脹差數(shù)值直接反映了通流部分軸向間隙的相對(duì)變化，脹差偏離正常運(yùn)行范圍后，可能使汽輪機(jī)動(dòng)靜葉片發(fā)生摩擦，其負(fù)脹差更易造成汽輪機(jī)的損壞。在負(fù)荷要求緊張情況下，該汽輪機(jī)不得不低負(fù)荷運(yùn)行，而在機(jī)組啟動(dòng)過程中，由于負(fù)脹差的出現(xiàn)，又額外延長了機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間，鍋爐燃煤消耗量增加。

二、負(fù)脹差影響因素的理論分析

脹差是指汽輪機(jī)某一截面汽缸與轉(zhuǎn)子軸向相對(duì)位置的改變量。汽輪機(jī)的脹差主要受3方面因素的影響，一是轉(zhuǎn)子和汽缸的熱膨脹位移之差，二是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)離心力引起轉(zhuǎn)子的縮短量，三是轉(zhuǎn)子在推力軸承處的軸向位移，可用式（1）表示。

式中ZΔ——汽輪機(jī)脹差

ZΔc——轉(zhuǎn)子熱膨脹量

Za——轉(zhuǎn)子離心力引起轉(zhuǎn)子的縮短量

Zcd——轉(zhuǎn)子軸向位移

Zcc——汽缸熱膨脹量

汽輪機(jī)在某一負(fù)荷下正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子離心力引起轉(zhuǎn)子的縮短量、轉(zhuǎn)子熱膨脹和轉(zhuǎn)子的軸向位移變化相對(duì)較為穩(wěn)定，其數(shù)值基本不變。對(duì)4號(hào)汽輪機(jī)而言，由于機(jī)組低壓段抽汽溫度高，排汽缸溫度隨之升高等因素而造成后汽缸的熱膨脹變化，對(duì)脹差變化造成較大影響，在計(jì)算式（1）中，汽缸熱膨脹量越大，汽輪機(jī)的負(fù)脹差也就越大。

三、負(fù)脹差問題的原因查找和分析

分析中發(fā)現(xiàn)四級(jí)抽汽、六級(jí)抽汽溫度明顯高于設(shè)計(jì)值，數(shù)據(jù)見表1。將表1中大修前各級(jí)抽汽溫度實(shí)測值與設(shè)計(jì)值比較后可知，四級(jí)抽汽和六級(jí)抽汽溫度偏離設(shè)計(jì)值較多，分別為285℃和127℃。這是由于4號(hào)汽輪機(jī)組高壓段的二段汽封漏汽和三段汽封漏汽分別與低壓抽汽的四級(jí)和六級(jí)相連接，連接點(diǎn)距抽汽口較近所以后汽缸的溫度較高。對(duì)汽缸體起到了加熱作用，使得汽缸膨脹量大大增加，從而引起汽輪機(jī)負(fù)脹差超出規(guī)程允許范圍，為了驗(yàn)證以上的分析，進(jìn)行以下實(shí)測。

表1 抽汽溫度實(shí)測值與設(shè)計(jì)值比較 ℃

（1）在機(jī)組運(yùn)行中，全開高壓二段軸封漏汽至四級(jí)低壓抽汽的截門，全開高壓三段軸封漏汽至六級(jí)低壓抽汽的截門，發(fā)現(xiàn)排汽缸溫度從63℃迅速升至120℃，負(fù)脹差從-1.2mm升至-1.71mm，機(jī)組負(fù)脹差超標(biāo)。

（2）緩慢關(guān)閉高壓段軸封漏汽至低壓抽汽截門時(shí)，排汽缸溫度有所下降，且隨著高壓二、三段軸封漏汽量的減少，排汽缸溫度逐漸下降至合格，而且能達(dá)到機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)后汽缸的溫度標(biāo)準(zhǔn)要求。

試驗(yàn)證實(shí)了排汽缸溫度過高與高壓段軸封漏汽至低壓抽汽口較近有直接關(guān)系，若能消除這種關(guān)系，則負(fù)脹差情況有較明顯地改善。

四、大修期間消缺和改進(jìn)措施

圖1 改動(dòng)二段和三段高壓軸封漏汽走向

在機(jī)組大修中，重點(diǎn)安排二段和三段高壓軸封漏汽走向的改動(dòng)（圖1）。采取的消缺措施是針對(duì)試驗(yàn)得出的結(jié)論，即關(guān)閉原二段和三段高壓軸封漏汽至四級(jí)和六級(jí)低壓抽汽的截門。將二段高壓軸封漏汽直接接至三號(hào)低壓加熱器進(jìn)汽門后，三段高壓軸封漏汽直接接至一號(hào)低壓加熱器進(jìn)汽門后，而且在新二段和三段高壓軸封漏汽至低壓加熱器的管道上各加閥門，用以調(diào)節(jié)軸封漏汽高溫蒸汽量。此改進(jìn)有效地控制了排汽缸的溫度，使排汽缸熱膨脹量大大減小。

經(jīng)過以上改動(dòng)，機(jī)組從2010年7月再次啟動(dòng)帶滿負(fù)荷運(yùn)行，四、六級(jí)的抽汽溫度均已接近設(shè)計(jì)值，尤其是四、六級(jí)抽汽溫度較改動(dòng)前有大幅度下降。凝汽器真空明顯改善，機(jī)組在帶滿負(fù)荷運(yùn)行工況時(shí)排汽溫度降至50℃以下，汽輪機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況也表明，汽機(jī)的負(fù)脹差值較改動(dòng)前有了明顯改善，實(shí)測負(fù)脹差僅為－0.9mm，小于規(guī)程上限值-1.2mm，完全滿足機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行要求。