600 MW機(jī)組超臨界汽輪機(jī)低壓缸脹差大的原因分析及處理

張振宇，戚夢瑤

（1.國家電投河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南 平頂山 467000；2.中國平煤神馬能源化工集團(tuán)有限責(zé)任公司鐵路運(yùn)輸處，河南 平頂山 467000）

600 MW機(jī)組超臨界汽輪機(jī)低壓缸脹差大的原因分析及處理

張振宇1，戚夢瑤2

（1.國家電投河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南 平頂山 467000；2.中國平煤神馬能源化工集團(tuán)有限責(zé)任公司鐵路運(yùn)輸處，河南 平頂山 467000）

某發(fā)電廠2臺(tái)600 MW機(jī)組超臨界凝汽式汽輪機(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行中低壓缸脹差時(shí)而偏高，甚至超過汽輪機(jī)廠家規(guī)定的安全運(yùn)行值，對(duì)此，分析了汽輪機(jī)相關(guān)參數(shù)變化對(duì)低壓缸脹差的影響，發(fā)現(xiàn)造成低壓缸脹差偏大的主要原因是低壓軸封供汽溫度控制效果差。通過改造低壓軸封供汽溫度控制系統(tǒng)，有效降低了汽輪機(jī)低壓缸脹差，提高了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

超臨界汽輪機(jī)；低壓缸；脹差；低壓軸封溫度

機(jī)組啟動(dòng)加熱、停運(yùn)冷卻以及負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，汽缸和轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生熱膨脹或冷卻收縮，轉(zhuǎn)子與汽缸之間的相對(duì)膨脹差稱為脹差。脹差過大或過小，意味著汽輪機(jī)動(dòng)靜部分相對(duì)間隙發(fā)生了變化，如果脹差值超過了規(guī)定值，動(dòng)靜間隙消失，就會(huì)發(fā)生動(dòng)靜摩擦，可能引起機(jī)組振動(dòng)增大，甚至葉片斷裂、大軸彎曲等事故[1]。因此，在汽輪機(jī)啟動(dòng)、停運(yùn)以及發(fā)生事故過程中應(yīng)該嚴(yán)密監(jiān)視和控制高低壓缸脹差在規(guī)定的范圍內(nèi)。由于低壓缸轉(zhuǎn)子比高、中壓缸部分的轉(zhuǎn)子長，且低壓缸缸體也較高、中壓缸要大，所以機(jī)組低壓缸脹差變化值往往要比同工況下的高、中壓缸脹差變化值大許多[2]。

針對(duì)某發(fā)電廠2臺(tái)600 MW機(jī)組超臨界凝汽式汽輪機(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行中低壓缸脹差有時(shí)過高的狀況，結(jié)合投產(chǎn)以來機(jī)組相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，提出低壓軸封母管溫度控制不準(zhǔn)確是造成低壓缸脹差時(shí)而偏大的主要原因，并對(duì)其進(jìn)行了改造。改造后的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)良好，低壓缸脹差控制在安全運(yùn)行值以內(nèi)。

1 汽輪機(jī)概況

某發(fā)電廠2臺(tái)汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的N600-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、八級(jí)回?zé)岢槠⒛狡啓C(jī)。高、中壓缸具有沖動(dòng)式調(diào)節(jié)級(jí)和反動(dòng)式壓力級(jí)的混合型式，低壓缸是雙流、反動(dòng)式，凝汽器設(shè)計(jì)的平均背壓值為5.2 kPa。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子采用整鍛無中心孔轉(zhuǎn)子，旋轉(zhuǎn)單元通過推力軸承定位，整個(gè)軸系被支撐在9個(gè)軸承上。汽缸與轉(zhuǎn)子膨脹關(guān)系如圖1所示。

制造廠規(guī)定低壓缸脹差報(bào)警值為15.24 mm，跳閘值為16 mm。2臺(tái)機(jī)組自2010年投產(chǎn)以來，低壓缸脹差一般為14 mm左右，有時(shí)偏高達(dá)到報(bào)警值，特別是2015年1月12日，2號(hào)機(jī)組啟動(dòng)帶負(fù)荷時(shí)，脹差達(dá)到了報(bào)警值，給機(jī)組運(yùn)行帶來了極大的安全隱患。

圖1 汽缸與轉(zhuǎn)子膨脹示意

2 低壓缸脹差偏大原因分析

2.1 低壓缸脹差偏大的影響因素

汽輪機(jī)低壓缸脹差偏大的主要原因如下：

（1）滑銷系統(tǒng)或軸承臺(tái)板滑動(dòng)性能差、易卡澀。針對(duì)滑銷系統(tǒng)，就地檢測汽缸膨脹順暢，在1號(hào)機(jī)組大修期間，對(duì)滑銷系統(tǒng)進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，缸脹數(shù)值也比較平滑，排除了滑銷系統(tǒng)導(dǎo)致脹差偏大的可能。

（2）TSI（汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)）測量問題[3]。查看低壓缸脹差測量參數(shù)歷史數(shù)據(jù)，無突變、冒尖等異常，測量電壓值也與DCS（分散控制系統(tǒng)）顯示值相對(duì)應(yīng)，就地檢查也未發(fā)現(xiàn)測量裝置存在物理破損，接線屏蔽和電纜絕緣良好?？梢耘袛郥SI測量準(zhǔn)確，排除了測量可能。

（3）軸承油溫過高。查看歷史數(shù)據(jù)，機(jī)組啟停及正常帶負(fù)荷時(shí)，軸承油溫一直控制在合適的范圍內(nèi)，排除了軸承油溫過高導(dǎo)致的軸承膨脹疊加。

（4）真空變化的影響。真空太高會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)低壓缸排汽壓力及溫度過低，排汽溫度下降時(shí)，低壓缸缸體收縮，會(huì)使低壓缸脹差增大。該發(fā)電廠采用海水冷卻，全年氣溫變化不大，機(jī)組真空維持在-96.6 kPa左右，偶爾達(dá)到-98 kPa，故凝汽器真空不是引起低壓缸脹差偏大的主要因素。

（5）軸封供汽溫度過高，引起軸頸過分伸長。2臺(tái)機(jī)組低壓軸封溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)都是手動(dòng)狀態(tài)，低壓端部汽封體的入口溫度較高，就地剝開保溫層測量得到溫度為160℃左右，故認(rèn)為低壓軸封供汽溫度調(diào)節(jié)不好，溫度過高是低壓缸脹差偏大的主要原因[4-8]。

2.2 低壓軸封供汽溫度對(duì)脹差的影響

汽輪機(jī)正常運(yùn)行情況下，低壓缸缸體較大，而受熱處的面積相對(duì)較小，膨脹量比較小。低壓缸轉(zhuǎn)子共有4處受軸封加熱，轉(zhuǎn)子又具有良好的導(dǎo)熱性，使得轉(zhuǎn)子的膨脹量要比缸體大得多。如果低壓軸封供汽溫度過高，低壓缸轉(zhuǎn)子4處疊加起來的膨脹量會(huì)增加1～2 mm。2號(hào)機(jī)組低壓軸封供汽溫度對(duì)低壓缸脹差的影響如表1所示。

表1 2號(hào)機(jī)組低壓軸封供汽溫度對(duì)低壓缸脹差的影響

從表1可以看出，有效控制軸封供汽溫度是解決低壓缸脹差偏大的關(guān)鍵。然而通過分析低壓端部汽封體調(diào)節(jié)端和電機(jī)端溫度的歷史數(shù)據(jù)得知，這兩點(diǎn)的溫度在160℃左右，有時(shí)會(huì)更高，且溫度經(jīng)常波動(dòng)，這就是低壓缸脹差偏高的根本原因。

將2號(hào)機(jī)組低壓軸封溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)投自動(dòng)，設(shè)定值是125℃，被調(diào)量始終是107℃，調(diào)門始終處于關(guān)閉狀態(tài)，而低壓端部汽封體電機(jī)端溫度已達(dá)到183℃。發(fā)現(xiàn)2臺(tái)機(jī)組參與調(diào)節(jié)的溫度都采用減溫器后面管道上的測點(diǎn)溫度，此測點(diǎn)距離減溫水噴水點(diǎn)太近，不能準(zhǔn)確反映出低壓軸封母管的真實(shí)溫度，這與汽輪機(jī)說明書不一致，說明書明確指出低壓軸封噴水控制系統(tǒng)設(shè)定溫度以低壓端部汽封體（電機(jī)端）的溫度為基準(zhǔn)。故低壓軸封供汽溫度控制效果不好，導(dǎo)致軸封供汽溫度過高是汽輪機(jī)低壓缸脹差偏大的主要原因。

3 低壓軸封供汽溫度控制系統(tǒng)的改造

3.1 低壓軸封溫度的控制

在高中壓汽封供汽管進(jìn)入低壓軸封之前，設(shè)有噴水減溫器用以降低低壓汽封密封蒸汽的溫度，噴水控制系統(tǒng)設(shè)定溫度以低壓端部汽封體（電機(jī)端）的溫度為基準(zhǔn)，減溫器的溫度整定值為149℃，低壓汽封供汽溫度控制范圍維持在121～177℃，以防止汽封殼體變形和損壞汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子。

3.2 低壓軸封供汽溫度控制系統(tǒng)的改造

（1）噴水控制系統(tǒng)被調(diào)量的選擇。2臺(tái)機(jī)組的軸封母管減溫水調(diào)閥以低壓端部汽封體（電機(jī)端）的溫度作為被調(diào)量，并且在DCS軸封系統(tǒng)畫面增加低壓端部汽封體的調(diào)節(jié)端和電機(jī)端溫度顯示。

（2）控制參數(shù)的優(yōu)化。DCS畫面組態(tài)完成后，低壓軸封溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)投自動(dòng)，調(diào)整PID參數(shù)，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)。

4 改造效果

2臺(tái)機(jī)組低壓軸封供汽溫度控制系統(tǒng)改造后，投入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，低壓軸封供汽溫度能準(zhǔn)確控制。當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)減溫器的溫度設(shè)定值為130℃，滿負(fù)荷600 MW時(shí)，2臺(tái)機(jī)組的低壓缸脹差分別為12.14 mm和12.56 mm，低壓缸脹差有效控制在安全值以內(nèi)。

5 結(jié)語

通過對(duì)某發(fā)電廠2臺(tái)600 MW機(jī)組超臨界機(jī)組低壓軸封供汽溫度控制系統(tǒng)的成功改造，提高了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，有效解決了由于軸封供汽溫度高引起的汽輪機(jī)低壓缸脹差偏大問題，提高了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

[1]羅晶.微油模式下機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)的低壓缸差脹控制[J].浙江電力，2011（12）∶60-62.

[2]黃樹紅.汽輪機(jī)原理[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3]朱北恒，孫長生，丁俊宏.2009年浙江火電機(jī)組熱工保護(hù)系統(tǒng)可靠性改進(jìn)[J].浙江電力，2010（8）∶53-56.

[4]解祥奇.汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中脹差的分析和控制[J].科技風(fēng)，2011（11）∶40-41.

[5]何洪流.汽輪發(fā)電機(jī)低壓缸脹差大原因分析及處理[J].貴州電力技術(shù)，2015（7）∶17-19.

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[7]周輝，丁亮.汽輪機(jī)脹差產(chǎn)生的原因分析與控制[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2011（7）∶4-6.

[8]程昆明，張俊杰，黃冬梅.機(jī)組脹差大的原因分析及處理[J].華中電力，2003（6）∶68-70.

（本文編輯：張 彩）

Cause Analysis and Treatment of Large Differential Expansion of LP Cylinder in Supercritical Steam Turbine of 600 MW Units

ZHANG Zhenyu1，QI Mengyao2
(1.Pingdingshan Power Generation Branch，SPIC Henan Electric Power Co.，Ltd.，Pingdingshan Henan 467000，China；2.Railway Transport Department，China Pingmei Shenma Energy&Chemical Group Co.，Ltd.，Pingdingshan Henan 467000，China）

In a power plant，differential expansion of low pressure cylinder of two 600 MW supercritical condensing steam turbines during startup and operation was high and sometimes exceeded the safety value specified by the manufacturer.Therefore，the paper analyzes how the relevant parameter variation of the steam turbine influences differential expansion of low pressure cylinder.It is detected that the large differential expansion of low pressure cylinder results from poor temperature control of low pressure steam supply for shaft sealing，by transformation of which differential expansion of low pressure cylinder of steam turbine is greatly reduced，and safety and economy of the units are improved.

supercritical steam turbine；LP cylinder；differential expansion；LP shaft sealing temperature

TK267

：B

：1007-1881（2017）03-0059-03

2016-10-16

張振宇（1983），男，工程師，主要從事發(fā)電廠過程控制管理及研究工作。