600MW汽輪機(jī)上下缸溫差大的原因分析及處理研究

莊新

摘 ?要：汽輪機(jī)組上下缸溫差大將會(huì)加大轉(zhuǎn)子偏心變化幅度，導(dǎo)致缸體內(nèi)部摩擦增大，為汽輪機(jī)組安全運(yùn)行帶來一定隱患。文章以某600MW汽輪機(jī)組為例，分析了造成汽輪機(jī)上下缸溫差大的主要原因，圍繞加強(qiáng)啟動(dòng)停運(yùn)管控、改造疏水系統(tǒng)兩個(gè)層面，探討了針對(duì)汽輪機(jī)上下缸溫差大問題的處理對(duì)策，以供參考。

關(guān)鍵詞：600MW汽輪機(jī);上下缸溫差;疏水系統(tǒng)改造

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）13-0140-02

Abstract： The large temperature difference between the upper and lower cylinders of the steam turbine unit will increase the eccentricity of the rotor， lead to the increase of the internal friction of the cylinder block， and bring some hidden dangers to the safe operation of the steam turbine unit. Taking a 600MW steam turbine unit as an example， this paper analyzes the main causes of the large temperature difference between the upper and lower cylinders of the steam turbine， and probes into the countermeasures for solving the problem of the large temperature difference between the upper and lower cylinders of the steam turbine around two aspects： strengthening the start-up and shutdown control and reforming the drainage system.

Keywords： 600MW steam turbine; temperature difference between upper and lower cylinders; revamping of drainage system

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)最高值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?，因此蒸汽在高中壓缸擋汽板附近不能通過自然對(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?；驇ж?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最主要因素，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(yǔ)

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，最大限度保障機(jī)組安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]蒲光來.汽機(jī)運(yùn)行中上下缸溫差大的問題及應(yīng)對(duì)策略[J].科技風(fēng)，2017（09）：180.

[2]安洪坤.哈汽超臨界660MW汽輪機(jī)高中壓缸軸承振動(dòng)大分析處理[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（11）：14-15.