汽輪機上下缸溫差大原因分析及對策

張俊宏

（江蘇華電昆山熱電有限公司，江蘇 蘇州 215333）

某公司裝配兩套由哈爾濱電氣引進美國GE 技術(shù)生產(chǎn)的F 級燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，采用分軸布置，整套聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組由一臺PG9371FB 燃氣輪機、一臺哈電配套蒸汽輪機、兩臺發(fā)電機和一臺余熱鍋爐及相關(guān)設(shè)備組成。兩套聯(lián)合循環(huán)機組自投入商業(yè)運行以來，參與啟停調(diào)峰時，多次發(fā)生汽輪機沖轉(zhuǎn)過程中振動大導(dǎo)致手動打閘的異常工況。為了讓汽輪機滿足燃氣-蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)快速啟停調(diào)峰的要求，在保證安全的基礎(chǔ)上，通過查找汽輪機停機后上下缸溫差大的原因并設(shè)法分析解決，減少中速暖機的時間。一方面，可以減少燃機低負荷停留時間，對燃燒室等部件起到保護作用，降低NOX 排放，達到環(huán)保的要求；另一方面，可以降低啟動過程中天然氣用量及廠用電量，減少余熱鍋爐啟動排氣閥和汽輪機旁路開啟時間，節(jié)約工質(zhì)，降低汽水損失率，提質(zhì)增效。

1 汽輪機設(shè)備簡介

汽輪機為哈電配套LC112/N156-11.20/3.42/1.50型三壓、再熱、兩缸、沖動、抽凝式，高中壓合缸，通流部分反向布置，高壓缸有8 個壓力級，中壓缸有10個壓力級，進入中壓汽缸的蒸汽做功后，與從余熱鍋爐來的低壓補汽混合，從中壓缸上部排汽口排出，經(jīng)中低壓連通管，分別進入低壓缸內(nèi)缸。低壓缸為對稱雙分流結(jié)構(gòu)，蒸汽從通流部分的中部流入，經(jīng)過正反向各6 級壓力級作功后，排入安裝在低壓缸下部的凝汽器，同時，機組帶兩級抽汽，其中第一級抽汽位于高排，為非調(diào)整抽汽，第二級抽汽位于中壓缸第5 級后，為可調(diào)整抽汽（用轉(zhuǎn)動隔板控制），用于對外供熱。汽輪機無回?zé)嵯到y(tǒng)。

2 異常情況

該公司參與保護的上下缸溫度共有5 對，分別是高中壓內(nèi)缸進汽區(qū)上下溫度、高中壓外缸高壓進汽區(qū)上下溫度、高中壓外缸高壓排汽區(qū)上下溫度、高中壓外缸中壓進汽區(qū)上下溫度、中壓外缸排汽區(qū)上下溫度，溫度測點布置在內(nèi)外缸，測量內(nèi)外缸內(nèi)壁的溫度。

該公司停機后采取措施，關(guān)閉汽輪機各路汽源（高壓主蒸汽、再熱蒸汽、低壓補汽、中低壓供熱等），并在破壞真空前關(guān)閉所有汽缸本體疏水，轉(zhuǎn)速到零停止軸封供汽，維持盤車連續(xù)運行。在汽輪機停機后發(fā)現(xiàn)，25h 左右上下缸溫差大至65℃以上，超過汽輪機防進水保護定值55℃，尤其是高中壓外缸高壓排汽區(qū)、高中壓外缸高壓進汽區(qū)和高中壓外缸中壓進汽區(qū)最為明顯。

當(dāng)汽輪機啟動時，需要滿足無保護動作條件，因此，啟動前需退出汽輪機防進水保護（上下缸溫差保護），并且啟動過程中（即使是熱態(tài)啟動），由于上下缸溫差較大，機組過臨界振動常常超過跳閘值，不僅容易導(dǎo)致汽缸發(fā)生變形，造成動靜摩擦使得主軸彎曲，嚴重時，還會損壞汽輪機，并對電網(wǎng)造成嚴重影響。前期為了避免汽輪機沖轉(zhuǎn)過程中振動大，采取開啟汽缸夾層加熱，延長中速暖機時間，一般為80 分鐘左右，但此臨時措施嚴重影響機組啟動時間，遠遠達不到燃氣-蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)快速啟停調(diào)峰的要求，增大燃氣輪機和余熱鍋爐的能耗，增加電廠運行的成本。

3 原因分析與處理措施

3.1 初步分析可能原因

汽輪機停機后，上下缸溫差大的影響因素有很多，經(jīng)查閱資料、討論總結(jié)并結(jié)合該公司實際情況，初步分析該公司汽輪機停機后，上下缸溫差大的影響因素主要如下幾個方面。

（1）與汽輪機本體相連接的閥門存在內(nèi)漏，如高壓聯(lián)合汽門、中壓聯(lián)合汽門、夾層加熱電動門、高排逆止門、高排通風(fēng)閥及本體疏水等，導(dǎo)致停機后悶缸效果不理想，造成熱氣或冷氣對局部產(chǎn)生影響，使汽輪機上下缸溫差增大。

（2）汽輪機本體疏水不充分，或者疏水點位置設(shè)計不合理，不能將汽輪機內(nèi)凝結(jié)水有效排出，蒸汽上升而凝結(jié)水下流，導(dǎo)致上缸溫度高于下缸溫度。

（3）保溫不嚴密或不符合要求，下缸保溫不如上缸那樣易于嚴密。高中壓合缸的下缸由于抽汽管、疏水管布置多，增加了缸壁的散熱面積，又因汽缸下部基本成一個豎井狀，形成了熱對流，使冷空氣不斷進入汽缸下部，冷空氣吸熱上升，外面的冷空氣又不斷補充，增加了下部缸體的散熱損失。由于熱蒸汽密度小向上聚集，冷蒸汽密度大向下聚集，因此，上缸溫度大于下缸溫度，停機后，若汽輪機本體保溫不合格，上下缸溫度下降速度變快，溫差將逐漸增大。

3.2 查找具體原因并處理

運行中，對夾層加熱電動門、高排通風(fēng)閥等閥后溫度進行測量發(fā)現(xiàn)，存在輕微內(nèi)漏。該汽輪機各疏水管道均接至疏水?dāng)U容器各疏水集管上，各集管均有溫度測點，便于查找和分析是否內(nèi)漏。停機后，重新對汽輪機本體相關(guān)閥門進行解體檢修、閥芯研磨、行程校驗，保證其嚴密性良好，主汽門和調(diào)門進行嚴密性試驗結(jié)果合格。但檢修后開機仍未能有效解決，運行中各疏水集管溫度均在50℃以下，不內(nèi)漏。因此分析閥門內(nèi)漏對缸溫差有影響，但不是最主要的因素。

調(diào)試期間，沖轉(zhuǎn)過程中，汽輪機上下缸溫差大，導(dǎo)致沖轉(zhuǎn)過程中振動大于跳機值254um，多方查找，未找出根本原因。調(diào)閱缸溫曲線發(fā)現(xiàn)，沖轉(zhuǎn)前30 分鐘開啟本體疏水后，上下缸溫差明顯變大，因此懷疑各部位疏水不充分或位置不合理導(dǎo)致汽輪機上下缸溫差增大，在未能有效解決前，運行規(guī)定汽輪機沖轉(zhuǎn)前5 ～10 分鐘開啟汽缸本體疏水，對汽缸本體進行充分疏水的同時降低本體疏水開啟后對缸溫差增大的影響，且中速1800rpm 左右開啟汽缸夾層加熱進行暖機使上下缸溫差降至50℃以下后再升速，嚴重時暖機時間長達80 分鐘，執(zhí)行此臨時措施后，未再出現(xiàn)沖轉(zhuǎn)過程中振動超過跳機值254um，最大約130um。因此，本體疏水對缸溫差也有一部分影響，但停機后，仍然會短時間出現(xiàn)較大缸溫差，且仍不能滿足快速啟停要求。

投產(chǎn)后，該公司一直處于在運狀態(tài)，期間，該公司分別對兩套聯(lián)合循環(huán)機組進行大修，大修中對汽輪機本體疏水進行檢查，各疏水點位置符合要求，且各疏水管道內(nèi)無雜物堵塞，排除了疏水不充分和位置不合理的影響。

在機組運行期間，測量高中壓下缸保溫區(qū)域的溫度約在100 ～200℃，遠遠高于國家規(guī)定的控制在50℃的范圍，判斷為保溫層保溫效果下降。查閱歷史數(shù)據(jù)，分析幾次停機后溫度隨時間的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)在停機后25h 內(nèi)，溫度下降率都在2℃/h 左右。因此，可以初步判斷該公司停機后上下缸溫差大，主要是由保溫效果下降引起的。

在機組大修期間，選用硅酸鋁耐火纖維氈材料按照要求對汽輪機本體的保溫進行了徹底更換，大修后啟動發(fā)現(xiàn)，汽輪機上下缸缸溫差明顯變小，臨界振動約80um，而且停機后保溫效果良好，最大上下缸溫差一般出現(xiàn)在高中壓外缸高壓排汽區(qū)約28℃，因此，可以確定保溫不嚴密或保溫不符合要求是造成該公司產(chǎn)生上下缸缸溫差的主要原因。

4 結(jié)語

在汽輪機啟動、運行或停機過程中，過大的上下缸溫差或內(nèi)外壁溫差可能導(dǎo)致汽缸變形，引起汽輪機動靜部分碰磨，誘發(fā)汽輪機振動甚至造成葉片斷裂、大軸永久性彎曲等嚴重后果。上下缸溫差的產(chǎn)生一般是由于汽缸的保溫不良、疏水倒串和汽缸進水、進冷氣等因素引起的。本文通過收集數(shù)據(jù)、查閱歷史曲線，從汽輪機本體結(jié)構(gòu)和運行操作等多角度入手，查找分析原因并解決以減小上下缸溫差，最終成功縮短機組啟動時間，降低了啟動過程的廠用電量及啟動氣耗，為公司今后經(jīng)濟運行奠定了堅實基礎(chǔ)。