聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)冷態(tài)啟動上下缸溫差大原因分析

董廣會，陳曉輝

（深圳能源集團(tuán)股份有限公司東部電廠，廣東 深圳 518000）

某電廠建有3臺日本三菱重工/東方電氣集團(tuán)公司聯(lián)合制造的M701F3型燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，整套機(jī)組由一臺M701F燃?xì)廨啓C(jī)、一臺TC2F-30汽輪機(jī)、一臺余熱鍋爐、一臺發(fā)電機(jī)及相關(guān)輔機(jī)設(shè)備組成，采用單軸布置。3臺機(jī)組自2007年投運后運行狀態(tài)良好，其中2號機(jī)組汽輪機(jī)第一次A修后出現(xiàn)冷態(tài)啟動時高壓外缸上下缸溫差大的問題。為保障機(jī)組安全，提高機(jī)組快速啟動能力，對汽輪機(jī)冷態(tài)啟動上下缸溫差大進(jìn)行分析研究并設(shè)法解決，可有效縮短啟動時間，節(jié)約能耗，保障安全。

1 設(shè)備概況

汽輪機(jī)為東汽配套的TC2F-30三壓、雙缸雙排汽、一次中間再熱、無回?zé)帷⒛綑C(jī)型，設(shè)計功率129.8MW。高中壓缸合缸，各8級，低壓缸對稱布置，2×7級。汽輪機(jī)無調(diào)節(jié)級，高壓主蒸汽經(jīng)單個高壓主汽閥、高壓主汽調(diào)節(jié)閥（HPCV）進(jìn)入高壓缸第一級。高壓缸排汽與中壓過熱蒸汽混合后進(jìn)入再熱器，再熱蒸汽經(jīng)中壓主汽閥和中壓主汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)入中壓缸，中壓排汽與低壓過熱蒸汽混合后進(jìn)入低壓缸。

2 發(fā)現(xiàn)問題

2015年，2號汽輪機(jī)冷態(tài)啟動過程中，運行人員發(fā)現(xiàn)高中壓缸上下缸溫差達(dá)到報警值42℃，最高升高到69℃。查詢歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組在第一次A修后冷態(tài)啟動時上下缸溫差比修前明顯增大，且有逐漸增大趨勢。

汽輪機(jī)上下缸溫差是機(jī)組啟動過程中控制的重要指標(biāo)，溫差過大會引起汽缸向上彎曲變形，形成“貓拱背”，破壞中分面嚴(yán)密性，造成漏汽；引起動靜碰磨，機(jī)組振動增大等，嚴(yán)重時可能造成設(shè)備損壞事故。因此，汽輪機(jī)上下缸溫差大的問題涉及機(jī)組安全穩(wěn)定運行，必須徹底解決。

3 原因分析及處理

引起汽輪機(jī)啟動過程中上下缸溫差大的因素很多，結(jié)合汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點、查閱相關(guān)資料進(jìn)行分析，初步認(rèn)為引起汽輪機(jī)冷態(tài)啟動上下缸溫差大的因素主要有以下幾方面。

（1）缸溫測點問題，包括測溫探頭不準(zhǔn)，安裝位置不準(zhǔn)確等。經(jīng)過熱工校驗后確定測溫探頭準(zhǔn)確，但安裝深度比設(shè)計值深10mm。當(dāng)汽輪機(jī)開始進(jìn)汽后，上缸溫度由于探頭位置更深，溫度上升速度比下缸快，會造成上下缸溫差加大。通過填充溫度探頭安裝孔，恢復(fù)安裝深度與設(shè)計值一致，汽輪機(jī)冷態(tài)啟動上下缸溫差大問題有微小改善，并未徹底解決，說明還存在其他問題。

（2）汽輪機(jī)進(jìn)汽、排汽閥門內(nèi)漏，蒸汽通過高壓主汽閥、高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥或高排逆止閥進(jìn)入汽輪機(jī)，對溫度測點位置造成影響。對上述閥門進(jìn)行了解體檢查，密封面研磨，嚴(yán)密性合格，汽輪機(jī)冷態(tài)啟動上下缸溫差大并未改善。

（3）疏水管路堵塞，引起缸體積水。解體疏水閥對閥門和管路進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)堵塞。

（4）缸體保溫性能下降或安裝不規(guī)范。汽輪機(jī)高壓進(jìn)汽、高壓排汽、疏水管均在下缸，增加了下缸的散熱面積，下缸保溫受管路和自重影響不易貼合，易出現(xiàn)保溫脫層現(xiàn)象，加速下缸散熱。經(jīng)檢查，上下缸保溫表面溫度均存在超溫，在2號機(jī)組A修時進(jìn)行了整體保溫更換，下缸保溫厚度比上缸厚20%以上，保溫更換后，表面溫度均不高于50℃。

（5）汽輪機(jī)缸體嚴(yán)密性差，蒸汽漏入高壓內(nèi)外缸夾層，加速上缸溫度上漲。在2號機(jī)組A修解體時，發(fā)現(xiàn)高壓內(nèi)缸中分面有明顯漏汽痕跡，內(nèi)缸中分面間隙超標(biāo)。采用激光熔覆技術(shù)對高壓內(nèi)缸中分面進(jìn)行尺寸修復(fù)，以中分面外緣為基準(zhǔn)面，將內(nèi)張口部位間隙值修復(fù)至0.03mm以內(nèi)，修前修后對比數(shù)據(jù)詳見圖1及表1所示。高壓內(nèi)缸嚴(yán)密性修復(fù)后，汽輪機(jī)冷態(tài)啟動上下缸溫差明顯改善，比修前下降接近30℃，上下缸溫差已降至報警值以下。

表1 高壓內(nèi)缸中分面嚴(yán)密性數(shù)據(jù)

圖1 高壓內(nèi)缸中分面間隙測量區(qū)域示意圖

（6）汽輪機(jī)暖機(jī)不充分。聯(lián)合循環(huán)單軸機(jī)組在燃?xì)廨啓C(jī)點火后，機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速提高至3000r/min，汽輪機(jī)并未進(jìn)汽。當(dāng)蒸汽參數(shù)滿足進(jìn)汽條件時，高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥打開至初始開度，然后，根據(jù)機(jī)組啟動狀態(tài)以不同的速度緩慢打開至全開。冷態(tài)啟動時，高壓主汽調(diào)節(jié)閥初始開度為5%，開閥過程分為4個階段，閥位變化情況詳見表2、表3，閥位曲線如圖2所示。

表2 HPCV開閥階段表

表3 HPCV閥位參數(shù)表

圖2 HPCV閥位曲線圖

分析2號機(jī)組冷態(tài)啟動數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在HPCV打開至初始5%開度時，高壓導(dǎo)汽管壓力低于高壓缸排汽壓力，HPCV開度達(dá)到7%以上時，高壓導(dǎo)汽管壓力才高于高壓缸排汽壓力。說明2號機(jī)組HPCV閥門特性發(fā)生了改變，5%初始開度設(shè)定值偏低，導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)汽初期暖機(jī)不充分，引起上下缸溫差逐漸增大。

將HPCV閥門初始開度設(shè)定值提高到7%，并增加第一階段3600s開閥延時，配合手動打開高排通風(fēng)閥，暖機(jī)蒸汽流量得以保證，上下缸溫差可以控制在報警值以下。2號機(jī)組A修后，不需手動打開高排通風(fēng)閥，也可以保證上下缸溫差低于報警值。

4 結(jié)語

汽輪機(jī)冷態(tài)啟動過程中，上下缸溫差大可能引起缸體變形，導(dǎo)致汽輪機(jī)動靜部分發(fā)生碰磨，引發(fā)嚴(yán)重的后果。引起冷態(tài)啟動過程上下缸溫差大的因素很多，主要包括缸溫測點偏差、閥門嚴(yán)密性差、疏水不暢、保溫性能下降、缸體嚴(yán)密性差、暖機(jī)不充分等。筆者通過對設(shè)備性能排查和分析數(shù)據(jù)等方式進(jìn)行分析，查找原因并采取措施控制上下缸溫差，最終縮短了機(jī)組啟動時間，減少了啟動氣耗量，提高了機(jī)組運行的安全性。