某型燃氣—蒸汽聯合循環汽輪機高壓缸排汽溫度高原因分析與處理

原曉葉

摘 要：某電廠的燃氣-蒸汽聯合循環汽輪機在調試階段出現了高壓缸排汽溫度高的問題。通過對設備系統的分析和計算，確定了蒸汽內漏是導致高壓缸排汽溫度高的主要原因。經過對設備的排查，驗證了前期的計算分析結果，高效地解決了現場存在的問題，為電廠節約了大量的人力、物力。

關鍵詞：汽輪機；高壓缸；排氣溫度；蒸汽

中圖分類號：TK222 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.131

汽輪機的排汽溫度是汽輪機運行中的重要監控參數之一，如果排汽溫度超高，則不僅會造成汽缸變形、靜子中心偏移、動靜部分摩擦、軸向位移增大，還會使汽輪機進汽焓降減小、汽輪機的做功效率降低，進而影響了機組的安全運行。

汽輪機高壓缸排汽溫度（以下簡稱“高排溫度” ）是體現高壓缸效率的主要指標之一，也是影響汽輪機安全性和經濟性的主要因素之一。高排溫度超溫會造成再熱蒸汽溫度上升，導致再熱器減溫水量增大，進而使鍋爐運行的安全性降低，機組的經濟性下降。相關研究證明，汽輪機高排溫度每上升2 ℃，高壓缸效率則降低1%，汽輪機熱耗將增加0.2%左右。因此，如果機組高排溫度與設計值的差異較大，則相關工作人員應查明原因，并及時采取有效的處理措施。

1 某電廠發生的高排溫度超溫問題簡述

某型燃氣-蒸汽聯合循環汽輪機組在電廠調試期間出現了高排溫度超溫的情況，且高排溫度會隨著機組負荷的增加而升高。當汽輪機組的輸出功率為200 MW（設計功率為400 WM）時，高排溫度可達到401 ℃，超出設計溫度35 ℃，機組停機查找了超溫原因。機組的輸出功率為200 MW時的相關運行參數如表1所示。

2 問題分析

為了確定高排溫度異常的原因，根據該型機組現場測點的分布情況，實地測量了相應的系統位置，以確認本機組主汽及高排溫度數據的準確性。機組現場測點分布如圖1所示。

2.1 復核高排測點

對高排管道溫度測點、高排逆止門后管道壁溫度測點、高旁后的溫度測點、補汽混合后的溫度測點的熱電偶進行校驗，校驗結果正常。

對高排管道溫度測點、補汽混合后的溫度測點熱電偶的套筒深度進行測量，確認其套筒插入深度是符合設計要求（熱電偶的插入深度影響著測量結果的準確性）。根據熱電偶的校驗結果和套筒深度的測量結果確定了高排溫度測量數據的有效性。

2.2 校驗機組運行參數

分析了機組的輸出功率為200 MW時各相關測點的數據。

2.2.1 主汽管線測點參數準確性分析

通過調取機組的歷史數據，將主蒸汽管道鍋爐側、汽輪機側的測點數據進行了對比（測點的壓力、溫度均為獨立測量信號），具體如表2所示。

除去管道部分的損失，兩處測點的壓力與溫度可相互驗證，進而可確定表1中汽輪機入口參數測量的結果是準確的。

2.2.2 高排管線測點參數準確性分析

當機組的輸出功率維持在200 MW時，并進行了高排表計的校驗后，拆除了高排逆止閥本體和相鄰部分管道局部的保溫設施，利用紅外線點溫計測量了高排逆止閥閥體靠近管道側的溫度，并與相鄰管道部分測點的在線測量數據進行了對比，數據如表3所示。

對比表3中高排逆止閥體溫度的實測值與相鄰部分管道的在線測量數據，可確定高壓缸高排溫度參數測量的結果是準確的。

3 高排溫度超溫的原因分析

分析汽輪機系統后發現，高排溫度超溫的原因有以下3點：①機組通流設計不合理，機組焓降存在偏差；②機組安裝和運行的條件較差，造成動靜間隙過大、通流部分結垢，進而改變了高壓通流部分的運行環境；③高溫蒸汽漏入高排區域。

本案例中的機型屬于成熟機型，且機組處于新機調試階段，因此，可基本排除通流設計不合理、通流部分間隙較大和結垢這些原因。此外，由于該機組未安裝回熱系統和抽汽系統，所以，可以排除抽汽對高排蒸汽溫度的影響。由此可見，高排溫度超溫可能是因高溫蒸汽漏入高排區域而引起的。如果高壓缸的通流效率達到了設計值，則結合現場測得的閥門壓損可計算出高壓缸的效率約為81%.按此效率計算，如果要使高排溫度達到401 ℃，則需約66 t/h的新蒸汽與高壓排汽混合。

3.1 汽機周圍系統對高排溫度的影響

3.1.1 高壓主汽調節閥閥桿漏汽的影響分析

高壓主汽調節閥中有一路漏氣的閥桿直接接在高排逆止閥前，并位于高排管道的溫度測點之后。通過熱平衡漏汽量計算，該處的漏汽量較少，因此，此處并未對高排溫度造成影響。

3.1.2 中壓補汽的影響分析

本案例中設計有中壓補汽，其與再熱冷段蒸汽混合后進入再熱器，相關參數如表4所示。

表4中，主汽及補汽流量均通過孔板測量。在計算冷段流量時，按主汽流量扣除軸封閥桿漏汽量取值。通過熱平衡計算，中壓補汽與再熱冷段蒸汽混合后的溫度為376.9 ℃，與現場測得的混合后溫度基本吻合。將高旁管線相關點在線溫度、中壓補汽混合后的計算溫度與現場測量的溫度進行比較，可確定高排管道溫度測量的結果是準確的。

3.1.3 高旁溫度的影響分析

表3中高旁后的溫度高于高排溫度。為了確定其是否會對高排溫度造成影響，調試人員將高旁減溫水閥門開到了4.2%.15 min后，高旁后的溫度降至347 ℃，基本穩定，而高排管道的溫度、高壓缸排汽口上下半的金屬溫度均未變化。此外，高旁閥與高排管道溫度測點的距離約為10 m，且中間還有一扇逆止門，因此，即使高旁存在泄漏問題，也不會影響高排管道溫度測點的測量值。根據高旁的減溫測試結果及其與高排管道溫度測點的位置關系，可確定高旁溫度對高排溫度無影響。

3.2 汽機本體結構的影響分析

分析了機組高中壓通流結構，如圖2所示。高壓內缸與高中壓外缸之間的夾層區域為高排蒸汽，因此，推斷高溫蒸汽漏入高排區域的漏汽點應為圖2中紅框標注的位置。

高壓進汽管結構如圖3所示，圖3中紅框標注的為高壓進汽管可能的漏汽位置。

此外，在高壓內缸中分面法蘭處、高壓內缸動平衡用螺塞孔處也可能存在漏汽現象，進而導致高溫蒸汽進入內外缸之間的夾層，最終與高排蒸汽混合，引發高排超溫。

高壓進汽管和高壓內缸中分面法蘭處可在開缸的狀態下檢查，而高壓內缸動平衡用螺塞孔處可在不開缸的狀態下檢查。高壓內缸動平衡用螺塞孔處的檢查較為簡單，基于現場測得的數據可分析此處漏汽的可能性，計算分析如下：機組的輸出功率在200 MW的情況下，鍋爐出口的流量為177.8 t/h，平衡螺塞孔處的蒸汽流速達到臨界流速時，孔前、后的壓比為0.502，螺塞孔出口處的蒸汽流速為652 m/s。根據焓熵曲線查得該蒸汽的比容為0.143 963 m3/kg，螺塞孔直徑為70 mm。根據連續方程：

G=AC/V. （1）

式（1）中：G為漏汽量；A為漏汽面積；C為流速；V為比容。

將相關數據代入式（1）可得，G=62.7 t/h，與現場推算的66 t/h數量級基本吻合。

4 問題處理和現場分析結果驗證

由于高壓內缸上現場動平衡用螺孔塞處的處理易于實現，所以，優先對此處進行了檢查。現場拆開高壓缸平衡孔蓋后發現漏裝了平衡用螺塞。未安裝平衡用螺塞的高壓內缸如圖4所示。

因此，安裝了特制的螺塞、平衡孔蓋，恢復了保溫層，重新啟動了機組，高排溫度恢復正常。由此可見，平衡用螺塞漏裝是引發高溫漏汽的原因。已安裝平衡用螺塞的高壓內缸如圖5所示。

5 結束語

汽輪機排汽溫度超溫是其常見的故障之一，而真空系統的嚴密性較差是導致汽輪機排汽溫度超溫的常見原因之一。在此次不開缸檢查的情況下，通過對機組的結構設計、相關測量參數的分析和計算，找出了引發高排溫度超溫的原因，及時解決了問題，為現場調試運行爭取了時間，也節省了開缸檢查的費用。

參考文獻

[1]沈文流，嚴春豪，韓靜嫻.300 MW汽輪機高排溫度偏高原因分析及處理[J].江西電力，2012（12）.

〔編輯：張思楠〕