200MW汽輪機夾層、法蘭加熱裝置運行應用及優化

何源煌

摘? 要：汽輪機高壓缸設置汽缸夾層及法蘭加熱裝置是為縮短機組啟動時間、減小汽機內外缸、上下缸溫差、高壓缸差脹以及停機時使汽缸溫度降至最低。夾層和法蘭加熱裝置在機組啟停以及運行中具有較大的作用，但也要運用適當。而茂名熱電廠200MW機組投入運行以來，機組存在啟動時間比廠家給出的參考啟動時間長，且在滑參數停機時高壓內缸溫度比主汽溫度高30～40℃左右。為此，文章主要闡述茂名熱電廠200MW機組在經過了多次啟停過程中投退夾層及法蘭加熱裝置的操作步驟進行分析和總結，不斷完善操作方法，大大縮短了機組啟動時間及停機時使高壓缸的缸溫更接近主蒸汽溫度或比主汽溫度低，并對容易發生的運行異常進行了分析。對同類型機組汽缸夾層及法蘭加熱裝置運行有一定的指導意義。

關鍵詞：汽輪機;夾層法蘭加熱;運行;應用;優化

中圖分類號：TK263? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）08-0169-03

Abstract： The high pressure cylinder of steam turbine is equipped with cylinder interlayer and flange heating device in order to shorten the start-up time of the unit， reduce the temperature difference between the inner and outer cylinders of the turbine， the temperature difference between the upper and lower cylinders， the differential expansion of the high pressure cylinder and the minimum cylinder temperature during shutdown. Sandwich and flange heating devices play an important role in the start-up， shutdown and operation of the unit， but they should also be used properly. Since the unit was put into operation in Maoming Thermal Power Plant， the start-up time of the unit is longer than the reference start-up time given by the manufacturer， and the temperature of the high pressure inner cylinder is about 30℃ higher than that of the main steam when the sliding parameters are stopped. For this reason， this paper mainly expounds the operation steps of the 200MW unit in Maoming Thermal Power Plant during the start-up and shutdown process， analyzes and summarizes the operation steps of the interlayer and flange heating device， and constantly perfects the operation method. The start-up time and shutdown time of the unit are greatly shortened， and the cylinder temperature of the high pressure cylinder is closer to or lower than that of the main steam， and the abnormal operation which is easy to occur is analyzed. It has certain guiding significance for the operation of cylinder interlayer and flange heating device of the same type of unit.

Keywords： steam turbine; sandwich flange heating; operation; application; optimization

1 概述

茂名臻能熱電有限公司200MW機組是哈爾濱汽輪機廠生產型號為CC159/N200-12.7/535/535型的超高壓一次中間再熱雙抽三缸雙排汽凝汽式汽輪機組，高壓缸設置有汽缸夾層及法蘭加熱裝置，加熱裝置汽源有啟動汽源和停機汽源，啟動汽源從主蒸汽供，停機汽源從再熱冷段供，高壓內缸在第五級設有擋汽板，主蒸汽導管連接處漏汽排至第十級做功。

2 夾層及法蘭加熱的系統布置和加熱原理

汽輪機高壓缸本體為雙層缸，共有12級，一個調節級和11個壓力級，調節級的噴嘴裝于噴嘴室內，為減少內外缸溫度梯度，在內缸第五級處采用擋汽板。夾層和導汽管漏汽排到高壓第九級后同抽汽一起排至#3高加。高壓外缸兩側設有法蘭螺栓加熱裝置，高壓內外缸上下半部分設置有夾層加熱進汽口，從夾層加熱聯箱來的蒸汽通過三個閥門分別進入上下高壓汽缸夾進汽口對高壓內外缸脹差和溫度及時進行控制;高壓外缸左右設有上下法蘭加熱進汽管對高壓外缸法蘭各外缸左右螺栓進行加熱及冷卻，左右螺栓加熱有二個閥門控制進汽量使螺栓溫度始終低于法蘭的金屬溫度。如圖1所示。

由圖1可以看出，夾層啟動加熱的蒸汽流程為：來自主蒸汽的夾層加熱蒸汽在聯箱中穩壓和調整后，從高壓外缸上下半部分設置的夾層加熱進汽口（下缸二個進汽口），進入外缸和內缸之間的夾層，蒸汽通過擋汽環（第五級）外沿的環形間隙進入第九級同第一段抽汽相通，可經進入#3高加或流向高壓缸排汽;由圖1可知夾層停機冷卻蒸汽來自第九級抽汽，冷卻蒸汽經汽缸夾層冷卻內外缸后的蒸汽排至冷再，其蒸汽流程同加熱流程剛好相反。

這樣的系統布置具有以下優點：

（1）順利實現用蒸汽對汽缸高壓外缸內壁和內缸外壁的加熱，控制汽缸的合適溫差。

（2）在機組停機時可實現抽汽冷卻汽缸夾層，達到在停機時冷卻汽缸。

（3）使加熱蒸汽與第五級后的蒸汽相隔離，加熱后的蒸汽排入高壓第九級，對夾層加熱的蒸汽壓力要求降低，可加大加熱蒸汽量。

（4）加熱汽源取自主蒸汽和第九級的抽汽，盡量實現轉子溫度與汽缸溫度的匹配。

3 夾層法蘭加熱裝置運行存在問題分析及優化運行

高壓缸夾層及法蘭加熱系統的投入應根據高壓缸脹差、高壓外缸內壁和內缸外壁的溫差及高壓缸溫度情況決定脹差在允許范圍進行投退，根據廠家和同類機組電廠的運行規程中對高壓缸夾層及法蘭加熱系統的操作規定沒有詳細和具體的列出，因此在投退的實際操作中的效果都有差異。

茂名臻能熱電有限公司200MW汽輪機組在投入運行初期，由于對高壓缸夾層及法蘭加熱系統的操作詳細的規定，在機組啟動和停運中存在如下問題：（1）啟動過程高壓缸差脹報警，影響機組啟動加負荷速度，機組啟動時間長。（2）高壓缸內缸和外缸溫差偏大。（3）高壓外缸法蘭和缸溫不匹配。（4）停機時內缸溫度較高，延長機組盤車時間。

經過幾次機組的啟停，對上述存在的問題進行了分析和總結如下：（1）由于機組在加負荷過程中，第一段的抽汽壓力不斷升高，而夾層的進汽壓力維持不變，因此夾層加熱的蒸汽量減少，造成高壓缸內外缸溫差大。而法蘭加熱要同高壓外缸的缸溫匹配，造成法蘭加熱滯后。因此最終使轉子的膨脹大于汽缸的膨脹而產生高壓缸差脹報警（大于4.5mm）。（2）由于停機開始時不投入夾層和法蘭加熱系統，停機時沒有投入冷再蒸汽而是投入主蒸汽汽源，因此造成停機時高壓缸溫度偏高（投入冷再停機蒸汽是高壓缸第九級蒸汽流向冷再蒸汽管）。

根據以上分析，并根據實際運行經驗，在操作和運行中做了如下的優化：（1）啟動時，夾層加熱系統應在內外缸溫差達到一定程度時投入，夾層投入后法蘭加熱也要投入運行，二者都控制在溫差10～20℃投入最為合適。如果投入過早，可能導致外缸加熱充分甚至超過內缸，出現負溫差。投入過晚，可能使溫差增大導致暖機時間過長和發生危險。特別應注意在熱態啟動時選擇好投入的時機。（2）投入后注意監視夾層加熱聯箱的壓力始終高于第一段抽汽壓力0.6Mpa以上，因為夾層加熱的蒸汽最后第一段抽汽室，保持兩者壓差合適最為重要，過高可能使加熱蒸汽流量過大，導致加熱劇烈或溫升率不容易控制，過低導致加熱效果不理想。（3）投入時夾層和法蘭聯箱溫度與高壓外缸內壁溫度（法蘭內壁溫度）至少有25～50℃的溫差，保持合適的溫差使加熱充分均勻，防止加熱過劇或加熱不夠。（4）暖夾層和法蘭聯箱時要充分疏水，聯箱的疏水門在暖箱時要保持全開，夾層聯箱還應進行倒暖，疏水要干凈、充分，嚴禁有冷水或低溫蒸汽進入汽缸發生水沖擊造成惡性事故。（5）夾層和法蘭加熱系統退出時，不能僅根據脹差決定。還要密切注意缸脹是否達到或接近機組正常運行時的缸脹數值，200MW汽輪機的缸脹在正常運行時保持33mm左右，一般應在運行中，缸脹合適，脹差應在4.5mm以下，高壓外缸下半外壁金屬溫度達到400℃以上，穩定至少15-20分鐘后才能退出夾層加熱，以防止汽缸溫度加熱不均勻和局部過熱的情況，導致退出后溫度變化。（6）在滑參數停機過程中，應啟用冷再熱蒸汽冷卻這路加熱系統，合理利用汽缸夾層及法蘭加熱裝置進行機組的冷卻以便達到停機后的理想的較低缸溫。（7）汽缸夾層及法蘭加熱投入時，應控制汽缸和法蘭金屬的溫升率或溫降率小于每分鐘1.5℃，始終保持缸溫度≥法蘭溫度≥螺栓溫度這一規律，二者溫差不能超過30℃，這樣才能保證汽缸金屬溫度均勻變化，避免局部過熱或過冷。

4 汽缸夾層加熱的一些典型異常分析及處理方法

在汽缸夾層加熱的投退和運行中，也經常出現一些問題和異常，歸納總結了經常遇到或可能出現的幾個典型異常問題，分析并與實際經驗結合提出加以解決方法及建議。

（1）汽缸夾層加熱在剛投入后短時間內，汽缸金屬溫度出現反向降低，這在溫態和熱態啟動時最為明顯。這是可能因為聯箱沒有充分暖箱、聯箱溫度沒有達到與缸溫相匹配的溫度。即使聯箱溫度與缸溫有足夠的溫差，在聯箱出汽門后到汽缸這一長段管道中也存有溫度較低的冷空氣，引起汽缸溫度暫時降低。當遇到這個問題時，應進行倒暖，先關聯箱進汽門，再開啟動夾層進汽門進行倒暖，穩定一段時間后，再進行聯箱下暖，這種缸溫降低的現象會自行消失。（2）啟動時投入汽缸夾層加熱后，加熱效果不明顯，缸溫不上升或上升緩慢。這種現象一般是由于聯箱壓力過低或聯箱蒸汽溫度與缸溫差過小所致。聯箱壓力較低，小于或略大于高壓排汽壓力，使夾層加熱蒸汽不能流動或流動緩慢，氣流量過小，不能對汽缸有效加熱，這個問題只需調整聯箱壓力到合適值就可解決。當聯箱溫度與缸溫差過小時，應適當開大聯箱疏水來提高加熱蒸汽溫度。（3）機組啟動后期，剛退出汽缸夾層加熱時，出現脹差急劇增大的問題。引起這種異常的原因最可能是退出時缸脹沒有達到合適的數值，或在此參數下穩定時間不夠。在保證高壓外缸下半外壁金屬溫度達到400℃以上時退出加熱，若出現脹差急劇增大的現象，應先檢查缸脹合適后，使機組在當時狀態參數下穩定15-25分鐘，機組就會恢復正常，絕不能立即將已退出的夾層加熱重新投入，否則在聯箱中產生的冷氣或冷水進入汽輪機內造成汽缸急劇冷卻，甚至發生嚴重的水沖擊事故。（4）在滑參數啟動和停機的過程中，缸溫上升或下降不均勻，出現陡升或陡降的現象，這個問題可能是運行人員疏于調整，沒有將聯箱壓力和高壓排汽壓力保持在合適的差值，使夾層加熱蒸汽流量忽大或忽小，使加熱和冷卻不均勻。（5）在做汽輪機超速試驗或機組在啟、停時出現故障需停機時，必須首先退出汽缸夾層加熱，否則使汽缸夾層加熱的蒸汽在停機后進入汽輪機，引起轉子彎曲，或超速試驗跳機后不能迅速降低轉速，造成更大的事故。

5 結束語

通過上述對200MW機組汽缸夾層加熱及法蘭螺栓加裝裝置存在問題分析及優化運行方式等，機組在啟停過程中的加減負荷中比以往沒有優化過和運行方式都好，縮短了機組的啟動時間，停機的缸溫比以往低，使機組盤車的時間縮短，并對機組控制缸脹和脹差起到積極的作用，大大提高機組在啟停過程的安全性，值得同類型機組借鑒。

參考文獻：

[1]鄭國強.（200MW）汽輪機運行規程（2015）版[S].