200MW汽輪機(jī)夾層、法蘭加熱裝置運(yùn)行應(yīng)用及優(yōu)化

何源煌

摘? 要：汽輪機(jī)高壓缸設(shè)置汽缸夾層及法蘭加熱裝置是為縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間、減小汽機(jī)內(nèi)外缸、上下缸溫差、高壓缸差脹以及停機(jī)時(shí)使汽缸溫度降至最低。夾層和法蘭加熱裝置在機(jī)組啟停以及運(yùn)行中具有較大的作用，但也要運(yùn)用適當(dāng)。而茂名熱電廠200MW機(jī)組投入運(yùn)行以來(lái)，機(jī)組存在啟動(dòng)時(shí)間比廠家給出的參考啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，且在滑參數(shù)停機(jī)時(shí)高壓內(nèi)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(jī)組在經(jīng)過(guò)了多次啟停過(guò)程中投退夾層及法蘭加熱裝置的操作步驟進(jìn)行分析和總結(jié)，不斷完善操作方法，大大縮短了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間及停機(jī)時(shí)使高壓缸的缸溫更接近主蒸汽溫度或比主汽溫度低，并對(duì)容易發(fā)生的運(yùn)行異常進(jìn)行了分析。對(duì)同類(lèi)型機(jī)組汽缸夾層及法蘭加熱裝置運(yùn)行有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);夾層法蘭加熱;運(yùn)行;應(yīng)用;優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TK263? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(jī)組是哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)型號(hào)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(jī)組，高壓缸設(shè)置有汽缸夾層及法蘭加熱裝置，加熱裝置汽源有啟動(dòng)汽源和停機(jī)汽源，啟動(dòng)汽源從主蒸汽供，停機(jī)汽源從再熱冷段供，高壓內(nèi)缸在第五級(jí)設(shè)有擋汽板，主蒸汽導(dǎo)管連接處漏汽排至第十級(jí)做功。

2 夾層及法蘭加熱的系統(tǒng)布置和加熱原理

汽輪機(jī)高壓缸本體為雙層缸，共有12級(jí)，一個(gè)調(diào)節(jié)級(jí)和11個(gè)壓力級(jí)，調(diào)節(jié)級(jí)的噴嘴裝于噴嘴室內(nèi)，為減少內(nèi)外缸溫度梯度，在內(nèi)缸第五級(jí)處采用擋汽板。夾層和導(dǎo)汽管漏汽排到高壓第九級(jí)后同抽汽一起排至#3高加。高壓外缸兩側(cè)設(shè)有法蘭螺栓加熱裝置，高壓內(nèi)外缸上下半部分設(shè)置有夾層加熱進(jìn)汽口，從夾層加熱聯(lián)箱來(lái)的蒸汽通過(guò)三個(gè)閥門(mén)分別進(jìn)入上下高壓汽缸夾進(jìn)汽口對(duì)高壓內(nèi)外缸脹差和溫度及時(shí)進(jìn)行控制;高壓外缸左右設(shè)有上下法蘭加熱進(jìn)汽管對(duì)高壓外缸法蘭各外缸左右螺栓進(jìn)行加熱及冷卻，左右螺栓加熱有二個(gè)閥門(mén)控制進(jìn)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(dòng)加熱的蒸汽流程為：來(lái)自主蒸汽的夾層加熱蒸汽在聯(lián)箱中穩(wěn)壓和調(diào)整后，從高壓外缸上下半部分設(shè)置的夾層加熱進(jìn)汽口（下缸二個(gè)進(jìn)汽口），進(jìn)入外缸和內(nèi)缸之間的夾層，蒸汽通過(guò)擋汽環(huán)（第五級(jí)）外沿的環(huán)形間隙進(jìn)入第九級(jí)同第一段抽汽相通，可經(jīng)進(jìn)入#3高加或流向高壓缸排汽;由圖1可知夾層停機(jī)冷卻蒸汽來(lái)自第九級(jí)抽汽，冷卻蒸汽經(jīng)汽缸夾層冷卻內(nèi)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(tǒng)布置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）順利實(shí)現(xiàn)用蒸汽對(duì)汽缸高壓外缸內(nèi)壁和內(nèi)缸外壁的加熱，控制汽缸的合適溫差。

（2）在機(jī)組停機(jī)時(shí)可實(shí)現(xiàn)抽汽冷卻汽缸夾層，達(dá)到在停機(jī)時(shí)冷卻汽缸。

（3）使加熱蒸汽與第五級(jí)后的蒸汽相隔離，加熱后的蒸汽排入高壓第九級(jí)，對(duì)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(jí)的抽汽，盡量實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子溫度與汽缸溫度的匹配。

3 夾層法蘭加熱裝置運(yùn)行存在問(wèn)題分析及優(yōu)化運(yùn)行

高壓缸夾層及法蘭加熱系統(tǒng)的投入應(yīng)根據(jù)高壓缸脹差、高壓外缸內(nèi)壁和內(nèi)缸外壁的溫差及高壓缸溫度情況決定脹差在允許范圍進(jìn)行投退，根據(jù)廠家和同類(lèi)機(jī)組電廠的運(yùn)行規(guī)程中對(duì)高壓缸夾層及法蘭加熱系統(tǒng)的操作規(guī)定沒(méi)有詳細(xì)和具體的列出，因此在投退的實(shí)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(jī)組在投入運(yùn)行初期，由于對(duì)高壓缸夾層及法蘭加熱系統(tǒng)的操作詳細(xì)的規(guī)定，在機(jī)組啟動(dòng)和停運(yùn)中存在如下問(wèn)題：（1）啟動(dòng)過(guò)程高壓缸差脹報(bào)警，影響機(jī)組啟動(dòng)加負(fù)荷速度，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。（2）高壓缸內(nèi)缸和外缸溫差偏大。（3）高壓外缸法蘭和缸溫不匹配。（4）停機(jī)時(shí)內(nèi)缸溫度較高，延長(zhǎng)機(jī)組盤(pán)車(chē)時(shí)間。

經(jīng)過(guò)幾次機(jī)組的啟停，對(duì)上述存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析和總結(jié)如下：（1）由于機(jī)組在加負(fù)荷過(guò)程中，第一段的抽汽壓力不斷升高，而夾層的進(jìn)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(nèi)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(zhuǎn)子的膨脹大于汽缸的膨脹而產(chǎn)生高壓缸差脹報(bào)警（大于4.5mm）。（2）由于停機(jī)開(kāi)始時(shí)不投入夾層和法蘭加熱系統(tǒng)，停機(jī)時(shí)沒(méi)有投入冷再蒸汽而是投入主蒸汽汽源，因此造成停機(jī)時(shí)高壓缸溫度偏高（投入冷再停機(jī)蒸汽是高壓缸第九級(jí)蒸汽流向冷再蒸汽管）。

根據(jù)以上分析，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在操作和運(yùn)行中做了如下的優(yōu)化：（1）啟動(dòng)時(shí)，夾層加熱系統(tǒng)應(yīng)在內(nèi)外缸溫差達(dá)到一定程度時(shí)投入，夾層投入后法蘭加熱也要投入運(yùn)行，二者都控制在溫差10～20℃投入最為合適。如果投入過(guò)早，可能導(dǎo)致外缸加熱充分甚至超過(guò)內(nèi)缸，出現(xiàn)負(fù)溫差。投入過(guò)晚，可能使溫差增大導(dǎo)致暖機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和發(fā)生危險(xiǎn)。特別應(yīng)注意在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)選擇好投入的時(shí)機(jī)。（2）投入后注意監(jiān)視夾層加熱聯(lián)箱的壓力始終高于第一段抽汽壓力0.6Mpa以上，因?yàn)閵A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(guò)高可能使加熱蒸汽流量過(guò)大，導(dǎo)致加熱劇烈或溫升率不容易控制，過(guò)低導(dǎo)致加熱效果不理想。（3）投入時(shí)夾層和法蘭聯(lián)箱溫度與高壓外缸內(nèi)壁溫度（法蘭內(nèi)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(guò)劇或加熱不夠。（4）暖夾層和法蘭聯(lián)箱時(shí)要充分疏水，聯(lián)箱的疏水門(mén)在暖箱時(shí)要保持全開(kāi)，夾層聯(lián)箱還應(yīng)進(jìn)行倒暖，疏水要干凈、充分，嚴(yán)禁有冷水或低溫蒸汽進(jìn)入汽缸發(fā)生水沖擊造成惡性事故。（5）夾層和法蘭加熱系統(tǒng)退出時(shí)，不能僅根據(jù)脹差決定。還要密切注意缸脹是否達(dá)到或接近機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的缸脹數(shù)值，200MW汽輪機(jī)的缸脹在正常運(yùn)行時(shí)保持33mm左右，一般應(yīng)在運(yùn)行中，缸脹合適，脹差應(yīng)在4.5mm以下，高壓外缸下半外壁金屬溫度達(dá)到400℃以上，穩(wěn)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(guò)熱的情況，導(dǎo)致退出后溫度變化。（6）在滑參數(shù)停機(jī)過(guò)程中，應(yīng)啟用冷再熱蒸汽冷卻這路加熱系統(tǒng)，合理利用汽缸夾層及法蘭加熱裝置進(jìn)行機(jī)組的冷卻以便達(dá)到停機(jī)后的理想的較低缸溫。（7）汽缸夾層及法蘭加熱投入時(shí)，應(yīng)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(guī)律，二者溫差不能超過(guò)30℃，這樣才能保證汽缸金屬溫度均勻變化，避免局部過(guò)熱或過(guò)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(yùn)行中，也經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題和異常，歸納總結(jié)了經(jīng)常遇到或可能出現(xiàn)的幾個(gè)典型異常問(wèn)題，分析并與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)結(jié)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(shí)間內(nèi)，汽缸金屬溫度出現(xiàn)反向降低，這在溫態(tài)和熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)最為明顯。這是可能因?yàn)槁?lián)箱沒(méi)有充分暖箱、聯(lián)箱溫度沒(méi)有達(dá)到與缸溫相匹配的溫度。即使聯(lián)箱溫度與缸溫有足夠的溫差，在聯(lián)箱出汽門(mén)后到汽缸這一長(zhǎng)段管道中也存有溫度較低的冷空氣，引起汽缸溫度暫時(shí)降低。當(dāng)遇到這個(gè)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)進(jìn)行倒暖，先關(guān)聯(lián)箱進(jìn)汽門(mén)，再開(kāi)啟動(dòng)夾層進(jìn)汽門(mén)進(jìn)行倒暖，穩(wěn)定一段時(shí)間后，再進(jìn)行聯(lián)箱下暖，這種缸溫降低的現(xiàn)象會(huì)自行消失。（2）啟動(dòng)時(shí)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(xiàn)象一般是由于聯(lián)箱壓力過(guò)低或聯(lián)箱蒸汽溫度與缸溫差過(guò)小所致。聯(lián)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(dòng)或流動(dòng)緩慢，氣流量過(guò)小，不能對(duì)汽缸有效加熱，這個(gè)問(wèn)題只需調(diào)整聯(lián)箱壓力到合適值就可解決。當(dāng)聯(lián)箱溫度與缸溫差過(guò)小時(shí)，應(yīng)適當(dāng)開(kāi)大聯(lián)箱疏水來(lái)提高加熱蒸汽溫度。（3）機(jī)組啟動(dòng)后期，剛退出汽缸夾層加熱時(shí)，出現(xiàn)脹差急劇增大的問(wèn)題。引起這種異常的原因最可能是退出時(shí)缸脹沒(méi)有達(dá)到合適的數(shù)值，或在此參數(shù)下穩(wěn)定時(shí)間不夠。在保證高壓外缸下半外壁金屬溫度達(dá)到400℃以上時(shí)退出加熱，若出現(xiàn)脹差急劇增大的現(xiàn)象，應(yīng)先檢查缸脹合適后，使機(jī)組在當(dāng)時(shí)狀態(tài)參數(shù)下穩(wěn)定15-25分鐘，機(jī)組就會(huì)恢復(fù)正常，絕不能立即將已退出的夾層加熱重新投入，否則在聯(lián)箱中產(chǎn)生的冷氣或冷水進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)造成汽缸急劇冷卻，甚至發(fā)生嚴(yán)重的水沖擊事故。（4）在滑參數(shù)啟動(dòng)和停機(jī)的過(guò)程中，缸溫上升或下降不均勻，出現(xiàn)陡升或陡降的現(xiàn)象，這個(gè)問(wèn)題可能是運(yùn)行人員疏于調(diào)整，沒(méi)有將聯(lián)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(jī)超速試驗(yàn)或機(jī)組在啟、停時(shí)出現(xiàn)故障需停機(jī)時(shí)，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(jī)后進(jìn)入汽輪機(jī)，引起轉(zhuǎn)子彎曲，或超速試驗(yàn)跳機(jī)后不能迅速降低轉(zhuǎn)速，造成更大的事故。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)200MW機(jī)組汽缸夾層加熱及法蘭螺栓加裝裝置存在問(wèn)題分析及優(yōu)化運(yùn)行方式等，機(jī)組在啟停過(guò)程中的加減負(fù)荷中比以往沒(méi)有優(yōu)化過(guò)和運(yùn)行方式都好，縮短了機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間，停機(jī)的缸溫比以往低，使機(jī)組盤(pán)車(chē)的時(shí)間縮短，并對(duì)機(jī)組控制缸脹和脹差起到積極的作用，大大提高機(jī)組在啟停過(guò)程的安全性，值得同類(lèi)型機(jī)組借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭國(guó)強(qiáng).（200MW）汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程（2015）版[S].