汽機高壓主汽調門開度異常下降原因及預防措施

吳森南

摘要：近期，高壓主汽調門在部分負荷段出現調門開度異常下降，有時幅度達到20%左右。高壓主汽調門的異常下降，降低汽輪機的做功能力，其次增加高壓主汽在調門處的節流損失，降低汽輪機的效率，對汽輪機的運行經濟性有較大的影響。

關鍵詞：聯合循環;調門異常;鍋爐效率;燃機排氣溫度

一、高壓調門異常下降現象

某廠機組為西門子F級燃氣—蒸汽單軸聯合循環機組，汽輪機型號為HE 型三壓再熱雙缸凝汽式汽輪機。在正常運行過程中，汽機高、中壓系統處于滑壓運行，高、中壓調門保持全開。近期機組兩班制運行期間，高壓主汽調門在部分時間的高負荷段，出現了調門開度異常下降的現象。嚴重時，調門開度從99.8%異常下降至81.8%，下降幅度較大。

二、高壓主汽壓力控制策略簡介

機組啟動至正常運行期間，高壓主汽壓力控制過程如下：

（1）燃機點火后，高壓主汽壓力處于壓力限制模式。壓力大于高壓旁路壓力設定值后，高壓旁路逐漸開啟至100%。高壓主汽壓力大于2MPa后，高壓旁路逐漸關小至固定開度。

（2）當高壓主汽壓力大于8.43MPa后，高壓旁路由ASA模式切至USP模式。此時高壓旁路壓力設定值接受高壓單元主汽壓力設定值。

（3）當高壓旁路開度<5%，高壓缸第一級動葉前壓力>2.5 MPa后，高壓主汽由壓力限制模式切換至初始壓力模式。

三、高壓主汽調門開度異常下降原因分析

機組運行中，影響高壓主汽調門開度因素較多，最主要和常見的原因一般有：高壓主汽流量測點故障、高壓調門控制系統故障、高壓主汽壓力異常下降。

1、高壓主汽流量測點故障

運行中，高壓主汽三個流量測點兩兩之間偏差大于3t/h，會導致高壓主汽調門開不足。檢查三個高壓主汽流量測點，運行期間沒有發現通道故障，兩兩之間的偏差保持在1.5 t/h之內，沒有出現異?；蛘叽蟮钠睢?/p>

2、高壓主汽調門控制系統異常

高壓主汽調門控制由TAB啟動裝置、Speed控制器、adm控制器、TSE計算控制器、高壓主汽壓力控制器及汽機高壓系統保護組成。在發生異常期間，汽機控制系統工作正常，沒有發生控制器故障報警或者控制異常現象。

3、高壓主汽實際壓力異常偏低

高壓系統滑壓運行過程中，隨著高壓主汽實際壓力低于滑壓線，兩者差值逐漸減小。如果高壓主汽實際壓力低于高壓主汽設定值，控制器會關小高壓主汽調門，提升實際壓力。

根據運行數據分析，在實際壓力大于高壓主汽控制器設定值，高壓調門正常全開。在實際壓力小于高壓主汽控制器設定值后，高壓主汽調門開始關小，抬升高壓實際壓力，保持實際壓力不小控制器設定值，控制系統動作正常。

四、高壓主汽實際壓力下降的原因分析

高壓主汽壓力下降的原因較多，結合燃氣-蒸汽聯合循環機組的特點，最主要的原因有燃機排氣溫度及余熱鍋爐高壓受熱面的換熱效率。

1、燃氣輪機排氣溫度

燃氣輪機排氣溫度由燃氣輪機排氣計算溫度TATK確定。TATK是通過預設控制模式進行控制，負荷-排氣溫度的數據曲線根據調試數據保存在機組控制邏輯。運行時根據保存的負荷-排氣溫度對應曲線，通過OTC溫控器、IGV溫控器，實現燃機排氣溫度和負荷-排氣溫度曲線相一致。

燃氣輪機排氣計算溫度TATK的計算方法是：24只三支型熱電偶溫度信號計算燃氣輪機的平均排氣溫度、壓氣機進口平均溫度及轉速三個信號，通過公式TATK=TATact-（K1+K3×TCLact）×TCLact-K2×（1-n/n0）計算TATK。

（1）#3燃機負荷-排氣溫度曲線對實際排氣溫度的影響

燃機在前期為了降低NOX排放，燃燒器進行9孔改8孔的技改。技改后進行了燃燒調試，形成新的負荷-排氣溫度的數據曲線。在汽機嚙合前，IGV溫控定值為560℃;IGV開啟至280MW之間，TATK為575℃;在負荷280-340MW之間，溫控值為573℃;在330MW以上，溫控值在567℃左右。

由此可知，#3機組在高負荷段，尤其是340MW以上，由于燃機排氣計算值下降，引起余熱鍋爐的進口煙氣溫度下降，導致高壓系統蒸發量變少，壓力下降低于控制值，高壓主氣壓力控制器通過關小高壓調門提升實際壓力不低于控制值。

（2）環境溫度對燃機排氣溫度的影響

根據燃機排氣計算溫度計算公式可知，燃機實際排氣溫度將隨著壓氣機進口溫度正向波動。即環境溫度越低，燃機實際排氣溫度越低，反之則相反。

由運行數據可知，機組負荷300MW，環境溫度由5.7℃將至3.5℃時，燃機實際排氣溫度由573℃將至570℃，高壓主汽調門開度由99.6%逐漸關小至85.6%;機組負荷330MW，環境溫度由6.5℃將至3.5℃時，燃機實際排氣溫度由576℃將至568℃，高壓主汽調門開度由99.3%逐漸關小至91.8.6%。

由此可知，由于機組運行環境溫度較低，尤其是低于3.5℃后，引起燃機實際排氣溫度下降，余熱鍋爐的進口煙氣溫度下降，導致高壓系統蒸發量變少。

2、余熱鍋爐效率對高壓主汽壓力的影響

余熱鍋爐高壓受熱面換熱效率隊高壓主汽壓力影響密切，受熱面換熱效率高，高壓主汽系統蒸發量大，高壓主汽壓力提高。由于機組投產運行時間將近10年，共啟動了1122次，鍋爐受熱面不可避免的存在腐蝕、沖刷磨損等現象，引起受熱面換熱效率下降。

在B修期間，對余熱鍋爐高、中、低壓汽包進行了內、外表面結構情況檢查。高壓受熱面內表面光滑，結垢情況良好，對高壓系統受熱面的換熱效率影響不大。受熱面外表面存在一定程度的銹蝕和臟污，通道底部存在積存銹蝕物。鍋爐高壓系統受熱面外部存在一定程度的銹蝕和臟污，一定程度降低了高壓系統受熱面的換熱效率，導致高壓系統產汽量下降，高壓主汽壓力有一定程度下降。

五、總結

綜合上述分析，#3機組運行中在部分工況下出現高壓主汽調門異常關小的原因是：在機組高負荷段（340MW以上）燃機實際排氣溫度因排氣計算溫度的下降而降低，在環境溫度降低（低于3.5℃）的情況下燃機實際排氣溫度因環境溫度的下降而降低，導致余熱鍋爐進口煙氣溫度下降，熱源相對減少，且余熱鍋爐因受熱面外表面銹蝕臟污及穿墻管煙氣泄漏導致換熱效率降低，兩者因素疊加，引起高壓系統蒸發量降低，高壓主汽壓力達不到設計值甚至低于高壓主汽壓力控制器設定值，觸發高壓主汽壓力控制器動作，通過關小高壓調門的開度提升實際壓力不低于設定值。

六、改善措施

高壓主汽調門異常關小降涉及的因素較多，有些是機組本身設定的控制參數（排氣計算溫度）、燃機特性及客觀因素，較難以改善。有些可以通過運行調整、檢查及消缺可以進行改善。針對可以改善的部分，特提出以下改善措施：

（1）堅強主汽流量測量偏差的監控。防止因高壓主汽三點流量測點數值兩兩之間偏差大于3t/h引起調門異常。如發現接近臨界偏差值，及時通知檢修進行校驗。

（2）在兼顧燃燒穩定性、NOX排放指標的情況下，盡可能提高高負荷段燃機排氣計算溫度。

（3）保證汽水化學品質合格。防止運行中因汽水化學品質超標引起流通部分的結垢和腐蝕;

（4）改善汽水系統的保養方式。機組停機后繼續探索更加的停機保養方式，防止和減緩汽水流通部分的結構和腐蝕;

（5）加強鍋爐受熱面外表面銹蝕情況的檢查。適當的情況下，對鍋爐受熱面外表面進行除銹清理，提高受熱面換熱效率;

（6）加強鍋爐密封情況及內部護板固定情況的檢查。改善穿墻管的泄漏程度，防止內部通道護板松脫及保溫材料的散落。