汽輪機缸內高溫下停盤車檢修的探索

侯伯男

摘 要：大型火電機組在緊急停機消缺時，由于汽輪機缸體內部金屬溫度較高，為防止轉子彎曲變形或抱死，通常要求汽輪機內缸金屬溫度最高值小于150℃才允許停盤車檢修。本文介紹了某電廠整套啟動期間完成的一次高中壓缸進汽調節級金屬溫度200℃時停盤車檢修的成功實踐，為其他同類型機組緊急狀態下的檢修提供有益借鑒。

關鍵詞：大型火電機組;汽輪機;高溫;盤車;檢修。

某電廠在機組整套啟動試運期間，進行交流潤滑油泵與主油泵的切換操作時，發現主油泵出口壓力始終無法達到設計值，造成無法進行油泵切換。通過就地檢查，發現主油箱內潤滑油流動異常，油流翻滾影響觀察，但初步推測是由于射油器法蘭撕裂所導致的大量漏油。因主油箱內發生漏油的部分完全浸沒在潤滑油內，所以必須緊急停機處理，且檢修時需要停止潤滑油系統并將油導出至室外儲油箱。潤滑油系統停下的同時盤車也必須停止，以避免轉子盤動時軸承內油膜失穩，發生軸瓦磨損或盤車裝置損壞的情況。但是根據汽輪機說明書和以往經驗推斷，從汽輪機停止進汽到汽缸金屬溫度降低到說明書要求的150℃以下，以當地的氣溫條件（32℃），通常需要8天左右。如能在相對較高的汽缸金屬溫度下停用汽輪機潤滑油系統和盤車裝置，進行檢修工作，將為整套啟動試運爭取大量時間。

1 設備情況介紹

該電廠采用哈爾濱汽輪機廠生產的CLN600-24.2/566/566型單軸、三缸（高中壓缸、A低壓缸、B低壓缸）、四排汽、反凝汽、中間再熱式600MW汽輪機。高中壓轉子和低壓轉子均為無中心孔合金鋼整鍛轉子，轉子間采用剛性連接。汽輪機有6個支撐軸承，發電機及勵磁機共有3個支撐軸承。整臺機組汽缸金屬溫度最高處位于高中壓缸內缸進汽調節級附近，主機設計時為防止超溫或溫差過大，此處以及各上下內缸均設有溫度變送器，用以監測缸體金屬溫度。

停機時高中壓內缸進汽口調節級處金屬溫度達到313.6℃。此時中壓側進汽處上內缸金屬溫度為253.7℃，下內缸金屬溫度為249.6℃。

此后，經過106小時冷卻，高中壓內缸調節級金屬溫度降至202.7℃;中壓側上內缸金屬溫度降至168.8℃，下內缸金屬溫度降至177.3℃;按照汽缸金屬溫度的下降速率，以及溫度下降梯度逐步減小的情況，預計仍需四天時間高中壓內缸進汽口調節級金屬溫度才能降到150℃以下。

2 風險分析

說明書中要求汽缸金屬溫度需降至150℃以下才允許停潤滑油系統和盤車，主要是因為，在汽缸金屬溫度較高時如果停止潤滑油系統和盤車，可能會造成：轉子熱彎曲、軸承過熱受損這兩種危險情況。另外，有些電廠曾經采用過向汽缸內強制通風以加快冷卻的措施。以下主要就上述兩種風險和強制通風冷卻措施進行分析，以判斷風險大小并確定下一步的工作思路。

2.1 轉子熱彎曲風險分析

停盤車后，由于受上下內缸溫差、轉子重力以及金屬溫度對剛度的影響，熱態下的轉子長時間處于同一相位，可能會發生較大的彎曲變形，嚴重時甚至會導致動靜卡澀無法盤車。

轉子的彎曲變形量除了受重力作用外，還與汽缸上下內缸溫差成正比，汽缸上下溫差越大，轉子的變形情況越嚴重，反之亦然。高中壓內缸調節級金屬溫度200℃時，高壓側內缸上下溫差為25℃左右，中壓側內缸上下溫差為9℃左右，這個溫差小于汽輪機說明書對于機組啟動時上下內缸溫差≤56℃的要求。因此，現有溫差下所產生的彎曲變形量是在可以接受范圍之內的。保證在處理缺陷的過程中上下內缸溫差不超過56℃，則在一定時間內，因溫差而造成的轉子熱彎曲就是可控的。同時采取關閉汽缸所有疏水閥、抽汽閥，以隔斷冷空氣進入汽缸的措施，也能有效地防止內缸上下溫差的擴大。

高中壓轉子材料為30Cr1Mo1V，其冷態時偏心值為23μm，根據剪切胡克定律γ=τG（其中G表示切變模量，τ表示剪應力即所受重力，γ表示剪應變即轉子偏心值），以及《火力發電廠金屬材料手冊》表6.4.55查得30Cr1Mo1V在室溫時切變模量為82.9×103MPa，200℃時切變模量為79.6×103MPa。推算轉子金屬溫度為200℃時，偏心值約為24μm。所以，在較短的停盤車時間內，熱態轉子由于重力和剛度影響所產生的彎曲變形均是可控的。

2.2 軸承過熱受損風險分析

停止交流潤滑油系統后，較高的缸溫可以通過轉子將熱量傳遞到軸瓦，從而造成軸瓦溫度上升。極端情況下，可能存在軸瓦金屬溫度上升導致烏金融化而損壞軸承的風險。因汽缸溫度較高，預計高中壓缸兩端軸瓦此類現象最為嚴重。但汽缸金屬溫度通過轉子傳導至軸瓦所產生的溫升暫時無法確定，需要通過預試驗進行驗證。

2.3 強制通風加快冷卻措施分析

強制通風快速冷卻裝置，通常是將壓縮空氣經過過濾并通入加熱裝置，使壓縮空氣溫度升高到一定值后，沿蒸汽流動方向通入各個汽缸內部，流過內外缸間隙、通流間隙時對汽輪機外缸、內缸和轉子進行強制冷卻，以達到加速機組冷卻的目的。

但由于該電廠未設置強制通風快冷裝置，只能通過開啟各各汽缸的疏水閥、抽汽閥來達到內外空氣流通加速冷卻的目的。但是如果通過以上措施開啟與汽缸聯通的閥門，進入汽缸的空氣未經過加熱裝置進行溫度控制，會與汽缸金屬溫度形成較大溫差，將極大的提高由溫差導致的轉子永久變形風險。因此，在下一步的操作中將持續關閉各汽缸疏水閥、抽汽閥以避免溫差過大轉子變形。

3 預試驗過程

通過以上分析，決定進行預試驗。在高中壓內缸調節級金屬溫度202℃時停止交流潤滑油系統和盤車5小時，以觀察軸承溫度、轉子偏心值的變化情況，進一步確定影響程度。因高中壓缸機端軸承（即#1軸承）處對應的缸體金屬溫度最高，因此在試驗期間重點關注其金屬溫度變化情況。

預試驗1小時后，#1軸承金屬溫度自41℃上升至51℃;2小時后#1軸承金屬溫度上升至58℃;到第5小時結束時，各軸承金屬溫度上升態勢已趨于平穩，其中#1軸承金屬溫度最高，為69℃。試驗期間高中壓內缸上下金屬溫度幾乎沒有變化，即溫差基本沒有變化。轉子偏心值遠端測量為42μm，未超過說明書規定的啟動上限75μm。