某電廠#1機組啟停時主機上下缸溫差大的探討與預防措施

廣州珠江電廠 楊 可

廣州珠江電廠#1汽輪機是哈爾濱汽輪機廠生產型號N300-16.7/537/537機組，自1993年投入運行以來經過6次A級檢修，機組安全經濟運行。2020年3月#1機A修檢查發現中壓隔板靜葉葉頂出汽側軸向間隙偏小，其中#4、#6、#8級較嚴重，靜葉汽封高齒已和轉子凸肩碰磨；按照廠家處理方案做了如下處理：修刮汽封高齒，將中壓#4、#6級靜葉汽封中間高齒加工至低齒高度。將中壓#1隔板套、中壓#2隔板套向調端移動2mm，隔板套調端定位面補焊15mm寬、2mm厚密封帶。

#1機本次A修后，在多次啟動過程中均出現高壓缸上下缸溫差大的情況（正溫差，大于報警值42℃），都出現在機組初負荷暖機結束開始加負荷至100MW左右這個階段，最高達到65℃（機組90MW）。對比A修前#1機組啟動情況，在該階段也出現過相似的溫升率及升負荷速率，但高壓缸溫差比修后小，幾乎不會達到報警值（42℃）；同時在機組停運過程中，也會出現中壓缸上下溫差大的情況（正溫差，大于報警值42℃）。

1 原因

機組啟動過程就是轉子和汽缸被加熱的過程，轉子及汽缸的內外壁之間存在溫差，溫差越大則熱變形越大，熱應力也越大；暖機的目的就是提高轉子和汽缸的溫度水平，降低溫差，減小熱應力及熱變形。由于熱量的傳遞需要一定的時間，同時要將金屬溫度加熱到較高水平需足夠的熱量，因此對于暖機的時間和蒸汽參數、負荷參數是有要求的。同時對于加負荷過程中的升負荷率、主蒸汽溫升率及汽缸金屬溫升率也是有要求的。

1.1 機組啟動期間高壓缸上下缸溫差大原因

汽輪機A修后高中壓缸夾層蒸汽流量改變，可能導致內外缸之間傳熱改變。由于高中壓缸一體，中壓缸隔板套向調節端移動會導致高中壓缸夾層蒸汽流量改變，高中壓內外缸的傳熱發生改變，致使缸體金屬溫度改變；啟動加熱階段汽缸內熱汽上升、冷汽及疏水下沉，對下缸溫升不利，加上這些冷汽、疏水通過布置在下缸的疏水口、抽汽口流走，這種沖刷加劇了對下缸的冷卻作用。以上因素導致在相同的加熱條件下下缸加熱慢而散熱快，所以在機組啟動過程中一般是上缸溫度高于下缸，形成正溫差；下缸的保溫敷設困難，保溫效果差于上缸。由于下缸本體結構復雜、管道較多，保溫敷設難度大、效果不好，下缸散熱較快，進一步加劇上下缸溫差[1]；下缸的管道布置比上缸多，導致下缸的重量大于上缸，同時也導致下缸的散熱面積大于上缸。

加負荷過程中的升負荷率，主蒸汽溫升率較快。從機組啟動過程來看，中速暖機期間汽溫、汽壓偏高（由于D角等離子故障，D油槍投入導致），初負荷暖機期間汽溫汽壓偏高（由于之前進行主機閥門嚴密性試驗引起），導致蒸汽流量偏小，影響暖機效果。在加負荷階段，高壓缸首級金屬溫度上升速度達1.62℃/min，高壓缸上下缸溫差由19℃上升至51℃，期間升負荷率達3.86MW/min，高中壓上下缸溫差由51℃進一步上升至60.8℃，最高達65℃。由此可見，高壓缸溫差大的主要原因是加負荷階段主汽溫上升過快及加負荷速度過快（蒸汽流量增加快），引起高壓內缸金屬溫度上升過快。當機組負荷穩定在80MW，主/再熱汽溫穩定在502℃/495℃，高壓外缸溫差開始下降，慢慢恢復正常（圖1）。

圖1 機組啟動期間過程曲線

圖2 過程曲線

1.2 停機后中壓缸上下缸溫差大原因

各機組偶爾會出現停機后上下缸正溫差過大的情況，主要與停機后缸溫較高、冷汽及空氣進入汽缸冷卻汽缸有關。

汽機抽氣管道返冷氣。由于節能降耗需要，現在機組啟停機組期間采用輔助蒸汽（相鄰機組汽源）驅動汽動給水泵運行，機組正常運行時由4段抽氣供汽。由于輔助蒸汽正常壓力為0.7MPa,高于4段抽氣壓力0.25MPa，輔助蒸汽很容易通過不嚴密的四段抽氣電動門和逆止門返汽至汽輪機中壓缸下缸。由于輔助蒸汽溫度正常為250℃，遠低于中壓缸缸體溫度（400℃以上），易導致汽輪機中壓下缸溫度急劇下降，造成中壓缸上下缸溫差大。

汽輪機疏水系統不嚴密。汽輪機疏水系統龐大且錯綜復雜，疏水氣動門不嚴密，很容易導致各路疏水串通，導致汽輪機進冷氣。由于各段抽氣疏水管和輔助蒸汽疏水管路匯集到疏水總管再到疏水擴容器，而輔助蒸汽壓力比抽氣壓力高，疏水門內漏，冷氣從抽氣疏水管返汽到汽輪機下缸[2]。

2 預防措施及取得效果

在機組啟動過程中的各階段，相關參數應嚴格控制在規程要求的范圍內，包括沖轉參數、中速暖機參數及時間、初負荷暖機參數及時間、加負荷階段升溫升壓速度及加負荷率等。在原來試驗基礎上適當延長機組的暖機時間，使汽輪機缸體充分加熱。在負荷加至100MW前，控制主蒸汽溫度不高于500℃、主汽壓力不高于12MPa,通過最近機組啟動過程來看，取得了良好效果；機組啟動過程中，延遲關閉汽輪機疏水系統相關氣動門，這樣可及時將汽輪機下缸的積水、冷氣及時抽到凝汽器，有效減少溫差[3]。

機組啟動過程中加強對主機重要參數的監視，如振動、軸向位移、缸脹、差脹、上下缸溫差、油溫油壓等；同時，機組啟動過程中各系統相繼投入運行，其運行狀態尚未穩定，相關參數變化較大，應經常翻閱、檢查各系統畫面、參數，以便及時發現異常并及時處理；更換汽輪機原來的保溫材料，采用保溫紗與保溫泥相結合的措施有效減少高中壓下缸的散熱，減少溫差；在四段抽氣電動門后加裝逆止門。有效防止輔助蒸汽從四段抽氣管道返汽至汽輪機下缸；增加疏水系統氣動門后手動門，氣動疏水門容易出現內漏，特別在輔助蒸汽疏水氣動門后加裝手動門，減少氣動門內漏風險。

及時停運輔助蒸汽系統。機組正常停運后按規定破壞主機真空，退軸封，停運輔汽聯箱；在主機破壞真空前發現下缸溫度下降過快，判斷有冷汽或空氣進入時可關閉汽缸本體及三、四段抽汽電動門前疏水，采用關閉2小時、開啟10分鐘的方式減少冷汽（氣）對下缸的冷卻，并注意觀察效果；鍋爐有保溫保壓要求時應檢查A/B側主汽門及高旁關閉嚴密，門后壓力到零。檢查高、中壓缸導汽管疏水門開啟、高排逆止門后疏水門開啟。中壓進汽管道疏水門開啟；正常情況下主機停機后本體疏水應保持開啟狀態，直到汽缸冷卻為止[4]。

在采取以上措施后進行了機組多次啟停，汽輪機上下缸溫差控制良好，最高至31℃，遠低于報警值（圖2）。

綜上，通過實施以上的改造和參數調整，能防止#1機高中壓下缸金屬溫度急劇下降，使得高中壓上下缸金屬溫度溫差小于40℃以內，滿足廠家設計標準。保證汽輪機安全可靠運行。本文中采取了臨時方法處理上下缸溫差大，可以暫時緩解，徹底處理需要到大修時在進行進一步的檢查。