降低中压缸启动过程金属温差的实例分析

马洪荣 李娜 张月雷

摘 要：本文针对某火力发电厂220MW机组在启动过程中存在的中压缸内外金属壁温差偏大的问题，对汽轮机的启动过程进行分析，明确了问题原因，通过研究试验汽轮机的合理启动方式，优化机组冷态启动过程，使汽轮机中压缸各部金属温差，转子与汽缸的相对膨胀差，都在允许范围内，有效减少金属的热应力和热变形，缩短了启动时间。

关键词：中压缸；温差；启动

一、存在的问题

某火力发电厂#1、#2机组均为220MW汽轮发电机组，按照规程要求，启动过程中中压缸汽缸金属壁温差的控制规范如下表1所示，

但在启动过程中，多次发生中压缸温差大现象（中压缸上下壁温差最大达62℃，法兰内外壁温差最大达151℃），温差大时机组#3、#4瓦振动亦较大，机组不得不延长暖机时间，启动过程升参数缓慢。汽缸存在温差将会引起汽缸热变形，通常是上缸温度高于下缸，因而上缸变形大于下缸，使汽缸向上拱起，俗称猫拱背。汽缸的这种变形使下缸底部径向间隙减小甚至消失，造成动静摩擦，损坏设备。另外还会出现隔板和叶轮偏离正常时所在的垂直平面的现象，使轴向间隙变小，甚至引起轴向动静摩擦。

二、原因分析

#1、#2汽轮机均为东方汽轮机厂生产的220MW汽轮机，结构相同。通过调查发现，在机组启动中中压缸金属温差过大的现象在#2汽轮机组尤为明显，故此，我们以#2汽轮机为研究对象。对#2机数次启动中，中压缸温差及影响中压缸温差的参数的趋势进行了分析，发现造成中压缸冷态启动过程中金属温差大的主要原因如下：

（1）中压缸保温不良的因素

中压缸下缸密布了抽汽管道和疏水管道，下缸外表面形状复杂，保温材料不好固定，其保温程度虽不如上缸。通过查看机组启停缸温表，可以看到在停机后，中压缸缸温高于300℃时，中压缸下缸温度下降明显快于上缸。此时，汽轮机已无外部热源，基本处于静态，上下缸温差的增大为下缸保温劣于上缸保温所致。

（2）抽汽、疏水管道布置的因素

中压缸下缸布置了#3、#4、#5、#6抽抽汽管道，抽汽管道多，相当于增加了换热面积，同时，管道密布导致下缸保温不易严密，保温与汽缸间易出现空隙，使得冷空气进入，冷却下缸。

中压缸下缸抽汽管道较多，在停机后，高低加及除氧器压力会逐渐下降，其内部的水会不断汽化，若各抽汽管道关闭不严密，汽化的低温蒸汽会进入汽缸，致使下缸温度快速降低。在机组启动过程中，高低加随机启动，中压缸内的蒸汽由汽缸进入抽汽管道，受到节流，蒸汽温度下降，使得抽汽管道温度低于汽缸温度。由于金属间的热传导作用，使得下缸温度下降。

（3）再热蒸汽参数控制不当

机组启动过程中，主蒸汽与再热蒸汽温度相近，主汽温度通常选择高于高压缸温度50℃。在机组启动初期，中压缸进汽量较少，中压缸金属温升速度低于高压缸。随着汽轮机进汽量的增加，主蒸汽温度及再热蒸汽温度逐渐升高，在主汽温度合格的情况下，再热蒸汽温度与中压缸温度的差值越来越大，在20MW负荷前（受机组启动时的缸温影响）再热汽温与中压缸温温差达100℃以上。随机组负荷升高，中压缸进汽量逐渐增大，换热加剧，中压缸内壁温度迅速升高，而外壁，特别是法兰外壁靠金属热传导来升温，其温升速度明显低于内壁，使得中压缸内外壁及法兰内外壁温差急剧增大。同时急剧换热也使中压缸内的蒸汽温度下降较多，低温蒸汽大多在下缸由抽汽管道进入加热器，导致中压缸下缸温度。

三、解决方案

（1）采用新型中压缸保温

利用机组停机检修的机会，对中压缸保温进行检查，确认中压缸的下缸保温层出现不同程度的脱离缸体现象，考虑中压缸下缸形状的复杂性，更换新型保温材料，采用喷涂与粘贴复合的施工方式对中压缸的保温重新进行了施工，在汽轮机缸体表面使用复合绝热结构，把喷涂绝热工艺和软质材料绝热工艺进行有机结合。该汽轮机复合保温体紧贴汽轮机缸体外壁，由内至外依次设有喷涂保温层、软质材料保温层、镀锌铁丝网和抹面层。该结构既可以使保温层与汽缸之间紧贴在一起，避免脱壳现象，又可降低保温施工成本，有效降低汽轮机缸体的散热损失。

（2）减小抽汽、疏水管道对缸温的影响

①加热器随机启动时，关小加热器疏水至凝结器阀门的开度，避免了凝结器直接抽吸加热器内的蒸汽。

②按时关闭抽汽管道疏水，机组20MW负荷，关闭高压疏水；40MW负荷，关闭中压疏水；60MW负荷，关闭低压疏水。

③停机后，中压缸温度高于300℃时进行闷缸。密切监视中压缸温度变化情况，必要时，延长闷缸时间。

⑶减小再热蒸汽与中压缸温度的偏差

①加强启动过程对再热蒸汽温度的监视与控制，有力减缓了再热蒸汽温度温升速度，将再热蒸汽温升速度严格控制在2℃/min。

②改变原有的一级旁路操作方式。机组启动时，开大一级旁路，增大中压缸进汽量，提高中压缸温升速度，使中压缸温度与高压缸接近。

四、效果与总结

通过以上三个措施的实施，机组冷态啟动过程中中压缸的各部分金属壁温差有明显的缩小，原存在的温差超限问题全部得到解决。机组运行中还应做到定期检查汽缸保温完整性，机组负荷大幅变化时，严密监视缸温变化，并做好汽缸金属温差记录。如下图1所示。

通过针对性的原因分析和优化措施，取得了较好的成果，机组冷态启动过程中的中压缸各部分温差全部合格，启动过程中的中压胀差、#3与#4瓦的瓦振偏大问题也得到解决，可完全避免因汽缸温差大造成的变形、产生动静摩擦、造成汽轮机掉叶片及大轴弯曲等设备严重损坏事故的可能性，提高了机组稳定运行的可靠性。

参考文献

[1]沈士一、庆贺庆、康松、庞立云 汽轮机原理 中国电力出版社2004（5）

[2]杨世铭、陶文铨 传热学 高等教育出版社2003（8）