200MW汽轮机夹层、法兰加热装置运行应用及优化

何源煌

摘  要：汽轮机高压缸设置汽缸夹层及法兰加热装置是为缩短机组启动时间、减小汽机内外缸、上下缸温差、高压缸差胀以及停机时使汽缸温度降至最低。夹层和法兰加热装置在机组启停以及运行中具有较大的作用，但也要运用适当。而茂名热电厂200MW机组投入运行以来，机组存在启动时间比厂家给出的参考启动时间长，且在滑参数停机时高压内缸温度比主汽温度高30～40℃左右。为此，文章主要阐述茂名热电厂200MW机组在经过了多次启停过程中投退夹层及法兰加热装置的操作步骤进行分析和总结，不断完善操作方法，大大缩短了机组启动时间及停机时使高压缸的缸温更接近主蒸汽温度或比主汽温度低，并对容易发生的运行异常进行了分析。对同类型机组汽缸夹层及法兰加热装置运行有一定的指导意义。

关键词：汽轮机;夹层法兰加热;运行;应用;优化

中图分类号：TK263         文献标志码：A         文章编号：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

茂名臻能熱电有限公司200MW机组是哈尔滨汽轮机厂生产型号为CC159/N200-12.7/535/535型的超高压一次中间再热双抽三缸双排汽凝汽式汽轮机组，高压缸设置有汽缸夹层及法兰加热装置，加热装置汽源有启动汽源和停机汽源，启动汽源从主蒸汽供，停机汽源从再热冷段供，高压内缸在第五级设有挡汽板，主蒸汽导管连接处漏汽排至第十级做功。

2 夹层及法兰加热的系统布置和加热原理

汽轮机高压缸本体为双层缸，共有12级，一个调节级和11个压力级，调节级的喷嘴装于喷嘴室内，为减少内外缸温度梯度，在内缸第五级处采用挡汽板。夹层和导汽管漏汽排到高压第九级后同抽汽一起排至#3高加。高压外缸两侧设有法兰螺栓加热装置，高压内外缸上下半部分设置有夹层加热进汽口，从夹层加热联箱来的蒸汽通过三个阀门分别进入上下高压汽缸夹进汽口对高压内外缸胀差和温度及时进行控制;高压外缸左右设有上下法兰加热进汽管对高压外缸法兰各外缸左右螺栓进行加热及冷却，左右螺栓加热有二个阀门控制进汽量使螺栓温度始终低于法兰的金属温度。如图1所示。

由图1可以看出，夹层启动加热的蒸汽流程为：来自主蒸汽的夹层加热蒸汽在联箱中稳压和调整后，从高压外缸上下半部分设置的夹层加热进汽口（下缸二个进汽口），进入外缸和内缸之间的夹层，蒸汽通过挡汽环（第五级）外沿的环形间隙进入第九级同第一段抽汽相通，可经进入#3高加或流向高压缸排汽;由图1可知夹层停机冷却蒸汽来自第九级抽汽，冷却蒸汽经汽缸夹层冷却内外缸后的蒸汽排至冷再，其蒸汽流程同加熱流程刚好相反。

这样的系统布置具有以下优点：

（1）顺利实现用蒸汽对汽缸高压外缸内壁和内缸外壁的加热，控制汽缸的合适温差。

（2）在机组停机时可实现抽汽冷却汽缸夹层，达到在停机时冷却汽缸。

（3）使加热蒸汽与第五级后的蒸汽相隔离，加热后的蒸汽排入高压第九级，对夹层加热的蒸汽压力要求降低，可加大加热蒸汽量。

（4）加热汽源取自主蒸汽和第九级的抽汽，尽量实现转子温度与汽缸温度的匹配。

3 夹层法兰加热装置运行存在问题分析及优化运行

高压缸夹层及法兰加热系统的投入应根据高压缸胀差、高压外缸内壁和内缸外壁的温差及高压缸温度情况决定胀差在允许范围进行投退，根据厂家和同类机组电厂的运行规程中对高压缸夹层及法兰加热系统的操作规定没有详细和具体的列出，因此在投退的实际操作中的效果都有差异。

茂名臻能热电有限公司200MW汽轮机组在投入运行初期，由于对高压缸夹层及法兰加热系统的操作详细的规定，在机组启动和停运中存在如下问题：（1）启动过程高压缸差胀报警，影响机组启动加负荷速度，机组启动时间长。（2）高压缸内缸和外缸温差偏大。（3）高压外缸法兰和缸温不匹配。（4）停机时内缸温度较高，延长机组盘车时间。

经过几次机组的启停，对上述存在的问题进行了分析和总结如下：（1）由于机组在加负荷过程中，第一段的抽汽压力不断升高，而夹层的进汽压力维持不变，因此夹层加热的蒸汽量减少，造成高压缸内外缸温差大。而法兰加热要同高压外缸的缸温匹配，造成法兰加热滞后。因此最终使转子的膨胀大于汽缸的膨胀而产生高压缸差胀报警（大于4.5mm）。（2）由于停机开始时不投入夹层和法兰加热系统，停机时没有投入冷再蒸汽而是投入主蒸汽汽源，因此造成停机时高压缸温度偏高（投入冷再停机蒸汽是高压缸第九级蒸汽流向冷再蒸汽管）。

根据以上分析，并根据实际运行经验，在操作和运行中做了如下的优化：（1）启动时，夹层加热系统应在内外缸温差达到一定程度时投入，夹层投入后法兰加热也要投入运行，二者都控制在温差10～20℃投入最为合适。如果投入过早，可能导致外缸加热充分甚至超过内缸，出现负温差。投入过晚，可能使温差增大导致暖机时间过长和发生危险。特别应注意在热态启动时选择好投入的时机。（2）投入后注意监视夹层加热联箱的压力始终高于第一段抽汽压力0.6Mpa以上，因为夹层加热的蒸汽最后第一段抽汽室，保持两者压差合适最为重要，过高可能使加热蒸汽流量过大，导致加热剧烈或温升率不容易控制，过低导致加热效果不理想。（3）投入时夹层和法兰联箱温度与高压外缸内壁温度（法兰内壁温度）至少有25～50℃的温差，保持合适的温差使加热充分均匀，防止加热过剧或加热不够。（4）暖夹层和法兰联箱时要充分疏水，联箱的疏水门在暖箱时要保持全开，夹层联箱还应进行倒暖，疏水要干净、充分，严禁有冷水或低温蒸汽进入汽缸发生水冲击造成恶性事故。（5）夹层和法兰加热系统退出时，不能仅根据胀差决定。还要密切注意缸胀是否达到或接近机组正常运行时的缸胀数值，200MW汽轮机的缸胀在正常运行时保持33mm左右，一般应在运行中，缸胀合适，胀差应在4.5mm以下，高压外缸下半外壁金属温度达到400℃以上，稳定至少15-20分钟后才能退出夹层加热，以防止汽缸温度加热不均匀和局部过热的情况，导致退出后温度变化。（6）在滑参数停机过程中，应启用冷再热蒸汽冷却这路加热系统，合理利用汽缸夹层及法兰加热装置进行机组的冷却以便达到停机后的理想的较低缸温。（7）汽缸夹层及法兰加热投入时，应控制汽缸和法兰金属的温升率或温降率小于每分钟1.5℃，始终保持缸温度≥法兰温度≥螺栓温度这一规律，二者温差不能超过30℃，这样才能保证汽缸金属温度均匀变化，避免局部过热或过冷。

4 汽缸夹层加热的一些典型异常分析及处理方法

在汽缸夹层加热的投退和运行中，也经常出现一些问题和异常，归纳总结了经常遇到或可能出现的几个典型异常问题，分析并与实际经验结合提出加以解决方法及建议。

（1）汽缸夹层加热在刚投入后短时间内，汽缸金属温度出现反向降低，这在温态和热态启动时最为明显。这是可能因为联箱没有充分暖箱、联箱温度没有达到与缸温相匹配的温度。即使联箱温度与缸温有足够的温差，在联箱出汽门后到汽缸这一长段管道中也存有温度较低的冷空气，引起汽缸温度暂时降低。当遇到这个问题时，应进行倒暖，先关联箱进汽门，再开启动夹层进汽门进行倒暖，稳定一段时间后，再进行联箱下暖，这种缸温降低的现象会自行消失。（2）启动时投入汽缸夹层加热后，加热效果不明显，缸温不上升或上升缓慢。这种现象一般是由于联箱压力过低或联箱蒸汽温度与缸温差过小所致。联箱压力较低，小于或略大于高压排汽压力，使夹层加热蒸汽不能流动或流动缓慢，气流量过小，不能对汽缸有效加热，这个问题只需调整联箱压力到合适值就可解决。当联箱温度与缸温差过小时，应适当开大联箱疏水来提高加热蒸汽温度。（3）机组启动后期，刚退出汽缸夹层加热时，出现胀差急剧增大的问题。引起这种异常的原因最可能是退出时缸胀没有达到合适的数值，或在此参数下稳定时间不够。在保证高压外缸下半外壁金属温度达到400℃以上时退出加热，若出现胀差急剧增大的现象，应先检查缸胀合适后，使机组在当时状态参数下稳定15-25分钟，机组就会恢复正常，绝不能立即将已退出的夹层加热重新投入，否则在联箱中产生的冷气或冷水进入汽轮机内造成汽缸急剧冷却，甚至发生严重的水冲击事故。（4）在滑参数启动和停机的过程中，缸温上升或下降不均匀，出现陡升或陡降的现象，这个问题可能是运行人员疏于调整，没有将联箱压力和高压排汽压力保持在合适的差值，使夹层加热蒸汽流量忽大或忽小，使加热和冷却不均匀。（5）在做汽轮机超速试验或机组在启、停时出现故障需停机时，必须首先退出汽缸夹层加热，否则使汽缸夹层加热的蒸汽在停机后进入汽轮机，引起转子弯曲，或超速试验跳机后不能迅速降低转速，造成更大的事故。

5 结束语

通过上述对200MW机组汽缸夹层加热及法兰螺栓加装装置存在问题分析及优化运行方式等，机组在启停过程中的加减负荷中比以往没有优化过和运行方式都好，缩短了机组的启动时间，停机的缸温比以往低，使机组盘车的时间缩短，并对机组控制缸胀和胀差起到积极的作用，大大提高机组在启停过程的安全性，值得同类型机组借鉴。

参考文献：

[1]郑国强.（200MW）汽轮机运行规程（2015）版[S].