汽轮机上下缸温差大原因分析及对策

张俊宏

（江苏华电昆山热电有限公司，江苏 苏州 215333）

某公司装配两套由哈尔滨电气引进美国GE 技术生产的F 级燃气-蒸汽联合循环机组，采用分轴布置，整套联合循环发电机组由一台PG9371FB 燃气轮机、一台哈电配套蒸汽轮机、两台发电机和一台余热锅炉及相关设备组成。两套联合循环机组自投入商业运行以来，参与启停调峰时，多次发生汽轮机冲转过程中振动大导致手动打闸的异常工况。为了让汽轮机满足燃气-蒸汽轮机联合循环快速启停调峰的要求，在保证安全的基础上，通过查找汽轮机停机后上下缸温差大的原因并设法分析解决，减少中速暖机的时间。一方面，可以减少燃机低负荷停留时间，对燃烧室等部件起到保护作用，降低NOX 排放，达到环保的要求；另一方面，可以降低启动过程中天然气用量及厂用电量，减少余热锅炉启动排气阀和汽轮机旁路开启时间，节约工质，降低汽水损失率，提质增效。

1 汽轮机设备简介

汽轮机为哈电配套LC112/N156-11.20/3.42/1.50型三压、再热、两缸、冲动、抽凝式，高中压合缸，通流部分反向布置，高压缸有8 个压力级，中压缸有10个压力级，进入中压汽缸的蒸汽做功后，与从余热锅炉来的低压补汽混合，从中压缸上部排汽口排出，经中低压连通管，分别进入低压缸内缸。低压缸为对称双分流结构，蒸汽从通流部分的中部流入，经过正反向各6 级压力级作功后，排入安装在低压缸下部的凝汽器，同时，机组带两级抽汽，其中第一级抽汽位于高排，为非调整抽汽，第二级抽汽位于中压缸第5 级后，为可调整抽汽（用转动隔板控制），用于对外供热。汽轮机无回热系统。

2 异常情况

该公司参与保护的上下缸温度共有5 对，分别是高中压内缸进汽区上下温度、高中压外缸高压进汽区上下温度、高中压外缸高压排汽区上下温度、高中压外缸中压进汽区上下温度、中压外缸排汽区上下温度，温度测点布置在内外缸，测量内外缸内壁的温度。

该公司停机后采取措施，关闭汽轮机各路汽源（高压主蒸汽、再热蒸汽、低压补汽、中低压供热等），并在破坏真空前关闭所有汽缸本体疏水，转速到零停止轴封供汽，维持盘车连续运行。在汽轮机停机后发现，25h 左右上下缸温差大至65℃以上，超过汽轮机防进水保护定值55℃，尤其是高中压外缸高压排汽区、高中压外缸高压进汽区和高中压外缸中压进汽区最为明显。

当汽轮机启动时，需要满足无保护动作条件，因此，启动前需退出汽轮机防进水保护（上下缸温差保护），并且启动过程中（即使是热态启动），由于上下缸温差较大，机组过临界振动常常超过跳闸值，不仅容易导致汽缸发生变形，造成动静摩擦使得主轴弯曲，严重时，还会损坏汽轮机，并对电网造成严重影响。前期为了避免汽轮机冲转过程中振动大，采取开启汽缸夹层加热，延长中速暖机时间，一般为80 分钟左右，但此临时措施严重影响机组启动时间，远远达不到燃气-蒸汽轮机联合循环快速启停调峰的要求，增大燃气轮机和余热锅炉的能耗，增加电厂运行的成本。

3 原因分析与处理措施

3.1 初步分析可能原因

汽轮机停机后，上下缸温差大的影响因素有很多，经查阅资料、讨论总结并结合该公司实际情况，初步分析该公司汽轮机停机后，上下缸温差大的影响因素主要如下几个方面。

（1）与汽轮机本体相连接的阀门存在内漏，如高压联合汽门、中压联合汽门、夹层加热电动门、高排逆止门、高排通风阀及本体疏水等，导致停机后闷缸效果不理想，造成热气或冷气对局部产生影响，使汽轮机上下缸温差增大。

（2）汽轮机本体疏水不充分，或者疏水点位置设计不合理，不能将汽轮机内凝结水有效排出，蒸汽上升而凝结水下流，导致上缸温度高于下缸温度。

（3）保温不严密或不符合要求，下缸保温不如上缸那样易于严密。高中压合缸的下缸由于抽汽管、疏水管布置多，增加了缸壁的散热面积，又因汽缸下部基本成一个竖井状，形成了热对流，使冷空气不断进入汽缸下部，冷空气吸热上升，外面的冷空气又不断补充，增加了下部缸体的散热损失。由于热蒸汽密度小向上聚集，冷蒸汽密度大向下聚集，因此，上缸温度大于下缸温度，停机后，若汽轮机本体保温不合格，上下缸温度下降速度变快，温差将逐渐增大。

3.2 查找具体原因并处理

运行中，对夹层加热电动门、高排通风阀等阀后温度进行测量发现，存在轻微内漏。该汽轮机各疏水管道均接至疏水扩容器各疏水集管上，各集管均有温度测点，便于查找和分析是否内漏。停机后，重新对汽轮机本体相关阀门进行解体检修、阀芯研磨、行程校验，保证其严密性良好，主汽门和调门进行严密性试验结果合格。但检修后开机仍未能有效解决，运行中各疏水集管温度均在50℃以下，不内漏。因此分析阀门内漏对缸温差有影响，但不是最主要的因素。

调试期间，冲转过程中，汽轮机上下缸温差大，导致冲转过程中振动大于跳机值254um，多方查找，未找出根本原因。调阅缸温曲线发现，冲转前30 分钟开启本体疏水后，上下缸温差明显变大，因此怀疑各部位疏水不充分或位置不合理导致汽轮机上下缸温差增大，在未能有效解决前，运行规定汽轮机冲转前5 ～10 分钟开启汽缸本体疏水，对汽缸本体进行充分疏水的同时降低本体疏水开启后对缸温差增大的影响，且中速1800rpm 左右开启汽缸夹层加热进行暖机使上下缸温差降至50℃以下后再升速，严重时暖机时间长达80 分钟，执行此临时措施后，未再出现冲转过程中振动超过跳机值254um，最大约130um。因此，本体疏水对缸温差也有一部分影响，但停机后，仍然会短时间出现较大缸温差，且仍不能满足快速启停要求。

投产后，该公司一直处于在运状态，期间，该公司分别对两套联合循环机组进行大修，大修中对汽轮机本体疏水进行检查，各疏水点位置符合要求，且各疏水管道内无杂物堵塞，排除了疏水不充分和位置不合理的影响。

在机组运行期间，测量高中压下缸保温区域的温度约在100 ～200℃，远远高于国家规定的控制在50℃的范围，判断为保温层保温效果下降。查阅历史数据，分析几次停机后温度随时间的变化趋势，发现在停机后25h 内，温度下降率都在2℃/h 左右。因此，可以初步判断该公司停机后上下缸温差大，主要是由保温效果下降引起的。

在机组大修期间，选用硅酸铝耐火纤维毡材料按照要求对汽轮机本体的保温进行了彻底更换，大修后启动发现，汽轮机上下缸缸温差明显变小，临界振动约80um，而且停机后保温效果良好，最大上下缸温差一般出现在高中压外缸高压排汽区约28℃，因此，可以确定保温不严密或保温不符合要求是造成该公司产生上下缸缸温差的主要原因。

4 结语

在汽轮机启动、运行或停机过程中，过大的上下缸温差或内外壁温差可能导致汽缸变形，引起汽轮机动静部分碰磨，诱发汽轮机振动甚至造成叶片断裂、大轴永久性弯曲等严重后果。上下缸温差的产生一般是由于汽缸的保温不良、疏水倒串和汽缸进水、进冷气等因素引起的。本文通过收集数据、查阅历史曲线，从汽轮机本体结构和运行操作等多角度入手，查找分析原因并解决以减小上下缸温差，最终成功缩短机组启动时间，降低了启动过程的厂用电量及启动气耗，为公司今后经济运行奠定了坚实基础。