难变形高温合金的燃气轮机停机后汽机缸温差大分析及处理

钟永康

（福建晋江天然气发电有限公司，福建 晋江 362251）

1 背景

福建晋江天然气发电有限公司采用燃气-蒸汽联合循环机组，每一套机组由1 台S109FA 型燃气轮机（美国通用电气公司（GE）生产）、1 台D10 型蒸汽轮机（汽轮机型号为#158，汽轮机高中压合缸，通流部分反向布置。低压缸为双流程向下排汽型式）、1 台390H 型发电机和1 台NG-109FA-R 型余热锅炉组成。该机组具有启停速度快、调峰能力强的特点，被电网用做调峰机组，采用早起晚停的两班制运行方式。近年来，#1 ～#4 机停机后汽机高中压缸温差均有超过50℃工况，发电部根据缸温差大情况也进行了各种运行方式调整及试验，检修也对汽机缸体保温棉进行了检查、修复及安装技术改进取得了很大的成效。本文主要从机组停运后汽机缸温差大的预防、处理以及保温棉修复前后参数进行对比分析。

2 存在问题

（1）3 月21 日对#1 机组保温棉进行修复，从修复前后观察中压进汽缸温差由处理前的最高58℃下降至28℃，达到了预期效果；但高压排汽缸温差由处理前最高35℃上涨至60℃；5 月3日重新复查保温棉，对比停运6h 高压排汽缸温差影响效果不明显。如表1。

表1 1-5#1 机组汽缸温差

（2）2 月底对#2 机组保温棉进行修复（2 月～3 月D 修对汽缸保温棉进行修复，4 月2 日对高中缸保温棉复查），从修复前后观察中压排汽缸温差由处理前的最高63℃变成66℃，未达到预期效果，但停机后最大缸温差的时间由15h →25h。

表2 #2 机组汽缸温差

（3）4 月21 日对#3 机组保温棉修复（更换新保温棉），从更换前后对比高压排汽缸、中压排汽缸停机温差，由处理前停运6h 缸温差36℃（最高值由56℃下降至49℃）下降至20℃，中压排汽缸由停运7h36℃下降至28℃，均取得一定效果。

3 机组停机缸温差大原因分析

（1）我厂汽轮机为无抽汽、无本体疏水式汽轮机，停机后汽轮机内剩余的蒸汽上升，凝结水下流使下缸受热条件发生变化，造成上下缸温差。

（2）在周围空间，运转层11m 平台以上的空气温度高于其下的温度，气流从下向上流动，造成上下缸冷却条件不同，使上缸的温度高于下缸。

表3 1 月～5 月#3 机组缸温差

（3）停机后汽缸内形成空气对流，且低速盘车无法充分扰动气流，温度高的空气聚集于汽缸上方而下汽缸内的空气温度低，从面使上下缸的冷却条件不同。

（4）由于汽机下缸保温效果不如上缸，汽缸为水平放置，在机组运行过程中振动影响以及保温棉自身重力作用下，会导致汽机下缸保温棉的贴合度不如上缸，下缸容易受冷。

（5）停机后高、中压通风阀未关闭或存在内漏情况、中压通风阀旁路处于开启状态，导致汽缸进冷气，造成汽机缸温差大。

（6）各汽缸进汽阀后疏水停机后均处于打开状态，停机后有冷汽冷水从管道返回汽缸，使下缸温度下降。

（7）轴封冷却器故障，轴加满水倒灌至汽机。

（8）停机后热井水位太高，连接在本扩、管扩上的各疏水管道内存有积水。

（9）缸体测点温度异常。

4 预防措施及处理

（1）热控定期检查校验热电偶测量是否正确。

（2）停机后核对热井水位是否正常，本扩温度是否正常，检查连接在本扩上的各疏水管道内是否有积水。检查高、中压通风阀是否关闭且关闭到位。

（3）环境温度缸温差影响较大，应减少厂房内对流通风。冬天关闭厂房所有门窗和汽机罩壳的舱门，保持#1（发电机顶上）、#6（透平间顶）屋顶风机运行（为预防危险气体泄漏必须开启此两台风机），保证厂房内不能形成空气流通。

（4）对高、中压进汽侧缸出现温差大于40℃时采取临时措施：在停机后，关闭CV 阀、再热主汽阀后疏水，但是为防止剩余在汽轮机的蒸汽凝结成水集聚在管道内，建议间歇性开启进行疏水，如果不间歇开启疏水反而会使缸温差继续增大。

（5）对于高、中压排汽侧出现缸温差大于40℃时采取临时措施：停机后，关闭低压主汽阀后疏水阀，防止冷空气倒流至汽机，同时需间歇性开启防止冷凝水聚集。

（6）机组启动前出现排汽缸温差大时，提前送轴封1h，盘车状态下观察缸温差下降情况，当温差下降至小于50℃，启动程序按规程规定执行，同时在清吹模式下停留观察机组振动与声音，运行正常后方可转Auto 模式（此方法对于进汽侧缸温差大不起作用）。

（7）机组在运行期间振动较大，下缸保温棉会随着启动时间和次数的增加慢慢脱离下缸体，建议对汽机高、中缸保温棉进行定期复查，消除机组停运后缸温差大带来的隐患。

5 技术改进

5.1 现有汽机缸体保温结构及方式技术缺陷

（1）现有汽缸保温最内层采用30mm 硅酸铝针刺毯（容重98kg/m3，然后依次包三层（50mm、100mm、120mm）成型保温块，每块四周均有联接挂钩，块与块之间用不锈钢丝相互联接，其中50mm 保温块外用耐热钢丝网成型，自重很大。

（2）由于机组调峰，启停机相当频繁，部分成型保温块联接挂钩有脱落或变形，使外层保温块无法与内层保温块贴实。

（3）基建期间因高中压缸解体消缺及汽机高中压缸螺栓断裂进行中心部位的局部螺栓更换工作，又使保温多次局部拆装和修复，缸体保温状况恶化。

针对现有技术的上述缺陷，技术人员召开多次会议，充分论证，最后决定对分批次对四台机组进行逐步改造现有技术的缺陷。

5.2 技术原理及性能指标

（1）拆除机组原有的汽机高中压缸保温，拆下的最外层保温妥善保管。

（2）取消原有的高中压缸外抓钉（长400mm），采用M10*290（304）的螺杆直接焊接在缸体预留的焊接螺栓上，保证保温钉6个/m2～8 个/m2。

（3）更换原有的保温材料，将保温材料容重由98kg/m3更换为128kg/m3硅酸铝针刺毯。

（4）上、下缸内层用硅酸铝针刺毯50mm 三层，每层用不锈钢钢丝绑扎，三层后铺设耐热不锈钢钢丝网（1.6*20*20）。

（5）上、下缸中层用硅酸铝针刺毯40mm 三层，每层用不锈钢钢丝绑扎，三层后铺设耐热不锈钢钢丝网（1.6*20*20）。

（6）上、下缸外层用硅酸铝针刺毯50mm 一层，外用涂抹两层复合硅酸盐隔热材料。

5.3 改进成果

2018 年7 月份首先在#2 机组汽机高中压缸上实施保温改进尝试，由处理前的停运缸温差最高56℃下降至32℃，下降24℃，达到了预期的目标。汽缸保温的改进在同类型电厂中属首创，改造成本低，有力地保障了F 级联合循环机组的调峰、频繁启停引起缸温差大问题。

单台机组项目改造投入资金约10 万元，四台机组总共投入约40 万元，未改造前准备时间需增加30min，期间主要增加的成本为循环水泵、真空泵电耗及启动锅炉天然气消耗量，循环水泵功率1120KW、真空泵功率110KW、启动锅炉天然气每小时消耗2700NM3/h、年均启动约150 次、天然气价格3.2NM3/元、电费0.5953 元/千瓦时，节能收益36 万元，计算过程：

电耗节约费用：（1120+110）*0.5*150*0.5953=5.5 万元。

节约天然气费用：2700*0.5*3*150=60.75 万元。

60.75+5.5-40=26.25 万元。

晋江气电改造机组汽机上下缸温差均达到了预期的效果，证明项目的改造是成熟且可靠，汽机高中压缸保温改进技术研究及改造适用于日启夜停的调峰机组，在F 级联合循环机组具有一定的推广意义。