分析汽轮机旁路系统的布置设计

朱珠凤 李勇 徐俊峰

摘要：汽轮机旁路系统是大型机组常配的系统，在具体应用的时候具备停机不停炉、优化机组启动性能、带厂用电运行功能等。为了能够更好的发挥出汽轮机旁路系统在机组运行中的作用，文章就汽轮机旁路系统总体设计、系统容量选择、系统运行等问题进行探究，通过各个系统运行的优化来减少汽轮机旁路系统的运行故障。

关键词：汽轮机旁路系统;故障分析;系统容量选择;系统运行

0  引言

汽轮机旁路系统最早出现在和直流相关的。在以往，直流采用的是湿态过热器启动操作模式，会将过热器中安排充足的水资源，在这样状态下，湿态过热器过度到干态过热器往往只能够通过自动控制阀进行处理。在社会科技的发展支持下，随着湿态过热器到干态过热器的转变，在直流设计中也开始引入了再热器，由此，汽轮机高低压旁路系统应运而生。汽轮机旁路系统经过改进之后不仅能够缩短系统启动时间，而且还能节省能量，在实现和汽轮机独立运行的同时有效减少系统大修的调试时间，延长整个系统的使用寿命。

1  汽轮机旁路系统功能选择

1.1 优化系统启动和蒸汽参数

1.1.1 汽轮机旁路系统高压缸的启动方式

高压缸启动机组的汽机冲转进汽由高压调节汽门进行控制，在这样状态下中压主汽门和中压调节汽门会处于一種全开状态，不参与整个系统的调节工作。这样的机组设定要求旁路系统在汽机冲转之前及时退出运行，因为只有这样才能够有效减少大量高参数蒸汽进入到中压缸中，避免出现汽机转速不可控问题的发生。

1.1.2 中压缸启动方式

中压缸启动的机组是汽机旁路系统最为理想的配置机组，在这个机组的作用下能够优化机组启动特性，优化汽机冲转过程中的各项参数信息。在中压缸启动操作的时候，高压主机汽门和调节汽门会完全处于关闭的状态，仅仅由中压调节汽门来控制汽机的汽量进出。

1.2 停机不停炉功能的基本选择

容量的大小直接影响汽机旁路系统的功能实现，如果汽轮机旁路系统容量足够、燃煤稳定、燃煤发热量变化较小，机组在运行的时候不会受到外界因素较多的干扰。对于长时间承担基本负荷的机组，其热态启动次数一般不会受到电网调度的影响，仅仅会因为故障、热态启动次数发生相应的变化。

如果煤源不稳定、燃煤发热量变化较大、不投油最低稳定负荷较高，是否选择庞大的旁路系统容量成为相关人员需要思考和解决的问题。

1.3 带厂用电功能选择

整个汽机旁路系统的带厂用电功能只有在旁路系统容量和系统配置符合要求的情况下才能够实现。但是从实际运行情况来看，带厂用电运行是整个机组运行最糟糕的一种情况，在出现这种情况之后往往会对汽轮机的使用造成较大的损伤，由此还会降低汽轮机的使用寿命。另外，从实际使用情况来看，带厂用电功能能否在真正意义上实现不仅深受汽机旁路系统本身设计的影响，而且还会受到和铺筑设备可操作性的影响，因此，为了确保电网的稳定运行，需要相关人员结合电网结构来进行带厂用电的设计。

2  汽轮机旁路系统的设计问题

2.1 管道设计问题

在先进技术支持下的汽轮机旁路系统，其在功能上和国外机组情况基本类似，基本包括高压旁路控制阀门、低压旁路控制阀门、热力系统、管道设计等。从整个机组管道设计实际情况来看，旁路系统在运行的时候普遍存在低压旁路管道投运振动问题，在出现这一问题之后会出现导管断裂的问题，最终使得油箱系统着火。

在经过系统分析之后发现导致低压旁路管道发生振动的主要原因是低压旁路蒸汽控制阀门后面的管道较长，受投运前后压力的变化的影响，汽体和液体之间的对流相互作用，最终使得管道发生剧烈的振动。

在某一个机组运行的时候进行了如下的实验操作：在低压旁路管道处于较低温度状态的时候按照之前设计好的旁路投运控制逻辑优先打开喷水减温阀门，之后投入旁路控制阀门，这个时候管道会发生剧烈的振动。而如果在打开喷水减温阀门之间稍微打开蒸汽控制阀门，并将低压旁路控制阀门蒸汽温度提升到九十摄氏度，再打开喷水减温控制阀门就不会让管道出现振动。

2.2 控制阀门选取问题

旁路控制系统阀门的选择也深刻影响整个机组的运行情况，如果旁路控制系统出现阀门动作异常问题就会使得较多的冷气进入到高温机组中，最终使得机组转子出现弯曲、气缸发生变形。

以一个300MW的机组为例，其高低压旁路控制阀门基本采用的是双速电动门，在这个机组正常运行的时候旁路保护会进入到自动化状态，而在机组发生跳闸之后，整个旁路系统的高低压控制阀门就会在第一时间打开。不巧的是，在这个时候厂用电自动切换操作失败，柴油发电机启动失败，旁路控制阀门无法在第一时间关闭。

3  汽轮机旁路系统容量的选择

高压汽轮机组旁路系统容量一般包含额定参数规定下的旁路汽轮机额定压力和额定温度，低压汽轮机组旁路系统容量包含汽轮机前再热蒸汽额定压力和温度，整个旁路系统通流量和额定蒸发量比值代表整个机组旁路系统的基本容量设定情况。

从实际运行上来看，旁路系统容量一般会和机组结构、机组在电网中的运行方式存在关联。对于具备一定负荷的电阻，如果启动次数较少可以采取滑参数进行启动，而如果冲转压力较低、蒸发量较少，整个可以采用较小容量的旁路系统。

系统在热态启动之后可以通过提升冲转压力或者向空中少量排气来弥补压力缺失问题。而对于电网要求下的调峰机组运行，在不停炉状态下可以应用100%容量的旁路系统进行调控，并根据实际情况严格把控旁容量。

4  汽轮机旁路系统的运行

4.1 调整旁路控制阀门和喷水减温阀之间的联锁逻辑

从发展实际情况来看，旁路控制阀门和喷水减温阀之间的联锁逻辑在本质上是一种“水闭汽”，在喷水减温阀打不开的时候，旁路控制阀门也不能够打开。基于这种逻辑的控制模式会形成两相流的低压旁路系统，由此加剧两相流的形成，最终加剧了旁路管道的振动。

针对以上问题需要相关人员采取措施取消“水闭汽”，即在旁路系统稳定运行的时候打开旁路控制阀门和喷水减温阀门，并在系统运作的时候根据实際情况来控制旁路后的汽温，确保这个汽温不超过周围的旁路保护设定数值。

在机组跳闸旁路控制阀门快要打开的时候需要相关人员预警喷水减温阀的打开，之后根据旁路后汽温的变化来逐渐关闭阀门，并将阀门调整到适合的位置上，从而在低压旁路管道不被改动的情况下有效减少低压旁路管道的振动。

4.2 将低压旁路闭锁高压旁路控制逻辑转变为独立控制阀前压力

当前我国旁路控制逻辑为低压旁路闭锁高压旁路控制逻辑，在这一逻辑影响下如果低压旁路控制阀门没有打开，高压旁路控制阀门不能够立即打开。但是从实际操作情况来看，这种设计思想是不合理的，会在无形中加大整个汽轮机旁路系统的运行危险程度。为此，需要将低压旁路闭锁高压旁路控制逻辑转变为独立控制阀前压力，从而有效保护主汽系统不超压。

4.3 采取措施适当提升机组启动的冲车参数

在提升机组启动冲车参数之后尽早将这些参数信息投运到旁路系统、凝结水精准处理系统中，从而在调整启动汽温的同时提升汽轮机冲车的汽水品质。

5 ; 结束语

综上所述，从实际操作上来看，汽轮机旁路系统设计存在的各类问题将会直接影响到整个旁路系统的运行和功能的发挥，更无法发挥出汽轮机旁路系统在多个领域的应用作用。为此，在新的历史时期需要相关人员采取有效的措施调整和优化汽轮机旁路系统，根据社会适用要求改进低压旁路管道系统，增强整个系统运作的技术性和社会效益性。

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