汽轮机中压缸上下缸温差大问题原因探讨

汽轮机中压缸上下缸温差大问题原因探讨

程朝辉

程朝辉

（浙江大唐国际绍兴江滨热电有限责任公司312366）

[摘要]：M701F4型燃气—蒸汽联合循环发电机组，汽轮机运行中一直存在冷态启动过程中压缸上下缸金属温度较大，上缸温度高于下缸30-40℃的问题，在机组升负荷过程中需人为控制升降负荷使中压缸上下温差在规程42℃以内，从而使机组启动时间延长，本文探讨可能导致温差大的原因及处理方案，为同类型汽轮机类似问题提供经验与借鉴。

[关键词]：汽轮机中压缸上下缸温差大部套配合间隙间隙过大蒸汽泄露

概况简述

某燃气热电公司安装2台M701F4型燃气—蒸汽联合循环、热电联产发电机组，机组采用单轴一拖一布置。机组额定功率为452.07MW，汽轮机型号为TC2F‐35.4inch，型式为高压中间再热双缸双排汽凝汽式汽轮机，高中压缸合缸。

#1机组2013.03投产，运行中高中压缸中压缸部分上下温差正常，在2013.06月因余热锅炉侧大量小米粒状金属异物进入汽轮机导致隔板出汽边击瘪，进而导致主汽、再热超压进行高中压缸开缸检查后，运行中一直存在冷态启动过程中压缸上下缸金属温度较大，上缸温度高于下缸30-40℃的问题，在机组升负荷过程中需人为控制升降负荷使中压缸上下温差在规程42℃以内，从而使机组启动时间延长40min-60min，但机组热态启动高中压缸温差正常，为机组的冷态启动带来很大的困扰，同时大大降低了机组的热效率。

中压缸温差大异常事件发生后，通过与厂家反复沟通，本着先易后难的原则，确定的基本处理原则和方向为先检查高中压缸外部条件，在全部排查确认无问题后后再进行汽缸内部通流间隙及部套间隙的检查。

1.1校验中压缸上下缸金属测温热电偶及检查TCS画面所有通道是否正常。

1.2各方见证复装热电偶，确保测温孔内无异物，热电偶插至测温孔底部，记录相关数据和厂家图纸核对。

1.3检查高中压外缸疏水节流组件及疏水管，是否发生节流孔堵塞或管道疏水不畅。

1.4延迟高中压缸疏水阀关闭，暂时将当前高中压缸疏水阀的关闭条件：中压进气压力设定值从大于0.74MPa更改为1.36MPa，观察中压缸上下缸温差变化情况。

1.5检查下缸保温情况，有无存在空气夹层。

针对第一二条：在东汽厂厂家代表共同检查热电偶插入深度，详细比照图纸是否符合图纸要求，同时检查插孔底部是否是否存有异物，同时对中压缸上下热电偶，进行了校验。

针对第三条：机组冷态启动前将三根疏水管上的节流组件4.6mm节流孔切下检查清洁度及堵塞情况，三个节流组件清洁无堵塞，同时使用内窥镜检查了节流组件的上下游疏水管道，清洁畅通（高中压下缸的热电偶所在位为中压缸第一级、第二级隔板套中间底部，和第一根疏水管较近，第二根疏水管位为中压缸第二级、第三级隔板套中间底部，第三根疏水管位为中压缸第三级隔板套后中间底部（排汽道），第四根疏水管位为排汽侧中间底部）。

针对第四条：延迟高中压缸疏水阀关闭时间，暂时将当前高中压缸疏水阀的关闭条件：中压进气压力设定值从大于0.74MPa更改为1.36MPa，观察中压缸上下缸温差无改善。

针对第五条：对汽缸原有的保温进行拆除、检查、尤其是检查下缸保温是否密实、是否存在保温整体下垂与下缸体有空气夹层，保温恢复后观察中压缸上下缸温差无改善。

#1机组中压缸上下缸温差大异常事件利用机组停机时间经过上述多次排查、多次机组启动试验，中压缸温差大无明显改善，由厂方、业主方组成的专业会认为可能导致温差大的外部原因已经完全排除，会议指向高压缸内部通流部套可能存在部件损坏、通流间隙或缸体与隔板套配合间隙不合格导致汽流短路，进而影响上下缸温差，针对此问题，决定进行#1机组高中压缸开缸检查、查找问题原因。

高中压缸开缸检查的实施

2015年1月，对汽轮机实施了开缸检查，在高中压外缸揭开缸后通过上缸的试扣对中压缸#1、#2、#3隔板套与缸体的凹凸配合面进行了涂红丹粉接触检查，检查发现高中压外缸中压缸与#1隔板套凹凸配合密封面存在间隙过大情况，3个部位，最大间隙0.7mm，间隙弧度长度100-260mm不等。

按厂家设计要求，中压缸#1、#2、#3隔板套与缸体的凹凸配合间隙（轴向间隙）为0.20±0.05mm，且在进气侧紧密贴死，间隙为零，0.20mm膨胀间隙留在凹凸配合间隙出汽侧。高压缸排汽中的一小部分蒸汽作为冷却高压缸外缸与内缸的夹层蒸汽，其冷却蒸汽通过高压内缸与外缸凹凸配合处10-Φ6轴向孔洞流入中压缸进气室罩壳外部腔室，在这里通过中压缸进气室罩壳外部腔室12-Φ10径向的小孔回流进中压进气室，和中压主蒸汽汇合进入中压缸作功（见下图）。

根据上述测量数据判断，高压缸夹层冷却蒸汽到达中压缸进气室罩壳外部腔室时，由于中压缸与#1隔板套凹凸配合密封面存在多个部位间隙过大超标情况，造成冷却蒸汽从有间隙弧段位置泄漏至高中压外缸和#1隔板套形成的夹层位置，此处的位置正好是中压缸外缸上部温度测点位置，进而造成中压缸上半壁温升高，从而上半壁温高于下半壁温，温差过大。

同时，从该型汽轮机的结构分析，如果中压缸#1隔板套组件#1#2#3隔板汽封及围带汽封顶部间隙超标同样可能导致中压缸外缸上缸温度高于下缸温度过大，为了慎重起见，进一步吊开高压内缸上缸、中压进汽罩壳对中压缸#1隔板套组件#1#2#3隔板套的隔板汽封及围带汽封左右间隙、顶部间隙进行了复测，未发现数据超标。

高中压缸漏汽流向及汽缸与隔板套配合间隙图

造成隔板套与隔板出现间隙的原因分析

制造厂设计中压缸#1、#2、#3隔板套与缸体的凹凸配合间隙（轴向间隙）为0.20±0.05mm，且在进气侧紧密贴死，间隙为零，0.20mm膨胀间隙留在凹凸配合间隙出汽侧。按设计要求，在蒸汽流动的方向上游汽缸与隔板套紧密接触，间隙为零，在出汽侧汽缸与隔板套轴向膨胀间隙为0.20mm，在检修单位第一次因高中压系统超压而进行的高中压缸开缸检查时，检修单位在试扣高中压上缸时，出现高中压上缸与隔板套凹凸配合面结合部位的卡涩、拉毛，在吊开高中压缸进行修复时，检修单位未能充分认识到接合面部位间隙大导致的严重后果，片面的认为高中压上缸与隔板套凹凸配合面间隙稍大有利于高中压缸的扣缸工作顺利进行，故间隙修复未能得到有效的控制及再次的检查测量，导致高中压上缸与隔板套凹凸配合面紧密接触的部位出现连续区间的间隙，进而导致蒸汽的泄露，造成中压缸外缸上下温差大。

结论

该燃气电厂为调峰机组，机组白天启动运行，夜间停止运行，年等效运行小时2000小时，在请示电网后利用春节负荷较低时间段对#1机组高中压缸开缸检查，揭缸检查整体历时半个月，此次揭缸检查验证了关于温差大的初步原因判断，即高压缸内部通流部套可能存在部件损坏、通流间隙或隔板与缸体配合间隙不合格导致汽流短路，进而影响上下缸温差。机组在2015年2月检修完毕机组投入运行，启动运行中机组中压缸上下温差恢复正常、缺陷消除。

参考文献：

[1]东方汽轮机有限公司TC2F-35.4汽轮机图纸.