300MW机组汽轮机中压缸温差控制对策

300MW机组汽轮机中压缸温差控制对策

李田

（望亭发电厂运行部汽机专业215155）

摘要：某电厂14号机组汽轮机为东方汽轮机厂制造的亚临界一次中间再热、四缸四排汽、单轴布置的冲动式凝汽式汽轮机。由于电厂热电联营，需增加3.0MPa、420℃的对外供热蒸汽，因此对14号机组进行改造，从锅炉再热器出口抽汽对外供热。14号机组在负荷低于230MW时，再热器出口蒸汽压力不能满足要求，通过增加中压调门开度调节功能，调整再热器出口蒸汽压力，满足供热要求。14号机组启动时由于中压缸上半汽缸保温潮湿，上半汽缸温度低于下半汽缸，上下汽缸温差大，中压缸变形，中压缸支撑轴承振动大。通过关小中压缸下半汽缸进汽调门，开大上半汽缸进汽调门，减小上下汽缸温差，使机组顺利冲转并网。

关键词：汽轮机；上下缸温差；中压调门

一、引言

汽轮机上下缸温差大将导致汽缸变形、叶片损坏、大轴弯曲等设备损坏事故的发生，因此在机组启停及运行中如何避免、应对汽轮机上下缸温差大，是必须解决的问题。

二、设备概述

某电厂14号机组汽轮机采用东方汽轮机厂制造的亚临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴布置、冲动式凝汽式汽轮机。高、中压缸为分缸结构，具有独立的高压缸和中压缸，低压缸为两只双流、双排汽的汽缸。

表格1汽轮机概况

高压缸为双层缸，从而减少承压和热应力。外缸由下缸中分面伸出的前后左右四个元宝形猫爪搭在轴承箱上，称为下猫爪中分面支承。内缸在高压进汽中心线处与外缸通过位键构成内外缸相对膨胀死点，通过内缸上半四个猫爪搭在外缸上。高压蒸汽室与内缸为装配式，高压进汽管与外缸用法兰连接。喷嘴室和喷嘴组由四段组成，分别与相应进汽口相连。

中压缸全部采用隔板套结构，同时设计成整体锥筒结构，并加厚汽缸壁，加高中分面法兰，从而提高汽缸刚度，并采用高窄法兰减小法兰与汽缸温差。中压缸也采用猫爪中分面支承。

低压缸为对称双流式，分为内缸和外缸。两只低压缸各有热膨胀死点，低压缸Ⅰ的死点在后端，低压缸Ⅱ的死点在前端，低压缸Ⅰ向前膨胀，低压缸Ⅱ向后膨胀。在中压缸排汽口与低压缸进汽口设有带膨胀的连通管。

图1汽轮机概貌

14号机组锅炉为上海锅炉厂有限公司生产的SG1025/16.86—M856型1025t/h亚临界压力控制循环锅炉，一次再热、单炉膛倒U型半露天布置、四角对冲正反切向燃烧、后烟井双烟道、再热蒸汽烟气档板调温、固态排渣、平衡通风、全钢架悬吊结构。锅炉主蒸汽分两路经过电动主闸门进入高压自动主汽门，并通过8个调节汽门至高压缸。蒸汽在高压缸内膨胀做功后经过排汽管进入锅炉再热器，再热后的蒸汽经过中压联合汽门，并通过4个调节汽门进入中压缸继续做功。在中压缸做功后的蒸汽进过低压导汽管进入低压缸，蒸汽膨胀做功后排入凝汽器凝结成水。

2016年由于全厂热电联营生产需要，对14号机组进行改造，增加两路对外抽汽供热：1、锅炉再热器出口抽汽；2、抽3抽汽。

三、机组异常状况

14号机组启动冲转采用主调门控制方式，冲转前汽机侧主蒸汽温度345℃、再热汽温度199℃，中压缸内壁上半汽缸温度77℃，内壁下半汽缸温度68℃，外壁上半汽缸温度74℃，外壁下半汽缸温度68℃，上下汽缸温差9℃。在汽轮机冲转至500r/min暖机过程中发现中压缸内壁上半汽缸温度98℃，内壁下半汽缸温度115℃，外壁上半汽缸温度92℃，外壁下半汽缸温度109℃，上下汽缸温差增大至17℃且下半汽缸比上半汽缸温度高。

随着时间推移，汽轮机中压缸上下汽缸温差逐渐增大，并且由于上下汽缸温差增大，中压缸轻微变形，中压缸前后支撑轴承振动也增大至120um并呈现上升趋势。

四、原因分析

设备正常情况下，在汽轮机冲转后，上下汽缸温差应该逐渐减小，最终上半汽缸温度比下半汽缸温度略高。

汽轮机下半汽缸温度比上半汽缸温度略低，原因主要有：

1.汽轮机下半汽缸重量大于上半汽缸，在相同热量下，下半汽缸温度比上半汽缸低；

2.下半汽缸布置有抽汽管道和疏水管道，散热面积大，散热快；

3.汽缸内热汽向上运动，经过汽缸金属壁冷却后凝结水流到下半汽缸，并在下半汽缸形成较厚的水膜，增加了蒸汽与壁面的传热热阻，使受热条件恶化。

分析14号机组启动后下半汽缸温度比上半汽缸温度高的原因：

1.由于各温度变化正常，并且机组振动上升，因此排除测温元件故障的可能；

2.检查中压缸主汽门、调门开度均正常，各级抽汽口温度变化正常，排除通流部分异常的可能；

3.现场检查中发现中压缸本体有热汽冒出，考虑到机组启动前中压缸开缸进行通流部分改造，上半汽缸保温刚刚恢复，因此判断为由于上半汽缸保温潮湿、水分蒸发吸热，造成上半汽缸温度比下半汽缸温度低。

五、应对措施

由于中压缸上半汽缸保温潮湿，水分蒸发吸热，造成中压缸上半汽缸温升速率低于下半汽缸，上下汽缸温差增大，中压缸轻微变形，中压缸支撑轴承振动增大，如果不采取措施继续暖机，在中压缸上半汽缸保温烘干、水分全部蒸发之前，中压缸上下汽缸温差可能继续增大，中压缸形变加大，支撑轴承振动大至跳闸值。并且此时汽轮机处于低速暖机状态，长时间碰磨可能造成汽轮机转子永久变形，造成不可恢复的设备损坏。如果机组脱扣，汽轮机不进汽，汽缸自然冷却，中压缸上下汽缸温差将逐渐减小，等待中压缸上半汽缸保温内水分自然蒸发后重新启动冲转，但这样等待时间长，影响机组并网时间。此时机组陷入汽轮机不冲转则中压缸保温潮湿、自然干燥时间长；汽轮机冲转则中压缸上下汽缸温差大、中压缸变形、前后支撑轴承振动大的矛盾中。

14号机组中压缸共设有2个联合汽门和4个调节汽门，中压缸2个联合汽门分别从A、B两侧进汽，每个联合汽门各配有两个调节汽门，从上半汽缸和下半汽缸进汽，结构如下：

图2中压缸调门布置简图

14号机组汽轮机冲转采用高中压缸联合启动方式，在冲转阶段高压缸调门采用单阀控制，中压缸4个调门均部分开启。14号机组改造前，从冲转直至并网加负荷汽轮机中压调门开度从0逐渐开至100%，并且4个调门开度保持一致，中压缸汽轮机进汽量无法调节。由于本次机组改造增加锅炉再热器出口蒸汽对外抽汽供热，以满足外界蒸汽3.0MPa、420℃的参数要求，而机组负荷在低于230MW时，再热器出口蒸汽压力不能满足要求，因此改造期间增加中压调门开度调节功能，在必要时通过关小中压调门提高再热器出口蒸汽压力。

由于中压缸存在上下缸温差，而中压缸进汽通过4个调门分别从A、B侧上下汽缸进汽，因此决定尝试调节中压调门开度，强制关小中压缸A、B侧下半汽缸进汽调门，此时为保持汽轮机转速，高压调门和中压缸A、B侧上半汽缸进汽调门自动开大。如此汽轮机中压缸上半汽缸进汽量比下半汽缸进汽量大，上半汽缸温升速率可能高于下半汽缸，从而缩小中压缸上下汽缸温差，消除保温潮湿对上下汽缸温度的影响。

通过调节中压调门开度，增加上半汽缸进汽量，减少下半汽缸进汽量，暖机6小时后中压缸内壁上半汽缸温度282℃，内壁下半汽缸温度286℃，外壁上半汽缸温度263℃，外壁下半汽缸温度267℃，上下缸温差恢复正常，中压缸支撑轴承振动也降低至50um，主机顺利冲转并网。

六、结论

机组启动过程中发现汽轮机上下汽缸温差增大，应及时分析原因。对于有多个调节汽门的汽轮机，可以调节各调门开度，使汽轮机不对称进汽，通过进汽量的变化控制汽缸温差，防止设备损坏，缩短暖机时间。

参考文献

[1]汽轮机上下缸温差的控制指标：王金明.中国设备工程.中国设备管理协会，1999年8月，43.

[2]汽轮机启停过程中上下缸温差增大的控制：梁振明，乔永成.中国电力.中国电机工程学会，2010年，31-33.

个人简介

李田29岁中国华电集团公司望亭发电厂运行部汽机专工助理。