汽輪機(jī)停機(jī)后高壓缸上下缸溫差大的原因分析

1、汽輪機(jī)高壓缸上、下缸溫差大的原因分析及處理措施（廣州市旺隆熱電有限公司，廣東 廣州 511340511340）摘要：針對廣州市旺隆熱電有限公司兩臺 N110/C68-8.83/0.981N110/C68-8.83/0.981 汽輪機(jī)開機(jī)過程和停機(jī) 后高壓缸上、下缸溫差大的現(xiàn)象，詳細(xì)分析造成此現(xiàn)象的原因，在機(jī)組檢修和開、停機(jī)過程 中采取有針對性的處理措施，控制高壓缸上、下缸溫差。廣州市旺隆熱電有限公司（以下簡稱旺隆公司）兩臺汽輪機(jī)為哈汽生產(chǎn)的N110/C68-8.83/0.981N110/C68-8.83/0.981 雙缸、單軸、沖動式、單抽、凝汽式汽輪機(jī)，分別于 20052005 年 9 9

2、月和 1010 月投入運(yùn)行。白投產(chǎn)后兩臺汽輪機(jī)多次在開機(jī)過程和停機(jī)后出現(xiàn)高 壓缸上、下缸溫差大的現(xiàn)象，特別是當(dāng)機(jī)組故障停機(jī)后三小時內(nèi)汽輪機(jī)高壓缸 上、下缸溫差就超過 5050 C,C,致使機(jī)組無法快速恢復(fù)運(yùn)行。1.1. 旺隆公司汽輪機(jī)高壓缸上、下缸溫差大現(xiàn)象1.11.1 20062006 年 1212 月 2424 日 1 1 點(diǎn) 3131 分，# 2 2 機(jī)保護(hù)動作機(jī)組掉閘，機(jī)組停運(yùn)后在 3 3 點(diǎn) 3030 分時左右汽缸溫差已擴(kuò)大到 50C,50C,機(jī)組停定后 3 3 小時內(nèi)，下缸溫度降幅1010 C C /h/h 以上。1.21.2 20082008 年 5 5 月 8 8 日 1515

3、 點(diǎn) 3535 分，# 1 1 機(jī)保護(hù)動作機(jī)組掉閘，掉閘前汽機(jī)上缸內(nèi) 壁溫度502.6C,502.6C,下缸內(nèi)壁溫度 498.5C498.5C。1717 點(diǎn) 3434 分上缸內(nèi)壁溫度降至 477.4C477.4C , , 下缸內(nèi)壁溫度降至4264C,4264C,上下缸溫差 51C,51C,機(jī)組停定后 3 3 小時內(nèi)，下缸溫度 降幅 10C/h10C/h 以上。1.31.3 通過收集 20092009 年兩臺機(jī)滑參數(shù)停機(jī)后缸溫數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，機(jī)組停定 8 8 小時后兩 臺機(jī)上、下缸溫差均會超過 50C,50C,機(jī)組停定后 3 3 小時內(nèi)，下缸溫度降幅 10C10C /h/h以上 1.41.4 2006

4、2006 年至 20092009 年期間，機(jī)組熱態(tài)開機(jī)過程中有數(shù)次高壓缸上、下缸溫差超 過5050 C C , ,機(jī)組被迫打閘停機(jī)。2.2. 缸溫差大的影響和危害當(dāng)出現(xiàn)缸溫差時，轉(zhuǎn)子偏心會出現(xiàn)一定程度的變化。當(dāng)出現(xiàn)較大偏心尤其 異常性反彈時，可能會發(fā)生缸體內(nèi)部的動靜部分摩擦，摩擦處產(chǎn)生熱量溫度升 高，動靜部分間隙進(jìn)一步減小，碰磨加劇，給機(jī)組帶來嚴(yán)重?fù)p害。另外，當(dāng)缸溫差較大時，缸體將發(fā)生“貓拱背”變形，輕則破壞汽機(jī)結(jié)合 面的嚴(yán)密性，導(dǎo)致漏汽，重則致使動、靜部分間隙變小，導(dǎo)致動靜摩擦，另外 缸體變形會使軸承中心發(fā)生變化，使機(jī)組發(fā)生劇烈振動。因缸溫差大會對汽輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重危害，一般來講，運(yùn)行規(guī)程

5、規(guī)定機(jī) 組啟動前當(dāng)上、下缸溫差超過 5050 C C 時機(jī)組不得啟動，機(jī)組啟動過程中上、下缸 溫差超過 5050 C C 應(yīng)打閘停機(jī)，如機(jī)組啟動過程中或熱態(tài)停機(jī)后缸溫差超標(biāo)，則機(jī) 組將被迫停機(jī)或延遲啟動，特別是熱態(tài)停機(jī)后如缸溫差超標(biāo)，通常只得等缸溫 下降至冷態(tài)水平上、下缸溫差才降低到50C50C 以下，延誤時間至少 3 3 天以上，給 電廠帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。3.3. 旺隆公司汽輪機(jī)高壓缸缸溫差大形成的原因分析3.13.1 熱態(tài)開機(jī)缸溫差大原因分析汽輪機(jī)在啟動初期蒸汽在汽缸內(nèi)壁凝結(jié)放熱，凝結(jié)水在重力作用下沿汽缸 內(nèi)壁向下流動，在下缸形成水膜，影響下缸傳熱，造成下缸溫升比上缸慢，因 此在機(jī)組啟動

6、初期會出現(xiàn)上缸溫度高于下缸，且差值迅速增大。但是在機(jī)組帶 上一定的負(fù)荷之后，汽缸內(nèi)壁已有較高的溫度，蒸汽凝結(jié)放熱過程逐漸結(jié)束，且由于此時機(jī)組進(jìn)汽量明顯增加，汽缸內(nèi)蒸汽流量增大，沖刷及卷帶作用顯著 加強(qiáng)，水膜不易形成，下缸傳熱相對加強(qiáng)，同時隨著高、低壓加熱器隨機(jī)投入，各抽汽口起到很大的導(dǎo)流作用，加速了汽缸下部的傳熱，下缸溫升會高于上缸，所以機(jī)組啟動到一定階段時下缸溫度會逐漸超過上缸，且差值不斷增大。從旺 隆公司 20062006 年20092009 年間兩臺機(jī)組歷次正常開機(jī)過程中搜集到的缸溫數(shù)據(jù)來看， 啟動初期上缸溫度最局比下缸溫度局 2020 C C 左右，并網(wǎng)后暖機(jī)過程中下缸溫度最 高比上缸

7、高 2525C C 左右， 這說明開機(jī)過程中出現(xiàn)缸溫差超過 5050C C 的現(xiàn)象應(yīng)有其他 異常原因。通過查看 DCSDCS 歷史曲線和報警歷史發(fā)現(xiàn)這幾次開機(jī)過程中運(yùn)行人員 在機(jī)組掛閘、開啟白動主汽門和中調(diào)門（該型汽輪機(jī)中調(diào)門在白動主汽門全開 后白動開啟）準(zhǔn)備沖轉(zhuǎn)時發(fā)現(xiàn)中調(diào)門大幅擺動，根據(jù)以往操作經(jīng)驗(yàn)來看中調(diào)門 大幅擺動原因?yàn)橹袎河蛣訖C(jī)油室內(nèi)積存空氣， 運(yùn)行人員解決方法為沖轉(zhuǎn)前一小 時啟動高壓油泵趕空氣或是在中調(diào)門出現(xiàn)擺動后打閘，然后重新掛閘后再次開 啟白動主汽門和中調(diào)門，擺動即可消失。在這幾次開機(jī)過程中運(yùn)行人員均采用 打閘后重新掛閘的方法解決中調(diào)門擺動問題，通過查看缸溫歷史曲線發(fā)現(xiàn)在打 閘至

8、重新掛閘這段時間調(diào)節(jié)級汽溫和下缸內(nèi)壁溫度出現(xiàn) 3030C C 以上的大幅異常降低，可以斷定這段時間汽缸進(jìn)入冷水或冷汽。查看 DCSDCS 內(nèi)汽缸電動疏水門操作 記錄發(fā)現(xiàn)高壓缸各疏水門并未開啟，從汽缸疏水管倒入冷水或冷汽這一原因可 以排除，進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)從掛閘到打閘再到重新掛閘這個階段導(dǎo)汽管和調(diào)速汽 門座電動疏水門處于開啟狀態(tài)，那么問題是否出在導(dǎo)汽管和調(diào)速汽門座疏水上 呢？ 20102010 年 3 3 月份#2#2 機(jī)開機(jī)時做實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沖轉(zhuǎn)前當(dāng)白動主汽門未開啟時開啟導(dǎo) 汽管或調(diào)速汽門電動疏水門后調(diào)速級汽溫和下缸內(nèi)壁溫度（實(shí)驗(yàn)前下缸內(nèi)壁溫 度 120C120C）即開始下降，降幅較快，關(guān)閉疏水門后調(diào)

9、速級汽溫和下缸內(nèi)壁溫度便可穩(wěn)定住。分析認(rèn)為，因主蒸汽管和 A A、B B 電動主汽門前疏水及高旁疏水與導(dǎo)汽 管和調(diào)速汽門座疏水布置在同一疏水?dāng)U容器，而機(jī)組沖轉(zhuǎn)前主蒸汽管和A A、B B電動主汽門前及高旁疏水門均處于開啟狀態(tài)，疏水量較大，使得疏水?dāng)U容器產(chǎn) 生正壓，因調(diào)速汽門存在少許泄漏（雖然調(diào)速汽門在機(jī)組大修后經(jīng)嚴(yán)密性試驗(yàn) 檢驗(yàn)合格，但很難保證100%100%嚴(yán)密，這少許泄漏量不足以影響嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果， 但對缸溫有明顯的影響），如白動主汽門未開啟，導(dǎo)汽管和汽缸同樣都處于負(fù)壓 狀態(tài)，當(dāng)導(dǎo)汽管或調(diào)速汽門座疏水門開啟后，處于正壓狀態(tài)的擴(kuò)容器內(nèi)的低溫 汽水從疏水管倒入導(dǎo)汽管，再從調(diào)速汽門漏入汽缸，造成調(diào)

10、速級汽溫和汽缸下 缸溫度迅速降低。在以往的開機(jī)操作中，運(yùn)行人員開啟導(dǎo)汽管和調(diào)速汽門座疏 水門后一般立即開啟白動主汽門， 導(dǎo)汽管內(nèi)壓力迅速升高到與主蒸汽壓力一致， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于疏水?dāng)U容器內(nèi)的微正壓，因此低溫汽水無法倒入導(dǎo)汽管。在這幾次出 現(xiàn)缸溫差大的開機(jī)過程中，運(yùn)行人員按常規(guī)操作先開啟導(dǎo)汽管和調(diào)速汽門座疏 水門，然后立即開啟白動主汽門和調(diào)速汽門，當(dāng)發(fā)現(xiàn)中調(diào)門大幅擺動后采取打 閘再重新掛閘的方式，打閘后白動主汽門全關(guān)，導(dǎo)汽管內(nèi)壓力迅速降至負(fù)壓，但運(yùn)行人員未及時將導(dǎo)汽管和調(diào)速汽門座疏水門關(guān)閉，致使擴(kuò)容器內(nèi)低溫汽水 通過導(dǎo)汽管倒入汽缸，使得下缸溫度迅速降低 3030C C以上（上缸溫度基本未變），而運(yùn)行人

11、員未能及時察覺，沖轉(zhuǎn)初期因下缸傳熱效率低，因此上下缸溫差繼續(xù) 擴(kuò)大直至超過 50Co50Co3.23.2 停機(jī)后缸溫差大原因分析N110/C68-8.83/0.981N110/C68-8.83/0.981 汽輪機(jī)高壓缸下缸抽汽管道較多，散熱面積相對較 大，且形成一定的肋片散熱效應(yīng)， 因此停機(jī)時下缸溫降速度高于上缸， 機(jī)組開 始滑停到打閘缸體上、下部會產(chǎn)生一定溫差。從旺隆公司兩臺機(jī)組歷次停機(jī)缸溫數(shù)據(jù)來看，機(jī)組打閘前，上、下缸溫差最大一般為 15C15C 左右。汽輪機(jī)打閘后， 汽缸上部基本處于白然冷卻狀態(tài)， 而凝汽器真空和重力疏水及下缸較大的散熱 面積和肋片散熱效應(yīng)使下缸在打閘后具備高于上缸的冷卻

12、能力，因此機(jī)組打閘 后高壓缸上、下缸溫差繼續(xù)拉大。如缸體下部和抽汽管道保溫存在缺陷，高壓 缸兩端的對流通風(fēng)等將使下缸冷卻能力進(jìn)一步增強(qiáng)，打閘后高壓缸上、下缸溫 差會異常增加。該公司兩臺機(jī)組熱態(tài)停機(jī)后三小時內(nèi)高壓缸上、下缸溫差即超 過 50C50C，滑參數(shù)停機(jī)后八小時后高壓缸上、下缸溫差也會超過5050 C C , ,且無論采用何種停機(jī)方式機(jī)組停定后三小時內(nèi)下缸溫降都超過10C/10C/小時，從缸溫數(shù)據(jù)基本可以認(rèn)定造成停機(jī)后缸溫差大的原因?yàn)橄赂走^大的冷卻效應(yīng)。20082008 年該公司#2#2 機(jī) A A 修時更換過高壓缸下缸和抽汽管道保溫， 并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)工藝施工，#1#1 機(jī) A A 修時檢查

13、過下缸保溫， 基本正常。 兩臺機(jī)組正常運(yùn)行中下缸和抽汽管道保溫 表面溫度不超規(guī)定值，此后歷次機(jī)組停機(jī)后仍出現(xiàn)上、下缸溫差大的現(xiàn)象，因 此造成下缸冷卻效應(yīng)過大的原因可以排除保溫不良和下缸肋片散熱效應(yīng)問題。下面從凝汽器真空和重力疏水方面著重分析造成下缸冷卻效應(yīng)大的原因：(1)(1)查看旺隆公司 DCSDCS 歷史曲線發(fā)現(xiàn)機(jī)組打閘前、后一段時間一、二、四、五段抽汽溫度均有大幅降低后再回升現(xiàn)象，該汽輪機(jī)一、二段抽汽分別供 #1#1、2 2 高加，四段抽汽供#4#4 低加，五段抽汽供#3#3 低加，抽汽溫度有較大降幅說 明抽汽管倒入低溫汽水。 通過分析運(yùn)行人員的操作習(xí)慣發(fā)現(xiàn)大部分運(yùn)行人員在停高加汽側(cè)(運(yùn)

14、行規(guī)程規(guī)定當(dāng)#2#2 高加進(jìn)汽壓力低于除氧器壓力 0.2Mpa0.2Mpa 時停高加 汽側(cè))后未開啟#1#1、2 2 段抽汽管疏水門，導(dǎo)致#1#1、2 2 段抽汽管內(nèi)積水。另外運(yùn)行 人員錯誤的在機(jī)組打閘后才關(guān)閉各低加進(jìn)汽門，因低壓加熱器和#1#1、2 2 段抽汽管道內(nèi)部存在溫度較高的疏水，汽輪機(jī)開始減負(fù)何后各部壓力迅速降低，至機(jī)組 打閘時高壓缸內(nèi)降為負(fù)壓，在降壓過程中，這部分疏水會不斷汽化，汽化產(chǎn)生 的蒸汽通過抽汽管竄入高壓缸內(nèi)，導(dǎo)致抽汽管道和下缸溫度迅速降低。(2)(2) 查DCDCS S內(nèi)三段抽汽至輔汽母管溫度發(fā)現(xiàn)停機(jī)后八小時內(nèi)該溫度一直 處于上升趨勢，分析認(rèn)為機(jī)組停運(yùn)后，運(yùn)行人員雖解列輔

15、汽母管，但未及時開 啟輔汽母管疏水泄壓，輔汽母管內(nèi)仍殘留一定量有壓力的蒸汽，打閘前高壓缸 已處于負(fù)壓，輔汽母管內(nèi)蒸汽通過不夠嚴(yán)密的三段抽汽至輔汽電動門和逆止門 竄入汽缸，導(dǎo)致上、下缸溫差大。特別是機(jī)組故障跳機(jī)時，因兩臺機(jī)組輔汽聯(lián) 絡(luò)手動門由于安裝位置處于九米層上方 3 3 米懸空位置，下方無操作平臺，而輔 汽聯(lián)絡(luò)電動門內(nèi)漏嚴(yán)重，運(yùn)行人員無法及時地徹底解列輔汽母管，輔汽母管內(nèi) 大量蒸汽通過不夠嚴(yán)密的閥門竄入汽缸， 而輔汽溫度大概為 190C190C 左右，與極熱 態(tài)的汽缸溫差達(dá) 300C,300C,因此導(dǎo)致機(jī)組故障跳機(jī)后上、下缸溫差迅速增大。(3)(3) 為防止缸溫差大，運(yùn)行人員在機(jī)組滑參數(shù)停機(jī)

16、過程和機(jī)組打閘后錯誤 地采取密閉汽缸措施，致使汽缸疏水不充分，缸體內(nèi)部殘留大量汽水混合介質(zhì)(旺隆公司兩臺機(jī)組歷次大修時均發(fā)現(xiàn)低壓缸內(nèi)殘留大量積水，且低壓轉(zhuǎn)子各 隔板汽封和低壓缸兩側(cè)汽封齒均有新銹跡)，這些介質(zhì)在上缸凝結(jié)放熱后因重力 作用流至下缸，通過疏水口流入疏水或抽汽管道，致使上缸不能白然冷卻，而 下缸在低溫疏水的流動冷卻作用下，溫度降幅非常快，從而導(dǎo)致上、下缸溫差 異常增大。(4)(4) 另外高壓缸內(nèi)殘留的汽水介質(zhì)在凝結(jié)的同時， 缸體內(nèi)部局部產(chǎn)生負(fù)壓， 使外界低溫大氣通過軸封進(jìn)入高壓缸，介質(zhì)不斷凝結(jié)，冷空氣便不斷進(jìn)入汽缸，如此循環(huán)，更進(jìn)一步加劇上、下缸溫差。3 3、防止異常性缸溫差產(chǎn)生的對

17、策根據(jù)上文的分析和探討，本人對防止旺隆公司異常性缸溫差的產(chǎn)生提出了以下幾個方面的對策。(1)(1) 機(jī)組開機(jī)過程中特別是熱態(tài)開機(jī)如出現(xiàn)異常導(dǎo)致機(jī)組打閘，應(yīng)立即關(guān) 閉導(dǎo)汽管、調(diào)速汽門和汽缸疏水，防止低溫汽水通過疏水管倒入汽缸。如上述 疏水門存在內(nèi)漏缺陷，機(jī)組檢修時應(yīng)徹底處理。(2)(2)機(jī)組停機(jī)時當(dāng)高加汽側(cè)停運(yùn)后因適當(dāng)開啟#1、2 2 段抽汽逆止門前、后 疏水，防止抽汽管內(nèi)積水。(3)(3) 機(jī)組滑停時，在機(jī)組缸溫滑至規(guī)定值后準(zhǔn)備減負(fù)何停機(jī)時應(yīng)先關(guān)閉各 低加進(jìn)汽門和抽汽逆止門，防止低加疏水汽化后倒入汽缸。(4)(4) 機(jī)組滑停過程中應(yīng)充分疏水，必要時方可采取密閉汽缸措施，但須定 時開啟汽缸疏水。(5)(5) 輔汽母管聯(lián)絡(luò)門下方應(yīng)設(shè)置操作平臺，方便運(yùn)行人員操作，輔汽聯(lián)絡(luò) 電動門和三段抽汽至輔汽母管電動門內(nèi)漏問題在機(jī)組檢修時應(yīng)徹底處理， 必要 時更換質(zhì)量較好的電動截止閥。因三段抽汽至輔汽母管電動門位于汽缸下部懸 空位置，該處非常不便與運(yùn)行人員操作和檢查， 建議在三段抽汽至輔汽母管管 道位于9 9米機(jī)平臺的位置增加手動截止閥，當(dāng)機(jī)組停機(jī)后，運(yùn)行人員可以迅速 使用該閥門將輔汽母管和機(jī)本體徹底隔斷。在以上問題未解決前，停機(jī)后運(yùn)行 人員應(yīng)盡快徹底解列輔汽母管，并及時開啟輔汽母管疏水門，