600 MW亞臨界汽輪機抽汽溫度偏高的治理方案

劉勇海，趙志勇

(河北國華定洲發電有限責任公司，河北 定州 073000)

600 MW亞臨界汽輪機抽汽溫度偏高的治理方案

劉勇海，趙志勇

(河北國華定洲發電有限責任公司，河北 定州 073000)

針對某電廠機組汽輪機低壓缸抽汽超溫現象，指出低壓內缸水平中分面變形產生內張口引起低壓缸漏汽，最終導致抽汽溫度偏高，并結合同類型機組的治理經驗制定了低壓缸的治理方案，給出了實施后可取得的預期效果。

汽輪機；低壓缸；抽汽；超溫

1 抽汽超溫概況

某電廠1、2號機組汽輪機是由上海汽輪機有限公司引進美國西屋公司技術制造的600 MW亞臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機，機組型號為N600-16.7/537/537。汽輪機具有8段非調整回熱抽汽，其中：高、中壓缸各2段抽汽，2個低壓缸共4段(5～8段)抽汽。低壓缸全部由板件焊接而成，為減小溫度梯度，設計成3層缸，即雙層內缸和單層外缸。

由于2臺機組均為上世紀90年代設計制造，受當時技術、制造、安裝等多方面因素的限制，投產運行后機組的經濟性偏低，機組熱耗、汽缸效率等主要指標與設計值存在一定偏差。較為突出的問題是：低壓5、6段抽汽溫度比設計值偏高，即額定工況下5、6段抽汽溫度設計值分別為219.2 ℃、132.8 ℃，但實際上2號機組5段抽汽溫度最高達263 ℃，6段抽汽最高達196 ℃。抽汽超溫不僅使該級段的效率及功率下降，嚴重時還可能導致機組安全事故。

2 原因分析

該電廠1、2號機組汽輪機低壓缸為3層缸，最內層為1號內缸，中間為2號內缸。低壓內缸漏汽是導致抽汽溫度偏高的重要原因，而造成低壓內缸漏汽的原因很多，如：低壓汽缸剛性不足、人孔內空間狹小、螺栓預緊力無法達到設計要求、局部區域發生塑性變形產生漏汽通道、動靜之間不均勻差脹等。低壓缸漏汽主要為以下3種情況：(1)中、低壓缸聯通管進入低壓缸依次穿過外缸和2號內缸，穿孔處全部用法蘭連接，可能因法蘭結合面不嚴密而產生漏汽；(2)進入低壓1號內缸的蒸汽通過1號內缸肋板中分面、靜葉環中分面及隔板套的外緣定位面，漏入5、6段抽汽口；(3)5、6段抽汽室中的蒸汽通過低壓1號內缸的端壁中分面，漏入7段抽汽室。

2013年，在2號機組檢修中，發現低壓內缸水平中分面處有明顯的汽流沖刷痕跡，如圖1所示。

圖1 1號低壓內缸中分面汽流沖刷痕跡

結合1號內缸空缸嚴密性測量數據，分析認為造成低壓缸5、6段抽汽超溫的主要原因是：由于1號內缸水平中分面變形產生內張口，導致低壓缸進汽直接漏入5、6段抽汽口。引起低壓缸水平中分面變形、張口的主要原因有以下3個方面:

(1) 低壓缸是一個較大的焊接部件，焊點較多且復雜，在熱處理過程中易產生焊接應力，導致中分面張口變形，引起漏汽；

(2) 在機組運行中，凝汽器抽真空使低壓缸承受較大合力，導致低壓1號內缸中分面變形漏汽；

(3) 低壓外缸中段通過螺栓與其前后兩側外缸連接，低壓外缸中段由于支撐肋板較少，剛性較差，在機組啟動時凝汽器抽真空，由于內外壓差較大，使汽缸承受較大外力，引起水平中分面發生變形而引起漏汽。

在以上原因中，焊接應力處理不當和低壓缸剛性較差是導致低壓缸中分面變形漏汽的主要原因，也是導致5、6段抽汽超溫的直接因素。因此，防止低壓缸的進汽泄漏到5、6段抽汽口，是解決運行機組抽汽溫度偏離設計值的有效途徑。

3 改造方案

對于已經投運的機組，改善低壓缸抽汽溫度偏高有如下方式：

(1) 打磨中分面；

(2) 在水平中分面開槽加裝密封鍵；

(3) 在持環和汽缸之間添加汽封等設施。

但要從根本上解決此問題，還需要對低壓內缸進行重新設計改造。因此，該電廠計劃在2015年3月和10月，分別對1、2號機組汽輪機進行通流改造，在提高機組運行效率的同時，有效解決低壓缸抽汽超溫問題，低壓缸部分具體改造方案如下。

(1) 保持現有低壓外缸殼體和汽輪機基礎、內缸原支撐方式、汽輪機各軸承座及轉子跨度、高壓閥組、中壓進汽閥門等不變。

(2) 低壓內缸采用新型結構，采用對稱結構設計，并由原來的2個持環合并成1個持環，如圖2所示。

(3) 全部采用T型葉根，減小漏汽損失，如圖3所示。

(4) 每一級葉片采用變反動度的設計原則，提高整個缸的通流效率。

(5) 整體圍帶、葉片采用全切削加工，提高葉片強度和抗高溫蠕變性能。

(6) 對前4級動、靜葉進行優化，采用AIBT技術設計全新彎扭葉片。

(7) 低壓內缸采用新型結構，更換內缸解決5、6號抽汽超溫問題。

(8) 新型低壓缸采用漸縮的進汽流道一種特殊的抽汽腔室，可對變截面的抽汽口進行優化。

(9) 通流部分隔板和圍帶汽封采用鑲片式汽封，齒數更多，密封性能更好。

圖2 改造后低壓缸裝配

圖3 T型葉根動、靜葉片

4 運行控制措施

對低壓缸通流部分進行改造，能夠有效解決抽汽超溫問題。在機組正常運行和啟停時，也應該采取一系列控制措施，盡量減少低壓內缸中分面變形導致的漏汽量擴大，避免因超溫帶來的設備不安全事故發生。

4.1 機組正常運行中的控制措施

(1) 嚴密監視各抽汽管道壁溫，發現溫度超過最高允許值時，應及時采取降負荷措施。

(2) 控制好加熱器水位，控制其端差在設計值以內，防止水位過低造成抽汽流量偏大。

(3) 高加解列時，適當降低負荷運行，防止凝結水流量過大造成低加過負荷。

4.2 機組啟停過程中的控制措施

(1) 嚴密監視上、下缸溫差，確保各疏水管道暢通，防止內缸中分面漏汽擴大。

(2) 控制好汽溫變化率及缸溫變化率，防止內缸中分面發生變形，造成漏汽量擴大。

(3) 合理使用快冷裝置，嚴格控制缸溫變化率，防止內缸中分面及隔板套結合面漏汽擴大。

(4) 機組停運后，做好汽水系統隔離措施，嚴防冷水、冷氣(汽)進入汽輪機。

(5) 極熱態啟動時，選擇好沖轉參數，嚴防負溫差啟動造成熱沖擊。

5 預期效果

改造前，低壓缸5段抽汽超溫約40 ℃，6段抽汽超溫高達60 ℃。對低壓缸通流部分實施改造后，在閥門全開工況下，低壓缸效率預計可達90 %，不僅提高了低壓缸效率，還能有效解決5、6段抽汽超溫問題，減少運行調整環節，改善加熱器工作環境，徹底消除設備的不安全狀態，使機組能夠更加安全穩定地運行。

1 沈士一，康 松，龐立云，等．汽輪機原理[M]．北京：中國電力出版社，1992．

2 楊凱利，張延峰，邢百俊，等．亞臨界600 MW汽輪機組五、六段抽汽超溫處理[J]．熱力發電，2009(11).

3 蔣浦寧，閆 森．600 MW亞臨界汽輪機通流改造技術方案[J]．上海電力，2014(2)．

2014-10-30。

劉勇海(1979-)，男，助理工程師，主要從事汽輪機本體及調速系統檢修工作及研究，email：2008049@qq.com

趙志勇(1982-)，男，工程師，主要從事汽輪機本體及調速系統檢修工作及研究。