難變形高溫合金的燃氣輪機停機后汽機缸溫差大分析及處理

鐘永康

（福建晉江天然氣發電有限公司，福建 晉江 362251）

1 背景

福建晉江天然氣發電有限公司采用燃氣-蒸汽聯合循環機組，每一套機組由1 臺S109FA 型燃氣輪機（美國通用電氣公司（GE）生產）、1 臺D10 型蒸汽輪機（汽輪機型號為#158，汽輪機高中壓合缸，通流部分反向布置。低壓缸為雙流程向下排汽型式）、1 臺390H 型發電機和1 臺NG-109FA-R 型余熱鍋爐組成。該機組具有啟停速度快、調峰能力強的特點，被電網用做調峰機組，采用早起晚停的兩班制運行方式。近年來，#1 ～#4 機停機后汽機高中壓缸溫差均有超過50℃工況，發電部根據缸溫差大情況也進行了各種運行方式調整及試驗，檢修也對汽機缸體保溫棉進行了檢查、修復及安裝技術改進取得了很大的成效。本文主要從機組停運后汽機缸溫差大的預防、處理以及保溫棉修復前后參數進行對比分析。

2 存在問題

（1）3 月21 日對#1 機組保溫棉進行修復，從修復前后觀察中壓進汽缸溫差由處理前的最高58℃下降至28℃，達到了預期效果；但高壓排汽缸溫差由處理前最高35℃上漲至60℃；5 月3日重新復查保溫棉，對比停運6h 高壓排汽缸溫差影響效果不明顯。如表1。

表1 1-5#1 機組汽缸溫差

（2）2 月底對#2 機組保溫棉進行修復（2 月～3 月D 修對汽缸保溫棉進行修復，4 月2 日對高中缸保溫棉復查），從修復前后觀察中壓排汽缸溫差由處理前的最高63℃變成66℃，未達到預期效果，但停機后最大缸溫差的時間由15h →25h。

表2 #2 機組汽缸溫差

（3）4 月21 日對#3 機組保溫棉修復（更換新保溫棉），從更換前后對比高壓排汽缸、中壓排汽缸停機溫差，由處理前停運6h 缸溫差36℃（最高值由56℃下降至49℃）下降至20℃，中壓排汽缸由停運7h36℃下降至28℃，均取得一定效果。

3 機組停機缸溫差大原因分析

（1）我廠汽輪機為無抽汽、無本體疏水式汽輪機，停機后汽輪機內剩余的蒸汽上升，凝結水下流使下缸受熱條件發生變化，造成上下缸溫差。

（2）在周圍空間，運轉層11m 平臺以上的空氣溫度高于其下的溫度，氣流從下向上流動，造成上下缸冷卻條件不同，使上缸的溫度高于下缸。

表3 1 月～5 月#3 機組缸溫差

（3）停機后汽缸內形成空氣對流，且低速盤車無法充分擾動氣流，溫度高的空氣聚集于汽缸上方而下汽缸內的空氣溫度低，從面使上下缸的冷卻條件不同。

（4）由于汽機下缸保溫效果不如上缸，汽缸為水平放置，在機組運行過程中振動影響以及保溫棉自身重力作用下，會導致汽機下缸保溫棉的貼合度不如上缸，下缸容易受冷。

（5）停機后高、中壓通風閥未關閉或存在內漏情況、中壓通風閥旁路處于開啟狀態，導致汽缸進冷氣，造成汽機缸溫差大。

（6）各汽缸進汽閥后疏水停機后均處于打開狀態，停機后有冷汽冷水從管道返回汽缸，使下缸溫度下降。

（7）軸封冷卻器故障，軸加滿水倒灌至汽機。

（8）停機后熱井水位太高，連接在本擴、管擴上的各疏水管道內存有積水。

（9）缸體測點溫度異常。

4 預防措施及處理

（1）熱控定期檢查校驗熱電偶測量是否正確。

（2）停機后核對熱井水位是否正常，本擴溫度是否正常，檢查連接在本擴上的各疏水管道內是否有積水。檢查高、中壓通風閥是否關閉且關閉到位。

（3）環境溫度缸溫差影響較大，應減少廠房內對流通風。冬天關閉廠房所有門窗和汽機罩殼的艙門，保持#1（發電機頂上）、#6（透平間頂）屋頂風機運行（為預防危險氣體泄漏必須開啟此兩臺風機），保證廠房內不能形成空氣流通。

（4）對高、中壓進汽側缸出現溫差大于40℃時采取臨時措施：在停機后，關閉CV 閥、再熱主汽閥后疏水，但是為防止剩余在汽輪機的蒸汽凝結成水集聚在管道內，建議間歇性開啟進行疏水，如果不間歇開啟疏水反而會使缸溫差繼續增大。

（5）對于高、中壓排汽側出現缸溫差大于40℃時采取臨時措施：停機后，關閉低壓主汽閥后疏水閥，防止冷空氣倒流至汽機，同時需間歇性開啟防止冷凝水聚集。

（6）機組啟動前出現排汽缸溫差大時，提前送軸封1h，盤車狀態下觀察缸溫差下降情況，當溫差下降至小于50℃，啟動程序按規程規定執行，同時在清吹模式下停留觀察機組振動與聲音，運行正常后方可轉Auto 模式（此方法對于進汽側缸溫差大不起作用）。

（7）機組在運行期間振動較大，下缸保溫棉會隨著啟動時間和次數的增加慢慢脫離下缸體，建議對汽機高、中缸保溫棉進行定期復查，消除機組停運后缸溫差大帶來的隱患。

5 技術改進

5.1 現有汽機缸體保溫結構及方式技術缺陷

（1）現有汽缸保溫最內層采用30mm 硅酸鋁針刺毯（容重98kg/m3，然后依次包三層（50mm、100mm、120mm）成型保溫塊，每塊四周均有聯接掛鉤，塊與塊之間用不銹鋼絲相互聯接，其中50mm 保溫塊外用耐熱鋼絲網成型，自重很大。

（2）由于機組調峰，啟停機相當頻繁，部分成型保溫塊聯接掛鉤有脫落或變形，使外層保溫塊無法與內層保溫塊貼實。

（3）基建期間因高中壓缸解體消缺及汽機高中壓缸螺栓斷裂進行中心部位的局部螺栓更換工作，又使保溫多次局部拆裝和修復，缸體保溫狀況惡化。

針對現有技術的上述缺陷，技術人員召開多次會議，充分論證，最后決定對分批次對四臺機組進行逐步改造現有技術的缺陷。

5.2 技術原理及性能指標

（1）拆除機組原有的汽機高中壓缸保溫，拆下的最外層保溫妥善保管。

（2）取消原有的高中壓缸外抓釘（長400mm），采用M10*290（304）的螺桿直接焊接在缸體預留的焊接螺栓上，保證保溫釘6個/m2～8 個/m2。

（3）更換原有的保溫材料，將保溫材料容重由98kg/m3更換為128kg/m3硅酸鋁針刺毯。

（4）上、下缸內層用硅酸鋁針刺毯50mm 三層，每層用不銹鋼鋼絲綁扎，三層后鋪設耐熱不銹鋼鋼絲網（1.6*20*20）。

（5）上、下缸中層用硅酸鋁針刺毯40mm 三層，每層用不銹鋼鋼絲綁扎，三層后鋪設耐熱不銹鋼鋼絲網（1.6*20*20）。

（6）上、下缸外層用硅酸鋁針刺毯50mm 一層，外用涂抹兩層復合硅酸鹽隔熱材料。

5.3 改進成果

2018 年7 月份首先在#2 機組汽機高中壓缸上實施保溫改進嘗試，由處理前的停運缸溫差最高56℃下降至32℃，下降24℃，達到了預期的目標。汽缸保溫的改進在同類型電廠中屬首創，改造成本低，有力地保障了F 級聯合循環機組的調峰、頻繁啟停引起缸溫差大問題。

單臺機組項目改造投入資金約10 萬元，四臺機組總共投入約40 萬元，未改造前準備時間需增加30min，期間主要增加的成本為循環水泵、真空泵電耗及啟動鍋爐天然氣消耗量，循環水泵功率1120KW、真空泵功率110KW、啟動鍋爐天然氣每小時消耗2700NM3/h、年均啟動約150 次、天然氣價格3.2NM3/元、電費0.5953 元/千瓦時，節能收益36 萬元，計算過程：

電耗節約費用：（1120+110）*0.5*150*0.5953=5.5 萬元。

節約天然氣費用：2700*0.5*3*150=60.75 萬元。

60.75+5.5-40=26.25 萬元。

晉江氣電改造機組汽機上下缸溫差均達到了預期的效果，證明項目的改造是成熟且可靠，汽機高中壓缸保溫改進技術研究及改造適用于日啟夜停的調峰機組，在F 級聯合循環機組具有一定的推廣意義。