聯合循環汽輪機冷態啟動上下缸溫差大原因分析

董廣會，陳曉輝

（深圳能源集團股份有限公司東部電廠，廣東 深圳 518000）

某電廠建有3臺日本三菱重工/東方電氣集團公司聯合制造的M701F3型燃氣蒸汽聯合循環機組，整套機組由一臺M701F燃氣輪機、一臺TC2F-30汽輪機、一臺余熱鍋爐、一臺發電機及相關輔機設備組成，采用單軸布置。3臺機組自2007年投運后運行狀態良好，其中2號機組汽輪機第一次A修后出現冷態啟動時高壓外缸上下缸溫差大的問題。為保障機組安全，提高機組快速啟動能力，對汽輪機冷態啟動上下缸溫差大進行分析研究并設法解決，可有效縮短啟動時間，節約能耗，保障安全。

1 設備概況

汽輪機為東汽配套的TC2F-30三壓、雙缸雙排汽、一次中間再熱、無回熱、凝汽式機型，設計功率129.8MW。高中壓缸合缸，各8級，低壓缸對稱布置，2×7級。汽輪機無調節級，高壓主蒸汽經單個高壓主汽閥、高壓主汽調節閥（HPCV）進入高壓缸第一級。高壓缸排汽與中壓過熱蒸汽混合后進入再熱器，再熱蒸汽經中壓主汽閥和中壓主汽調節閥進入中壓缸，中壓排汽與低壓過熱蒸汽混合后進入低壓缸。

2 發現問題

2015年，2號汽輪機冷態啟動過程中，運行人員發現高中壓缸上下缸溫差達到報警值42℃，最高升高到69℃。查詢歷史數據發現，該機組在第一次A修后冷態啟動時上下缸溫差比修前明顯增大，且有逐漸增大趨勢。

汽輪機上下缸溫差是機組啟動過程中控制的重要指標，溫差過大會引起汽缸向上彎曲變形，形成“貓拱背”，破壞中分面嚴密性，造成漏汽；引起動靜碰磨，機組振動增大等，嚴重時可能造成設備損壞事故。因此，汽輪機上下缸溫差大的問題涉及機組安全穩定運行，必須徹底解決。

3 原因分析及處理

引起汽輪機啟動過程中上下缸溫差大的因素很多，結合汽輪機結構特點、查閱相關資料進行分析，初步認為引起汽輪機冷態啟動上下缸溫差大的因素主要有以下幾方面。

（1）缸溫測點問題，包括測溫探頭不準，安裝位置不準確等。經過熱工校驗后確定測溫探頭準確，但安裝深度比設計值深10mm。當汽輪機開始進汽后，上缸溫度由于探頭位置更深，溫度上升速度比下缸快，會造成上下缸溫差加大。通過填充溫度探頭安裝孔，恢復安裝深度與設計值一致，汽輪機冷態啟動上下缸溫差大問題有微小改善，并未徹底解決，說明還存在其他問題。

（2）汽輪機進汽、排汽閥門內漏，蒸汽通過高壓主汽閥、高壓主蒸汽調節閥或高排逆止閥進入汽輪機，對溫度測點位置造成影響。對上述閥門進行了解體檢查，密封面研磨，嚴密性合格，汽輪機冷態啟動上下缸溫差大并未改善。

（3）疏水管路堵塞，引起缸體積水。解體疏水閥對閥門和管路進行檢查，未發現堵塞。

（4）缸體保溫性能下降或安裝不規范。汽輪機高壓進汽、高壓排汽、疏水管均在下缸，增加了下缸的散熱面積，下缸保溫受管路和自重影響不易貼合，易出現保溫脫層現象，加速下缸散熱。經檢查，上下缸保溫表面溫度均存在超溫，在2號機組A修時進行了整體保溫更換，下缸保溫厚度比上缸厚20%以上，保溫更換后，表面溫度均不高于50℃。

（5）汽輪機缸體嚴密性差，蒸汽漏入高壓內外缸夾層，加速上缸溫度上漲。在2號機組A修解體時，發現高壓內缸中分面有明顯漏汽痕跡，內缸中分面間隙超標。采用激光熔覆技術對高壓內缸中分面進行尺寸修復，以中分面外緣為基準面，將內張口部位間隙值修復至0.03mm以內，修前修后對比數據詳見圖1及表1所示。高壓內缸嚴密性修復后，汽輪機冷態啟動上下缸溫差明顯改善，比修前下降接近30℃，上下缸溫差已降至報警值以下。

表1 高壓內缸中分面嚴密性數據

圖1 高壓內缸中分面間隙測量區域示意圖

（6）汽輪機暖機不充分。聯合循環單軸機組在燃氣輪機點火后，機組轉速迅速提高至3000r/min，汽輪機并未進汽。當蒸汽參數滿足進汽條件時，高壓主蒸汽調節閥打開至初始開度，然后，根據機組啟動狀態以不同的速度緩慢打開至全開。冷態啟動時，高壓主汽調節閥初始開度為5%，開閥過程分為4個階段，閥位變化情況詳見表2、表3，閥位曲線如圖2所示。

表2 HPCV開閥階段表

表3 HPCV閥位參數表

圖2 HPCV閥位曲線圖

分析2號機組冷態啟動數據發現，在HPCV打開至初始5%開度時，高壓導汽管壓力低于高壓缸排汽壓力，HPCV開度達到7%以上時，高壓導汽管壓力才高于高壓缸排汽壓力。說明2號機組HPCV閥門特性發生了改變，5%初始開度設定值偏低，導致汽輪機進汽初期暖機不充分，引起上下缸溫差逐漸增大。

將HPCV閥門初始開度設定值提高到7%，并增加第一階段3600s開閥延時，配合手動打開高排通風閥，暖機蒸汽流量得以保證，上下缸溫差可以控制在報警值以下。2號機組A修后，不需手動打開高排通風閥，也可以保證上下缸溫差低于報警值。

4 結語

汽輪機冷態啟動過程中，上下缸溫差大可能引起缸體變形，導致汽輪機動靜部分發生碰磨，引發嚴重的后果。引起冷態啟動過程上下缸溫差大的因素很多，主要包括缸溫測點偏差、閥門嚴密性差、疏水不暢、保溫性能下降、缸體嚴密性差、暖機不充分等。筆者通過對設備性能排查和分析數據等方式進行分析，查找原因并采取措施控制上下缸溫差，最終縮短了機組啟動時間，減少了啟動氣耗量，提高了機組運行的安全性。