抽凝式汽輪機改為抽背式汽輪機工程實踐

慕光學

（中國輕工業長沙工程有限公司，湖南長沙 410004）

0 引言

應國家節能減排需求提高供熱能力和熱效率，以及工程成本等因素，某老熱電廠將一臺已經運行15年的抽凝式汽輪發電機組，改造為抽汽背壓式。從工程實施角度，講述汽輪機及其輔助系統改造要點及安裝調試注意事項。

1 汽輪機本體的改造

1.1 改造前、后汽輪機主要技術參數（表1）

表1 改造前、后汽輪機主要技術參數

1.2 改造部位

1.2.1 汽輪機轉子部分

保留原復速級和9個壓力級，去掉10級后的隔板以及所有的壓力級葉輪、葉片并做相應的加工改造，例如配合封堵渦殼、封堵板的軸封間隙等，另加配重保持轉子平衡。改造后的前、后軸承中心距離不變，與發電機的連接方式不變。

1.2.2 汽缸部分

前汽封更換新的汽封圈及彈簧片，后汽封進行重新設計。前、后汽缸不作改動，中汽缸進行改造：保留原機隔板套作為安裝支座，加裝水平中分式封堵渦殼，并在渦殼處建立新的后軸封（圖1）。中汽缸下半在原9級后的抽汽口兩側各開1個排汽孔，共計3孔作為背壓排汽口。原后軸封保留。原后汽缸仍保留以用作汽輪機后軸承和發電機前軸承的支承部件，同時拆除10級后的隔板，替換為封堵渦殼、封堵板。拆除與后汽缸喉部相連的凝汽器，在切除位置加裝封堵板以封堵汽機后汽缸。封堵板下部加裝一路疏水，后軸封漏出的蒸汽凝結成水后排至地溝。

圖1 改造后的汽機上部縱剖面

2 輔助系統的改造

2.1 軸封系統

拆除原汽機輔助系統的低壓加熱器，新增1臺冷卻面積為30 m3汽封加熱器，其熱源為：①原向低壓加熱器供熱的4、7、9級后抽汽閥的閥桿漏汽；②由汽輪機機身向機頭方向的第3級軸封漏汽；③新增的中汽缸加裝第一道封堵板的軸封漏汽（從原12級后抽汽排出）。新加的中壓缸第二道封堵板之后的軸封漏汽接至原1#軸封加熱器，此軸封加熱器的其他管線不做改動。原前軸封至均壓箱、均壓箱本體、均壓箱至后軸封、均壓箱新蒸汽相關管線全部拆除并進行封堵。

2.2 疏水系統

拆除原12、14、16級后抽汽管線、閥門，對各抽汽口加裝封堵板，同時在封堵板上開孔連接疏水管線。各疏水口接至對應的原12、14、16級后疏水管，最后匯入汽機本體疏水膨脹箱。高加啟動疏水、2臺軸封加熱器疏水、疏水膨脹箱疏水因凝汽器拆除后無法處理，因此新增一個30 m3的疏水箱，同時配置2臺疏水泵（一運一備）。同時，高加頂部排汽由原接至凝汽器改為接至除氧器。

2.3 工業冷卻水

凝汽器拆除，并拆除與之相關的射水抽氣器、射水泵、射水箱、凝結水泵及其他管線、循環冷卻水管線、閥門等，拆除后在接口處進行封堵。原循環冷卻水系統所需冷卻水量遠大于改造后的需求，因此冷卻塔將停用，引進另一路工業水作為發電機空冷器、冷油器、水泵等相關設備的冷卻水源。

2.4 除鹽水

改造后再無凝結水供應，因此軸封加熱器、高加、抽汽液動閥、高壓蒸汽入口聯成閥需要新增除鹽水管道供用。新增的除鹽水流經2臺軸封加熱器、高加后向除氧器供水。

2.5 背壓排汽

蒸汽從3個背壓排汽口出來后，由3根蒸汽管連接分別匯入0 m層的背壓排汽主管（新增），經主管的電動隔離門后送至主廠房外。背壓排汽主管路上設置對空放散，以便保證機組開機和穩定運行；同時裝有彈簧式安全閥，作為管路安全保護裝置。新增背壓排汽、放散、安全閥等管道的疏水接至地溝。

2.6 其他

拆除原汽機法蘭加熱裝置系統，封堵相關接口。拆除原汽機12、14、16級后回熱抽汽相關管道及閥門。

3 施工注意事項

3.1 汽機本體施工

3.1.1 轉子運輸

汽機轉子需要返廠加工，其加工時間存在較大不確定性，因此轉子返廠加工完成并返回現場是整個項目重要的施工節點。為控制好此節點，需要提前規劃以下要素：①運輸轉子的車輛安排，其到場時間與汽機停機后從開始拆保溫直至轉子可以吊離汽缸的時間節點相匹配；②運輸車輛的長、寬、高與進入主廠房的道路相匹配，同時考慮在車上放置好轉子后其高度是否允許通過主廠房大門；③若轉子放置到車輛上高度超過主廠房大門且難以處理，應提前與加工廠方商議，在現場提前切除部分末級葉片。

3.1.2 開缸檢查

開缸前拆除各檢測儀表線路并妥善保護，如有損壞的連接螺栓則及時記錄以待重新采購，拆除部件分類擺放且做好標碼。缸體拆除后記錄原安裝各間隙數據，檢測汽封圈及其彈簧片、軸瓦、油擋、主油泵、各檢測探頭等，發現損壞及時記錄。開缸檢查完成后，第一時間啟動已損部件的采購工作（一般采購周期較長），盡量不影響計劃工期。

3.1.3 汽缸開孔

因下汽缸無法移動，因此開2個背壓排汽孔只能在現場進行。中壓缸下部缸壁非常厚，無法直接進行氣割，須使用電鉆沿需切割位置連續鉆孔，孔間的間隔控制在10 mm左右。開孔尺寸定位時，主要依據發到現場的排汽孔接管座尺寸，避免圖紙偏差。開孔后其孔內壁須打磨光滑，以減少蒸汽通過時的損耗，避免異響。

3.2 輔助系統施工

3.2.1 凝汽器拆除

凝汽器位于汽機下方，體積大、重量大，安裝位置狹小，手拉葫蘆吊沒有懸掛空間，同時主廠房內的行車無法直接鉤到，造成拆除非常困難。因此在開始拆除凝汽器前先拆除與之相連接的循環水、蒸汽、真空、凝結水、疏水等管線，同時清空凝結水泵等設備以騰出作業空間。凝汽器拆除時應先把與汽輪機后汽缸連接的喉部切斷，以防在凝汽器施工過程中因重量變化、熱切割等因素對汽輪機造成影響。在喉部切除過程中，應在汽輪機后軸承上架百分表，百分表以汽機平臺在面為生根點，架表的目的為記錄凝汽器與汽輪機脫離前/后對后軸承的影響。如百分表有變化則汽輪機應采取相應措施調整，一般為調整前、后軸承座墊片。

利用廠房內、外支柱懸掛手拉葫蘆配合主廠房行車起吊、拖拉凝汽器部件。拆除過程大致為：前、后水室切除→凝汽器側室開孔切割清理出內部銅管1/2以上→利用千斤頂頂起凝汽器并在下方墊入與凝汽器平行的管道（管道生根固定在地面上）→切除凝汽器4個支腿后收回千斤頂把凝汽器落在管道上→行車與手拉葫蘆配合緩慢把凝汽器拖出，如無法拖動則繼續切除銅管減輕凝汽器重量。

凝汽器拖離安裝位置后可移至廠房外繼續拆除，以不影響汽機周邊作業空間。

3.2.2 汽機底部管道施工

汽機底部的抽汽、軸封、疏水管線多且雜，施工空間狹窄且屬于高空作業，施工難度大，因此施工時應注意以下要點：①在凝汽器切離后再開始底部管道的施工，以保證施工安全；②底部所有管線均應拆除保溫，以分辨應施工的管線；③所施工管線應按圖紙及現場位置反復核對，避免錯漏；④施工應從0 m層向汽機底部方向，先易后難、逐步有序推進。

3.2.3 其他

從汽機底部至背壓排汽主管的3根背壓排汽管道在設置時應留有足夠的水平彎曲來緩沖膨脹變形量，避免在機組運行時汽輪機下缸受力產生垂直方向的位移導致轉子振動異常。原低壓加熱器拆除后，其位置留作新增的汽封加熱器。此次改造新設汽封加熱器排汽量偏大，應為換熱面積不足所致，凝結水管、疏水管、軸封管等能利舊部分優先利舊。

4 調試注意事項

凝汽式改背壓式的機組屬于新舊結合體，調試的過程有其特殊性，調試內容應有所側重。

4.1 開機前調試

工業水、除鹽水、減溫水管道通水進行滲漏試驗，重點檢查新增管道、閥門接口以及舊管道切除位置的盲板。以除鹽水作為動力的液控閥在調試前須把除鹽水管接口斷開，待除鹽水供水管線徹底沖洗干凈后再連接。背壓排汽主管上的減溫器的減溫水管線同理。新增電動閥特別是背壓排汽電動閥做完行程試驗后，須在DCS上進行遠程操作正常方可投入使用。機組完成扣缸后，對地腳螺栓（特別是隱秘位置處的）進行全面檢查，確保符合安裝要求。

4.2 汽機沖轉及試驗

改成背壓機后，背壓排汽管與低壓蒸汽管網連接，因此低壓蒸汽管網的蒸汽可以返送至汽輪機進行開機前的暖機，能大幅減少暖機時間。汽機轉子經改造后，沖轉升速過程中汽機的臨界轉速與原機組的值可能會產生偏離，因此在升速至原臨界轉速附近時應提高警惕，如實記錄實際臨界轉速，并以此作為日后開機臨界轉速控制點。

背壓排汽管從開始升溫至達到正常運行溫度，在汽機前、后軸承座垂直方向架設百分表，檢測汽機是否受到排汽管道垂直方向推力影響，在此期間密切關注絕對膨脹和相對脹差，監控機組是否正常受熱膨脹。機組密封、注油、超速等試驗結束后，按正常運行狀態停機，記錄/繪制機組惰走曲線。新裝的安全閥須完成起憋壓跳試驗，起跳、回座壓力應在銘牌規定范圍。

5 結語

經改造的背壓式汽輪發電機組運行穩定后，該廠的低壓蒸汽基本由該抽背機組供汽，原減溫減壓器退出運行進行熱備。經此調整后，廠區蒸汽平衡更加合理，整體熱效率得到較大提升。

改造前的凝汽式機組已經運行約15年，汽輪機因長年運行，開缸后發現動葉片、靜葉片、隔板汽封損耗和銹蝕嚴重。考慮到更換動、靜葉片和隔板汽封的成本、工期影響，此次改造只額外做轉子噴砂除銹工作，開機運行后造成蒸汽在汽輪機內部損耗增加、漏氣量增大導致汽輪機做功能力下降。性能測試時機組額定工況下發電量為15 MW、低于設計值16.8 MW，但其他的振動、油溫、軸向位移、抽汽量和排汽量等重要參數均能在機組各工況狀態下達到優良標準。

總體而言，通過老舊凝汽式機組改造成背壓式，該熱電廠滿足了當地政府的環保政策，新建立的全廠生產蒸汽平衡更易于調節，廠生產熱效率有所提升，項目成本大幅降低，項目效果基本達到預期。