600MW亞臨界機(jī)組停機(jī)后高壓缸上下缸溫差大原因分析及控制措施

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1671-0797（2025）16-0060-04

DOl ：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.16.016

0 引言

高壓缸作為汽輪機(jī)的核心組件，其停機(jī)后的溫差控制對(duì)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。根據(jù)相關(guān)研究，溫差過(guò)大可能導(dǎo)致汽缸變形、熱應(yīng)力集中，引發(fā)裂紋和泄漏等故障，威脅汽輪機(jī)安全。例如，某電廠600MW汽輪機(jī)組在啟停機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)的上下缸溫差異常增大，最大能達(dá)到 70^°C ，造成設(shè)備重啟困難并形成安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，控制溫差是保障停機(jī)平穩(wěn)、預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)、延長(zhǎng)使用壽命和提升運(yùn)行效能的關(guān)鍵。本文依托某電廠同型號(hào)機(jī)組三次停機(jī)數(shù)據(jù)，分析高壓缸溫差過(guò)大的主要原因：軸封供汽溫度控制不當(dāng)、缸體保溫不足、停機(jī)冷卻階段熱傳導(dǎo)失衡等，并提出具體的控制措施。

1 研究動(dòng)因

機(jī)組停機(jī)時(shí)，缸體上下部溫差增大并觸發(fā)報(bào)警。操作人員采取措施后，溫差有所緩解，但高壓缸進(jìn)汽側(cè)溫差仍高。基于三次典型停機(jī)事件的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，高壓缸進(jìn)汽側(cè)最大溫差分別達(dá)到 60.4，68.4 、70.9°C ，均突破系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警臨界值。雖然溫差異常均出現(xiàn)在相同區(qū)域，但波動(dòng)幅度達(dá) 10.5^°C 的顯著差異，反映出當(dāng)前控制策略存在明顯的不穩(wěn)定因素。技術(shù)團(tuán)隊(duì)從運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)兩個(gè)維度展開專項(xiàng)研究：運(yùn)行參數(shù)方面，三次停機(jī)負(fù)荷分別為320、285、298MW ，主蒸汽壓力波動(dòng)區(qū)間 8.12～8.45MPa ，符合滑停參數(shù)控制規(guī)范；設(shè)備狀態(tài)維度，高壓缸冷卻系統(tǒng)投運(yùn)記錄完整，軸封供汽溫度偏差控制在 15°C 范圍內(nèi)，熱控儀表校驗(yàn)周期均處于有效狀態(tài)[1]。

2 溫度差異加劇成因解析

2.1三次停機(jī)事件中高壓缸上下缸溫度的波動(dòng)情況由圖1、圖2、圖3可以觀測(cè)到，某年5、6、7月三次停機(jī)中高壓缸溫度總體變化趨勢(shì)一致：進(jìn)汽側(cè)下缸溫度持續(xù)下降，其余部位缸溫均有回升。

圖1某年5月打閘后高壓缸溫度變化

圖2某年6月打閘后高壓缸溫度變化

圖3某年7月打閘后高壓缸溫度變化

2.2 高壓缸進(jìn)汽側(cè)上缸的溫度數(shù)據(jù)

由表1可知，高壓缸進(jìn)汽側(cè)上缸溫度在各次停機(jī)過(guò)程中的變化趨勢(shì)具有高度相似性。

表1高壓缸進(jìn)汽側(cè)上缸溫度

綜合上述分析可知，高壓缸進(jìn)汽側(cè)下缸溫度持續(xù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但不同停機(jī)事件及不同時(shí)間段內(nèi)的降溫冷卻速率呈現(xiàn)顯著波動(dòng)。這表明，機(jī)組打閘后高壓缸進(jìn)汽側(cè)下缸溫度的持續(xù)下降是缸體溫差增大的關(guān)鍵因素，同時(shí)，各次停機(jī)后高壓缸下缸溫度變化速率的差異也成為高壓缸最大缸體溫差數(shù)值波動(dòng)的主要誘因。

3 軸封系統(tǒng)作用機(jī)制分析

研究表明，將軸封溫度控制在 220～240° 區(qū)間時(shí)，下缸溫度降速可由 0.8^°C， /min顯著降低至 0.3^°C/min 。特別是在軸封溫度達(dá)到 230°C 以上時(shí)，汽缸中部密封環(huán)區(qū)域的金屬溫度梯度由常規(guī)工況的 12°C/m 下降至 5^°C/m 以內(nèi)，證實(shí)了軸封系統(tǒng)熱補(bǔ)償效應(yīng)對(duì)缸體熱變形的調(diào)節(jié)作用[2]。

若軸封蒸汽溫度不足，可能在高壓缸軸封區(qū)域形成凝結(jié)水并滲入缸體，從而導(dǎo)致下缸溫度異常下降。但基于以下兩方面的分析，可以推斷三次停機(jī)期間軸封溫度均處于適宜范圍：1除5月份停機(jī)初期軸封溫度相對(duì)較低外，其余時(shí)段的軸封溫度均穩(wěn)定維持在 200°C 以上；2）若軸封溫度過(guò)低導(dǎo)致溫差異常，則應(yīng)在高、中、低壓缸軸封部位呈現(xiàn)同步溫差異常現(xiàn)象。

4缸體保溫影響

針對(duì)高壓缸缸體散熱問(wèn)題，在7月份停機(jī)12h后進(jìn)行的專項(xiàng)檢測(cè)中，TV1側(cè)一段抽汽口外保溫層實(shí)測(cè)溫度高達(dá) 125^°C ，該數(shù)據(jù)顯著超出正常范圍，表明該區(qū)域存在保溫層缺失現(xiàn)象。此散熱缺陷顯著，應(yīng)為高壓缸缸體溫差超標(biāo)的主要原因，建議立即安排專業(yè)檢修團(tuán)隊(duì)進(jìn)行保溫層修復(fù)。

盡管已明確保溫層缺陷的存在，但在機(jī)組運(yùn)行期間實(shí)施全面修復(fù)存在客觀限制。鑒于此，需針對(duì)后續(xù)停機(jī)工況制定有效的實(shí)時(shí)控制策略，以應(yīng)對(duì)可能重復(fù)出現(xiàn)的缸體溫差問(wèn)題。

5 疏水系統(tǒng)影響

5.1高壓缸體疏水閥開啟減緩下缸溫度下降的機(jī)理

高壓缸疏水閥開啟減緩下缸溫度下降可歸因于：疏水通道建立后，漏入缸體的軸封蒸汽經(jīng)上缸金屬表面換熱升溫，最終通過(guò)疏水閥導(dǎo)入凝汽器。在此過(guò)程中，上缸區(qū)域維持相對(duì)較高的蒸汽溫度，對(duì)下缸金屬產(chǎn)生持續(xù)加熱效應(yīng)，從而有效延緩下缸溫度衰減[3]。該傳熱機(jī)理亦可解釋工程實(shí)踐中，適當(dāng)提升軸封供汽溫度有利于改善缸溫差大現(xiàn)象的物理本質(zhì)。

5.2高壓缸疏水閥操作模式對(duì)高壓缸進(jìn)汽側(cè)下缸溫度的影響

機(jī)組打閘操作后，溫度下降速率與時(shí)間呈現(xiàn)近似線性比例關(guān)系的階段持續(xù)約 25h ，為探究高壓缸疏水閥啟閉狀態(tài)對(duì)下缸體溫度場(chǎng)演變的影響規(guī)律，本文選定該特定時(shí)段進(jìn)行分析，并將此時(shí)段開始時(shí)刻設(shè)為初始觀測(cè)點(diǎn) （t=0） 。編制對(duì)比分析表如表2所示。

高壓缸疏水閥啟閉對(duì)高壓缸進(jìn)汽側(cè)下缸溫度影響：綜合表2數(shù)據(jù)以及圖4、圖5、圖6，高壓缸疏水閥若長(zhǎng)時(shí)間保持開啟，將明顯減緩高壓缸下缸金屬溫度的下降速度。說(shuō)明機(jī)組打閘后，繼續(xù)維持高壓缸疏水閥開啟是必要的。值得注意的是，在特定工況下維持真空狀態(tài)時(shí)，悶缸操作未能有效控制缸溫差擴(kuò)大，因此，在此階段實(shí)施悶缸措施似乎并無(wú)實(shí)際意義。

表2高壓缸疏水閥啟閉狀態(tài)對(duì)下缸體溫度影響

圖4某年5月高壓缸疏水閥啟閉及高壓缸進(jìn)汽側(cè)下缸溫度

注：初始未悶缸，后調(diào)整為短期悶缸配合間歇疏水，最終疏水閥全開。

圖5某年6月高壓缸疏水閥啟閉及高壓缸進(jìn)汽側(cè)下缸溫度

注：先全開，后期轉(zhuǎn)為悶缸間歇疏水。

圖6某年7月高壓缸疏水閥啟閉及高壓缸進(jìn)汽側(cè)下缸溫度

注：停機(jī)后立即悶缸，后開啟缸體疏水。

6 結(jié)論及建議

數(shù)據(jù)分析表明，高壓缸進(jìn)汽側(cè)上缸在機(jī)組停運(yùn)后普遍存在溫度反彈現(xiàn)象，單次停機(jī)事件中最大溫升幅度達(dá) 58°C 。控制金屬溫度回升幅度能有效抑制缸體溫差擴(kuò)大。綜合機(jī)組運(yùn)行特性及上述分析，提出停機(jī)時(shí)溫差控制建議如下：

1將打閘蒸汽溫度基準(zhǔn)值提升 10～20°C ，并在停機(jī)前執(zhí)行不少于 90min 的均溫暖機(jī)流程。實(shí)施后預(yù)計(jì)溫度回升幅度可縮減至 35°C 內(nèi)，實(shí)現(xiàn)缸體金屬溫差有效管控。

2）建立軸封供汽溫度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制，將供汽溫度控制在設(shè)計(jì)上限 +5^°C 區(qū)間運(yùn)行。

3）建立基于金屬溫度變化的疏水閥動(dòng)態(tài)啟閉機(jī)制，同時(shí)將真空維持階段與疏水操作時(shí)序進(jìn)行耦合控制，以實(shí)現(xiàn)缸體冷卻速率與溫差的精準(zhǔn)匹配。

[參考文獻(xiàn)]

[1]史新剛，沈國(guó)平.600MW汽輪機(jī)上下缸溫差研究與對(duì)策[J].熱力透平，2008，37（4）：268-270.

[2]詹桂平.分析700MW亞臨界汽輪機(jī)組停機(jī)后高壓缸上下缸溫差大的原因與對(duì)策[J].低碳世界，2016（5）：40.

[3]陳仕剛.660MW機(jī)組停機(jī)后高壓上外缸溫度突降原因分析及防范措施[J].科技風(fēng)，2020（17）：173.

收稿日期：2025-05-09作者簡(jiǎn)介：高鵬（1981一），男，遼寧興城人，工程師，研究方向：火電廠熱能動(dòng)力。