３００ＭＷ汽轮机缸温差大的原因分析及措施

摘要文章对某电厂300MW汽轮机缸温差大的原因进行分析，并提出相应的措施，保证机组安全稳定运行。

关键词300MW汽轮机；缸温差；原因；措施

作者简介朱学勤，广东省粤电集团有限公司沙角A电厂，广东东莞，523936

中图分类号TK26文献标识码A文章编号1007-7723(2009)03-0038-0002

汽轮机一般均采用双缸、双排汽结构，高、中压缸合并。在高压上缸布置I段抽汽，高压排汽取Ⅱ段抽汽，中压下缸布置Ⅲ、Ⅳ段抽汽，I、Ⅱ、Ⅲ抽汽供高加用汽，Ⅳ段抽汽供除氧器、小机用汽。在主、再热蒸汽管道、缸体底部、抽汽管道上布置有大量的疏水管。鉴于此种结构及系统方式，难免在机组运行、启停过程中形成缸温差。如果温差过大会引起转子偏心缸体应力变化，影响机组安全稳定运行。

一、缸温差形成的原因

(一)非设备及操作异常

一般来说，机组在启动过程中汽缸内的热汽流偏于向上流动，启动初期部分凝结放热，凝结水在下缸形成水膜从而影响下缸传热，造成下缸温升比缸慢，如在启动中采用非圆周进汽，根据进汽的特点也会影响缸体的加热。但是在机组带上一定的负荷之后汽缸内壁已有较高的温度，由于此时机组进汽量明显增加，汽缸内汽体流速流量增大冲刷及卷带作用显著加强，下缸水膜不易形成，传热相对加强。另外，高、低压加热器随机投入加之缸体疏水作用，并网初期抽汽门起到很大的疏水及导流作用，加速了缸体的传热，下缸温度会明显高于上缸。反之，停机过程中，下缸温度会低于上缸。中压下缸抽汽管道较多，相对缸体来说管壁较薄、热容量小、冷却快、散热面积大，一般停机后下缸温度水平低于上缸。机组开始滑停到打闸过程中缸体产生缸温差。在汽轮机打闸前的一段时间，高压缸排汽温度出现特殊升高，这种排汽温度的短时升高，是由于停机时流量降低，调节级后压力下降，而高排压力因再热容积的变化延迟而下降缓慢，使高压缸最后几级的熔降变小，效率变差，温度升高。

机组打闸后，汽轮机高压上缸、下缸将出现不同程度的温度反弹现象，这是冷却不充分的表现，属于正常现象。高压上缸更明显一些，这是由于高压下缸高排管道及其上的疏水管道的影响，机组打闸后，缸体及高排管道的疏水门会自动打开，凝汽器真空及重力疏水使高压下缸在打闸后仍具备一定的冷却能力。

缸体下部保温存在缺陷，高、中压缸两端的对流通风等使下缸温度降低。

正常运行中，机组进汽参数、负荷急剧变化，高压加热器的不正常退出运行、单阀门与顺序阀的切换等，也会影响缸温变化。

(二)缸体进冷水、冷汽

1、结构性或设备缺陷

(1)疏水设计不够完善。主、再热蒸汽疏水，缸体疏水，导汽管疏水及其他疏水，先全部集中在一根疏水集管上，再疏人扩容器或凝汽器。由于各疏水压力等级不能保证时时一致，从而出现个别疏水管出现返水、返汽现象。

(2)高、低压加热器及除氧器等容器内部存在一定的蒸汽(高温的疏水汽化)，当打开缸体疏水门(阀门本体也有可能存在内漏)时会有冷气漏入汽缸。停机后除氧器有相当大容积的水和低温蒸汽，在降压过程中，水也会不断汽化。这些带有一定压力的低温汽水在抽汽逆止门、电动门不够严密的情况下，很容易窜入基本处于常压下的汽缸，在下缸凝结吸热和流动冷却。

(3)机组停运后，辅汽通过轴封及不够严密的阀门窜入汽缸，或轴封减温水流入缸体。

有些机组由于轴封和汽缸的结合面漏汽的影响，使得保温层很潮湿，严重的时候，稍有压力，里面就会有水流出，潮湿的保温层在受热后，会产生大量的蒸汽冒出，这些汽体的汽化带走缸体的大量热量。

(4)汽机缸体夹层冷却蒸汽的流动变化，300MW以上机组采用高、中压缸合缸及内外双缸。高、中压进汽集中布置在中部，形成合缸中部的高温区，按各级做功逐步降温至两端低温区，而夹层冷却蒸汽主要作用就是冷却高温区的进汽部分，高、中压转子。当夹层冷却或加热汽体在流动过程中，由于高中压平衡活塞汽封等处的结构发生变化或异常，使缸体加热或冷却介质流量、速度发生变化，势必在机组启动、停运、大幅度变负荷过程中使得缸体温度水平发生变化。

(5)缸体温度测点的布置位置不合理或测点故障，不能够正确反映缸体的热应力情况。

(6)停机后，主汽门不严，主蒸汽泄露进入缸体，漏入的湿气在上缸凝结放热，致使高压下缸在停机8h后温降率仍达3℃／h，由于上述缸体温度未冷却到位，表现不够明显。

(7)在机组温、热态开机及甩负荷后启动情况下，冲转前要求开本体和机前疏水，大量的高温高压疏水和蒸汽进入高扩，使得原本处于真空状态下的高扩变成正压状态，压力高达0.20－0.54MPa，而此时汽机缸体内部又处于真空状态，使部分湿蒸汽倒流进入汽缸。机组在温、热态开机，开始轴封抽真空后，或在甩负荷或带负荷打闸停机时，门杆漏汽、轴封回汽经过抽汽管道返流入汽缸，致使中压下缸温度急剧下降。

2、运行操作

在机组启动、运行、停运过程中，尤其要注意主、再热蒸汽减温水和高压旁路减温水的控制。主蒸汽及高旁减温水泄漏进入缸体，致使高压缸下缸温度发生突降，高压缸下缸温降率可达10℃／min左右。往往会造成机组大轴弯曲、断叶片等恶性事故。

停机过程中，打闸后机组惰走时缸温差迅速升高，在加热器及抽汽管道中有积水，在机组打闸前后，开汽缸疏水(规定)，引起缸内压力突降，使原积水汽化后倒流入汽缸，导致抽汽管道和下缸温度降低。

有些机组，为防止缸温差大，在机组刚刚停运，立即密闭汽缸，致使疏水不充分，缸体内部残留大量汽水混合介质。这些介质在上缸凝结放热，流至下缸，通过疏水口流入疏水或抽汽管道，致使上缸不能自然冷却，下缸在低温疏水的流动冷却作用下，温度水平更加差于上缸。另外，汽水介质在凝结的同时，缸体内部局部产生负压，使外界低温大气通过轴封进人汽缸，介质再次凝结。如此循环，更进一步加剧了缸温差。

二、缸温差大引起的后果

(一)转子偏心变化

转子偏心反映的是转子的弯曲程度。当发生缸温差时，转子偏心一般也会发生一定程度的变化。当发生较大偏心时，尤其发生异常性反弹时，可能会发生缸体内部的动静部分摩擦，此时不可强行继续盘车，应该将转子弯曲部分置最高点直轴，待偏心回来后再次盘车运行。图1为某电厂汽轮机调停后偏心变化曲线。

转子与轴封碰摩首先发生在转子的某一部位，转子每转1圈，产生碰磨1次，随着转子摩擦处产生热鼠温度升高，碰磨加剧，因机组处在盘车状态，碰磨不会很严重。因此，当轴封磨损一定程度后，碰磨减弱，直到消失。因碰磨处温度升高产生膨胀，所以碰磨产生的偏心与碰磨位置成1800。

由转子偏心的变化情况可知当碰磨产生的偏心与原始偏心夹角为钝角，即随着摩擦产生的偏

心的增大，转子偏心先减小后增大，当摩擦消除后，碰磨产生的偏心逐渐减小，转子偏心也逐渐减小，但是已和原始偏心的方向不一致，即碰摩对转子产生了一定的永久变形。如果是锐角，碰磨必然会导致转子偏心增大，给机组带来安全隐患。

(二)缸体应力变化

通常缸体下缸温度水平低于上缸，当缸温差较大时，缸体将发生“猫拱背”变形致使动、静部分间隙变化缸体热应力也较大，严重影响材料寿命，甚至产生永久性变形，轴承中心发生变化，使机组发生振动。

三、防止异常性缸温差产生的措施

第一，机组正常运行中，认真监视，防止汽缸进冷水、冷汽(气)，停机充分疏水后，必要时可以采取密闭汽缸，定时开疏水的方法，尤其启、停机过程中，应注意轴封供汽温度与转子、缸体金属温度的匹配，防止抽真空抽进冷气。要防止发生汽轮机水冲击等恶性事故，防止汽轮机进冷汽(气)、冷水，定期检查缸体保温，发现问题及时处理。

第二，无论采用哪种方式启停机，启停机过程都要严格控制升(降)温、升(降)压、汽缸金属温升(降)率在规定范围，并适当安排暖机。在停机过程中应注意蒸汽参数与负荷的相互配合，在降低蒸汽温度时不要过多降低负荷，在比较大的降负荷时力求蒸汽温度适当稳定或只有较小下降。停机方式应选择单阀停机方式。

第三，疏水系统布置合理，相应疏水压力等级一致，否则应及时改造。定期检查轴封、各段抽汽疏水阀门，防止内漏、外漏。机组停运初期注意充分疏水。机组打闸后，要注意及时调整轴封压力、轴封供汽汽源，防止轴封漏入空气，并注意轴封供汽温度与转子、缸体金属温度的匹配。如果有无法处理的阀门内漏，应注意停机后，除氧器等高压容器的放水、降压。当主汽门有泄漏，必要时也可以采取锅炉定排泄压，提前放水。

第四，机组一旦形成缸温差，可根据缸温差的大小、变化率、产生位置和时间，利用测温仪表迅速查找原因。观察汽缸温度下降曲线是否比较平滑，以此说明本次停机有没有冷汽、疏水进入缸体。

第五，《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》规定：高压外缸下缸温差不超过50℃，高压内缸温差不超过35℃。当出现缸温差大引起大轴弯曲，发生动静部分碰磨时，将转子高点置于最高位置，采取闷缸措施，直到确认转子弯曲度正常。当盘车盘不动时，严禁用吊车强行盘车，应采取直轴方式。