汽轮机快速冷却技术应用

张建双

(华能嘉祥发电有限公司，山东 嘉祥 272400)

汽轮机快速冷却技术应用

张建双

(华能嘉祥发电有限公司，山东 嘉祥 272400)

介绍了电厂机组冷却技术的现状，针对电厂汽轮机停机后需加速冷却的问题，提出有效、快捷冷却汽轮机汽缸的快速冷却技术及措施，运用冷却装置实现汽轮机快速冷却，以缩短检修工期及提高机组利用率。

汽轮机；快速冷却；高压缸；逆流冷却

0 引言

随着优质保温材料被广泛采用，机组的保温性能得到了很大的改善，其运行热效率和安全性也有了很大的提高，但机组的停机冷却时间却大大增加。机组停机后，高压缸第一级金属壁温度在300-400 ℃，要冷却到检修所需温度150 ℃以下，需6-7天时间(与机组容量、参数、保温条件及停机时汽缸温度水平等因素有关)。采用一般的使缸温降到150 ℃以下的自然冷却方式与检修工期产生矛盾，导致机组的可用率降低。因此，需要研究使用有效的快速冷却技术。

1 冷却技术现状

现代各电厂大多采用滑参数停机来降低停机时汽缸的温度水平。但滑参数停机时控制主蒸汽、再热蒸汽温度较困难，有时汽温有较大波动，甚至发生汽轮机进水事故。另外，为控制降温速度在规定范围内，滑停时间较长，机组低负荷运行时间长，对经济运行和锅炉稳燃不利，为保证锅炉稳定燃烧需投用助燃油有时可达几十t。滑参数停机只能使汽缸温度降低到一定水平，一般在300 ℃左右，且停机后缸温还会回升，故滑参数停机并不能解决停机后长时间等待冷却的问题。

停机后采用必要的内冷却方式加速汽轮机的冷却，对缩短停机后的等待冷却时间十分有效。某厂1号、2号机(汽轮机型号：N330-16.7-538/538，由上海汽轮机厂引进美国西屋公司技术制造)停机后，高压内上缸温度降至300 ℃时，采取空气强制冷却汽轮机以加快汽轮机的冷却。以下对其要害环节、注意事项、冷却速度、控制的空气量、系统的检查等进行具体的论证。

2 空气强制冷却技术

为保证机组大、小修顺利进行，根据汽轮机运行状况，在必要的情况下，可采用空气强制冷却汽轮机以加快机组的冷却。强制冷却汽轮机的持续时间不超过26-28 h，高压汽缸的温度降到可以打开汽缸为止。

2.1 强制冷却的技术要求

(1) 强制冷却汽轮机持续时间一般不超过26-28 h。

(2) 高压内上缸温度在300 ℃以下才能投入强制冷却。

(3) 在冷却过程中，冷却速度为6-8 ℃/h。

2.2 需投运的设备

(1) 循环水泵，并且凝汽器要通有循环水。

(2) 凝结水泵。

(3) 高压油泵。

(4) 轴封抽汽器。

(5) 轴封系统。

(6) 连续盘车。

2.3 系统检查

(1) 主凝结水再循环门开启调整水位。

(2) 检查下列阀门应关闭：电动主闸门；真空破坏门；高低加空气门；1，2号热网空气门；加热装置疏水至2号热网疏水门；轴封漏汽管道上的疏水门；电动主闸门前后疏水门及启动旁路疏水门；高加及低加疏水至凝汽器疏水门；导管疏水、自动主汽门前疏水；1-8号抽疏水至疏水扩容器门。

3 空气强制冷却的技术措施

3.1 投入空气强制冷却时的措施

(1) 向轴封送汽，轴封温度保持180-200 ℃，启动冷却抽汽器，保持进汽压力0.49 MPa，真空20-30 kPa，开启空气门。

(2) 汽轮机通流部分冷却：自动主汽门、中压调门、上下段隔板全开，高压调门、防腐气门开启。

(3) 通流部分冷却4-5 h之后才能打开法兰冷却系统。

(4) 开启汽缸加热装置，疏水门关闭。

(5) 稍开冷却空气门。

(6) 监视汽缸温度有下降趋势(每30 min对所有缸温及胀差抄表1次)。

(7) 保证汽缸法兰两侧温差不大于20 ℃。

(8) 使汽缸温度降至150 ℃。

(9) 汽缸缸温下降速度为6-8 ℃/h。

(10) 根据缸温下降情况适当调整轴封。

(11) 用开大冷却抽汽器进汽门或空气门的方法来控制空气量。

3.2 停止空气冷却时的措施

关闭冷却空气门，停止冷却抽汽器；停止轴封送汽，开启真空破坏门；停止凝泵运行，开启所有疏水门，关闭加热汽门；打闸，关闭高中压调门及上下段隔板；停止高压油泵，投交流润滑油泵。

3.3 注意事项

(1) 高压缸温度在300 ℃以下时投入汽缸冷却，冷却速度小于6-8 ℃/h。

(2) 严密监视高低压缸胀差变化情况，排汽温度不应超过130 ℃，否则停止低压缸轴封送汽。当温度降至120 ℃时，重新投入低压缸轴封送汽。

(3) 对转子的相对膨胀加强监视，在高压转子胀差小于0.5 mm时，只使用法兰螺栓空气冷却系统。当高压转子胀差不小于0.5 mm时，可同时进行汽机通流部分的冷却工作。

(4) 当高压转子相对膨胀等于-1.3 mm时，停止汽机通流部分的冷却，保持高压缸法兰加热系统的冷却。当转子相对膨胀为-1.0 mm时，重新投入通流部分冷却。

(5) 冷却过程中，当汽缸和法兰的最大温差达到75 ℃时，则停止法兰冷却系统。

(6) 在冷却过程中，同时监视左右法兰对应点的温差不应超过20 ℃，否则应采取措施。

(7) 当高压内缸温度降至150 ℃以下时，停止冷却抽汽器，停轴封系统。

为保证此项工作能够安全进行，要求工作中认真操作，巡视检查一定要到位，发现异常，及时汇报、及时处理。2号机停机前，汽机检修人员需在前箱北侧加装膨胀指示器，在1-6号瓦加振动自动检测装置连续检测。汽机运行人员在停机前应对所有数据认真抄录。

4 使用快速冷却装置实现汽轮机快速冷却

为了加快汽轮机停机后的冷却速度，缩短冷却时间，该厂使用快冷装置系统，利用通热空气的方式，在汽轮机停机后的高温阶段，输送300 ℃左右干燥、洁净的热空气，并保持与汽缸内壁有一定温差，由高温阶段的小流量逐渐调至低温阶段的大流量热空气。通过对汽轮机冷却过程中汽缸应力变化的监视，发现高温干燥洁净的热空气对汽缸产生的热冲击和应力破坏极小，是十分安全可靠的。

整个系统利用空气压缩机输送气源。空气经油水过滤器过滤后，由2套空气加热器将压缩空气加热到一定温度后输送到集气箱，然后送入汽轮机各个冷却部位。通过控制阀及压力、流量、温度显示装置，随时调节压缩空气温度和流量，再配合汽轮机应力监视，在规定范围内按比例降低汽缸温度，达到快速冷却的目的。

4.1 快冷装置设备参数

设备型号：YQL-II180型，卧式；空气最大流量：60 m3/min(1个大气压，20-45 ℃)；加热电源总功率：180 kW；最高加热温度：400 ℃；设计压力：0.96 MPa；工作压力：0.80 MPa。

4.2 快速冷却装置组成及工作原理

4.2.1 快速冷却装置组成

快速冷却装置由进汽口法兰、油水过滤器、空气加热器、管道、截止阀、压力表、流量计、控制柜、测温元件、集气箱等组成，如图1所示。

图1 快速冷却装置示意

4.2.2 工作原理

快冷装置的工作原理：压缩空气由进气口法兰进入油水过滤器，油水被过滤后排入地沟，压缩空气通过管道进入空气加热器，空气被加热到一定温度输送到集气箱。采用数字温度调节仪，控制加热元件的功率，达到均匀控制温度的目的。集气箱与2路快冷母管连接，2路快冷母管分别与快冷至1号机供汽母管和快冷至2号机供汽母管连接，如图2所示。

图2 集气箱与快冷母管连接示意

快冷供汽母管A向A，B再热蒸汽调门后管道供汽冷却中压内缸，向高压外缸疏水管道供汽冷却高压外缸，向中压外缸疏水管道供汽冷却中压外缸。快冷空气母管B分别向1-6高调门后管道供汽冷却高压内缸。

4.2.3 强制通风快速冷却方式的选用

汽轮机强制通风快速冷却的主要对象是汽轮机的高、中压汽缸。根据冷却空气与工作蒸汽流动方向的异同可分为顺流和逆流2种。

顺流空气冷却自高温区引入，传热温差大，比逆流空气冷却有大的热冲击风险。但由于是全周进汽，对转子、汽缸冷却比较均匀，且进汽区原来都有金属温度监视测点可以利用，便于监视和控制冷却速率。

逆流冷却虽然进口温差小，在汽轮机处于高温阶段冷却时受热冲击的风险比顺流冷却小，但因不具有顺流冷却的均匀性优点及进汽区无现成的金属温度监视测点，因此不便于监视及调节。

通过理论论证和实践证明，顺流冷却较方便，且汽缸的热冲击风险因空气已在阀门及导汽管中吸热，温度已升高，故只要控制得当是完全可以达到冷却效果的。

为了防止冷却开始阶段在空气引入处产生热冲击，在空气引入前设置电加热器，预先将冷却空气加热到一定温度。这样使得冷却空气的初始温度具备了可控条件，加上易于调节的空气流量条件，使汽轮机冷却速率自始至终更易控制在最佳值附近并较为均匀一致。

4.2.4 主要操作及其注意事项

(1) 对强制冷却装置进行充分吹扫，排尽系统管道内积水，吹去其污垢。

(2) 投电加热器，调节出口气温，系统暖管。

(3) 汽轮机停机后10-12 h，汽缸内疏水充分排尽后，关闭汽缸本体和l级、3级抽汽管气动疏水阀。其目的是防止压缩空气短路。

(4) 待系统暖管充分，分气箱内压缩空气温度和汽缸内首级金属温度之差小于150 ℃时，可分别打开各分路隔离阀，开始通气冷却。

(5) 在冷却过程中，严格按规定的温度下降速率控制进气量及强冷装置出口气温。加强监视，随时调整，按时记录，控制各项参数在许可范围之内，确保设备机组安全。主要监视参数有：高、中压缸金属温度及下降速率；汽轮机上下缸温差、轴向位移、高低压胀差、偏心、盘车电流、缸胀；高、中、低压缸排汽温度、DEH应力报警；压缩空气流量、压力、温度；强冷电加热器电流等。

(6) 强冷过程中确保有关辅助系统运行正常。

(7) 待汽轮机首级金属温度下降到130 ℃时，(一般有10-20 ℃温度反弹)可停止强制冷却，打开前面关闭的有关气动疏水阀。

(8) 再盘车12 h左右，确认汽缸内金属温度停止反弹开始平稳下降，各项参数均正常时，可停止盘车及润滑油系统运行，许可检修工作。

(9) 温度控制采用手动和自动方式，温度控制偏差在±5 ℃，设置温度超限报警和流量测量装置、温度测量装置。

5 结束语

汽轮机快速冷却不但能明显缩短检修周期，还可在强迫停机时汽轮机快冷后配合停机进行设备缺陷排除工作，使设备可靠运行。此快冷方法还能减缓汽轮机的腐蚀，保证机组安全稳定运行。

2015-12-22；

2016-05-08。

张建双(1976-)，男，工程师，主要从事汽机检修维护工作，email：zjshuang@sohu.com。