汽机高压主汽调门开度异常下降原因及预防措施

吴森南

摘要：近期，高压主汽调门在部分负荷段出现调门开度异常下降，有时幅度达到20%左右。高压主汽调门的异常下降，降低汽轮机的做功能力，其次增加高压主汽在调门处的节流损失，降低汽轮机的效率，对汽轮机的运行经济性有较大的影响。

关键词：联合循环;调门异常;锅炉效率;燃机排气温度

一、高压调门异常下降现象

某厂机组为西门子F级燃气—蒸汽单轴联合循环机组，汽轮机型号为HE 型三压再热双缸凝汽式汽轮机。在正常运行过程中，汽机高、中压系统处于滑压运行，高、中压调门保持全开。近期机组两班制运行期间，高压主汽调门在部分时间的高负荷段，出现了调门开度异常下降的现象。严重时，调门开度从99.8%异常下降至81.8%，下降幅度较大。

二、高压主汽压力控制策略简介

机组启动至正常运行期間，高压主汽压力控制过程如下：

（1）燃机点火后，高压主汽压力处于压力限制模式。压力大于高压旁路压力设定值后，高压旁路逐渐开启至100%。高压主汽压力大于2MPa后，高压旁路逐渐关小至固定开度。

（2）当高压主汽压力大于8.43MPa后，高压旁路由ASA模式切至USP模式。此时高压旁路压力设定值接受高压单元主汽压力设定值。

（3）当高压旁路开度<5%，高压缸第一级动叶前压力>2.5 MPa后，高压主汽由压力限制模式切换至初始压力模式。

三、高压主汽调门开度异常下降原因分析

机组运行中，影响高压主汽调门开度因素较多，最主要和常见的原因一般有：高压主汽流量测点故障、高压调门控制系统故障、高压主汽压力异常下降。

1、高压主汽流量测点故障

运行中，高压主汽三个流量测点两两之间偏差大于3t/h，会导致高压主汽调门开不足。检查三个高压主汽流量测点，运行期间没有发现通道故障，两两之间的偏差保持在1.5 t/h之内，没有出现异常或者大的偏差。

2、高压主汽调门控制系统异常

高压主汽调门控制由TAB启动装置、Speed控制器、adm控制器、TSE计算控制器、高压主汽压力控制器及汽机高压系统保护组成。在发生异常期间，汽机控制系统工作正常，没有发生控制器故障报警或者控制异常现象。

3、高压主汽实际压力异常偏低

高压系统滑压运行过程中，随着高压主汽实际压力低于滑压线，两者差值逐渐减小。如果高压主汽实际压力低于高压主汽设定值，控制器会关小高压主汽调门，提升实际压力。

根据运行数据分析，在实际压力大于高压主汽控制器设定值，高压调门正常全开。在实际压力小于高压主汽控制器设定值后，高压主汽调门开始关小，抬升高压实际压力，保持实际压力不小控制器设定值，控制系统动作正常。

四、高压主汽实际压力下降的原因分析

高压主汽压力下降的原因较多，结合燃气-蒸汽联合循环机组的特点，最主要的原因有燃机排气温度及余热锅炉高压受热面的换热效率。

1、燃气轮机排气温度

燃气轮机排气温度由燃气轮机排气计算温度TATK确定。TATK是通过预设控制模式进行控制，负荷-排气温度的数据曲线根据调试数据保存在机组控制逻辑。运行时根据保存的负荷-排气温度对应曲线，通过OTC温控器、IGV温控器，实现燃机排气温度和负荷-排气温度曲线相一致。

燃气轮机排气计算温度TATK的计算方法是：24只三支型热电偶温度信号计算燃气轮机的平均排气温度、压气机进口平均温度及转速三个信号，通过公式TATK=TATact-（K1+K3×TCLact）×TCLact-K2×（1-n/n0）计算TATK。

（1）#3燃机负荷-排气温度曲线对实际排气温度的影响

燃机在前期为了降低NOX排放，燃烧器进行9孔改8孔的技改。技改后进行了燃烧调试，形成新的负荷-排气温度的数据曲线。在汽机啮合前，IGV温控定值为560℃;IGV开启至280MW之间，TATK为575℃;在负荷280-340MW之间，温控值为573℃;在330MW以上，温控值在567℃左右。

由此可知，#3机组在高负荷段，尤其是340MW以上，由于燃机排气计算值下降，引起余热锅炉的进口烟气温度下降，导致高压系统蒸发量变少，压力下降低于控制值，高压主气压力控制器通过关小高压调门提升实际压力不低于控制值。

（2）环境温度对燃机排气温度的影响

根据燃机排气计算温度计算公式可知，燃机实际排气温度将随着压气机进口温度正向波动。即环境温度越低，燃机实际排气温度越低，反之则相反。

由运行数据可知，机组负荷300MW，环境温度由5.7℃将至3.5℃时，燃机实际排气温度由573℃将至570℃，高压主汽调门开度由99.6%逐渐关小至85.6%;机组负荷330MW，环境温度由6.5℃将至3.5℃时，燃机实际排气温度由576℃将至568℃，高压主汽调门开度由99.3%逐渐关小至91.8.6%。

由此可知，由于机组运行环境温度较低，尤其是低于3.5℃后，引起燃机实际排气温度下降，余热锅炉的进口烟气温度下降，导致高压系统蒸发量变少。

2、余热锅炉效率对高压主汽压力的影响

余热锅炉高压受热面换热效率队高压主汽压力影响密切，受热面换热效率高，高压主汽系统蒸发量大，高压主汽压力提高。由于机组投产运行时间将近10年，共启动了1122次，锅炉受热面不可避免的存在腐蚀、冲刷磨损等现象，引起受热面换热效率下降。

在B修期间，对余热锅炉高、中、低压汽包进行了内、外表面结构情况检查。高压受热面内表面光滑，结垢情况良好，对高压系统受热面的换热效率影响不大。受热面外表面存在一定程度的锈蚀和脏污，通道底部存在积存锈蚀物。锅炉高压系统受热面外部存在一定程度的锈蚀和脏污，一定程度降低了高压系统受热面的换热效率，导致高压系统产汽量下降，高压主汽压力有一定程度下降。

五、总结

综合上述分析，#3机组运行中在部分工况下出现高压主汽调门异常关小的原因是：在机组高负荷段（340MW以上）燃机实际排气温度因排气计算温度的下降而降低，在环境温度降低（低于3.5℃）的情况下燃机实际排气温度因环境温度的下降而降低，导致余热锅炉进口烟气温度下降，热源相对减少，且余热锅炉因受热面外表面锈蚀脏污及穿墙管烟气泄漏导致换热效率降低，两者因素叠加，引起高压系统蒸发量降低，高压主汽压力达不到设计值甚至低于高压主汽压力控制器设定值，触发高压主汽压力控制器动作，通过关小高压调门的开度提升实际压力不低于设定值。

六、改善措施

高压主汽调门异常关小降涉及的因素较多，有些是机组本身设定的控制参数（排气计算温度）、燃机特性及客观因素，较难以改善。有些可以通过运行调整、检查及消缺可以进行改善。针对可以改善的部分，特提出以下改善措施：

（1）坚强主汽流量测量偏差的监控。防止因高压主汽三点流量测点数值两两之间偏差大于3t/h引起调门异常。如发现接近临界偏差值，及时通知检修进行校验。

（2）在兼顾燃烧稳定性、NOX排放指标的情况下，尽可能提高高负荷段燃机排气计算温度。

（3）保证汽水化学品质合格。防止运行中因汽水化学品质超标引起流通部分的结垢和腐蚀;

（4）改善汽水系统的保养方式。机组停机后继续探索更加的停机保养方式，防止和减缓汽水流通部分的结构和腐蚀;

（5）加强锅炉受热面外表面锈蚀情况的检查。适当的情况下，对锅炉受热面外表面进行除锈清理，提高受热面换热效率;

（6）加强锅炉密封情况及内部护板固定情况的检查。改善穿墙管的泄漏程度，防止内部通道护板松脱及保温材料的散落。