联合循环汽轮机冷态启动上下缸温差大原因分析

董广会，陈晓辉

（深圳能源集团股份有限公司东部电厂，广东 深圳 518000）

某电厂建有3台日本三菱重工/东方电气集团公司联合制造的M701F3型燃气蒸汽联合循环机组，整套机组由一台M701F燃气轮机、一台TC2F-30汽轮机、一台余热锅炉、一台发电机及相关辅机设备组成，采用单轴布置。3台机组自2007年投运后运行状态良好，其中2号机组汽轮机第一次A修后出现冷态启动时高压外缸上下缸温差大的问题。为保障机组安全，提高机组快速启动能力，对汽轮机冷态启动上下缸温差大进行分析研究并设法解决，可有效缩短启动时间，节约能耗，保障安全。

1 设备概况

汽轮机为东汽配套的TC2F-30三压、双缸双排汽、一次中间再热、无回热、凝汽式机型，设计功率129.8MW。高中压缸合缸，各8级，低压缸对称布置，2×7级。汽轮机无调节级，高压主蒸汽经单个高压主汽阀、高压主汽调节阀（HPCV）进入高压缸第一级。高压缸排汽与中压过热蒸汽混合后进入再热器，再热蒸汽经中压主汽阀和中压主汽调节阀进入中压缸，中压排汽与低压过热蒸汽混合后进入低压缸。

2 发现问题

2015年，2号汽轮机冷态启动过程中，运行人员发现高中压缸上下缸温差达到报警值42℃，最高升高到69℃。查询历史数据发现，该机组在第一次A修后冷态启动时上下缸温差比修前明显增大，且有逐渐增大趋势。

汽轮机上下缸温差是机组启动过程中控制的重要指标，温差过大会引起汽缸向上弯曲变形，形成“猫拱背”，破坏中分面严密性，造成漏汽；引起动静碰磨，机组振动增大等，严重时可能造成设备损坏事故。因此，汽轮机上下缸温差大的问题涉及机组安全稳定运行，必须彻底解决。

3 原因分析及处理

引起汽轮机启动过程中上下缸温差大的因素很多，结合汽轮机结构特点、查阅相关资料进行分析，初步认为引起汽轮机冷态启动上下缸温差大的因素主要有以下几方面。

（1）缸温测点问题，包括测温探头不准，安装位置不准确等。经过热工校验后确定测温探头准确，但安装深度比设计值深10mm。当汽轮机开始进汽后，上缸温度由于探头位置更深，温度上升速度比下缸快，会造成上下缸温差加大。通过填充温度探头安装孔，恢复安装深度与设计值一致，汽轮机冷态启动上下缸温差大问题有微小改善，并未彻底解决，说明还存在其他问题。

（2）汽轮机进汽、排汽阀门内漏，蒸汽通过高压主汽阀、高压主蒸汽调节阀或高排逆止阀进入汽轮机，对温度测点位置造成影响。对上述阀门进行了解体检查，密封面研磨，严密性合格，汽轮机冷态启动上下缸温差大并未改善。

（3）疏水管路堵塞，引起缸体积水。解体疏水阀对阀门和管路进行检查，未发现堵塞。

（4）缸体保温性能下降或安装不规范。汽轮机高压进汽、高压排汽、疏水管均在下缸，增加了下缸的散热面积，下缸保温受管路和自重影响不易贴合，易出现保温脱层现象，加速下缸散热。经检查，上下缸保温表面温度均存在超温，在2号机组A修时进行了整体保温更换，下缸保温厚度比上缸厚20%以上，保温更换后，表面温度均不高于50℃。

（5）汽轮机缸体严密性差，蒸汽漏入高压内外缸夹层，加速上缸温度上涨。在2号机组A修解体时，发现高压内缸中分面有明显漏汽痕迹，内缸中分面间隙超标。采用激光熔覆技术对高压内缸中分面进行尺寸修复，以中分面外缘为基准面，将内张口部位间隙值修复至0.03mm以内，修前修后对比数据详见图1及表1所示。高压内缸严密性修复后，汽轮机冷态启动上下缸温差明显改善，比修前下降接近30℃，上下缸温差已降至报警值以下。

表1 高压内缸中分面严密性数据

图1 高压内缸中分面间隙测量区域示意图

（6）汽轮机暖机不充分。联合循环单轴机组在燃气轮机点火后，机组转速迅速提高至3000r/min，汽轮机并未进汽。当蒸汽参数满足进汽条件时，高压主蒸汽调节阀打开至初始开度，然后，根据机组启动状态以不同的速度缓慢打开至全开。冷态启动时，高压主汽调节阀初始开度为5%，开阀过程分为4个阶段，阀位变化情况详见表2、表3，阀位曲线如图2所示。

表2 HPCV开阀阶段表

表3 HPCV阀位参数表

图2 HPCV阀位曲线图

分析2号机组冷态启动数据发现，在HPCV打开至初始5%开度时，高压导汽管压力低于高压缸排汽压力，HPCV开度达到7%以上时，高压导汽管压力才高于高压缸排汽压力。说明2号机组HPCV阀门特性发生了改变，5%初始开度设定值偏低，导致汽轮机进汽初期暖机不充分，引起上下缸温差逐渐增大。

将HPCV阀门初始开度设定值提高到7%，并增加第一阶段3600s开阀延时，配合手动打开高排通风阀，暖机蒸汽流量得以保证，上下缸温差可以控制在报警值以下。2号机组A修后，不需手动打开高排通风阀，也可以保证上下缸温差低于报警值。

4 结语

汽轮机冷态启动过程中，上下缸温差大可能引起缸体变形，导致汽轮机动静部分发生碰磨，引发严重的后果。引起冷态启动过程上下缸温差大的因素很多，主要包括缸温测点偏差、阀门严密性差、疏水不畅、保温性能下降、缸体严密性差、暖机不充分等。笔者通过对设备性能排查和分析数据等方式进行分析，查找原因并采取措施控制上下缸温差，最终缩短了机组启动时间，减少了启动气耗量，提高了机组运行的安全性。