摘要：根据需求的不同，中小型机组在一些领域仍起着重要的作用，但由于设备厂生产、生产运行相关工艺资料的不足，而经常出现一些难以解决的问题。本文主要阐述了100MW汽轮机冷态额定参数启动时，出现调节级上下缸温差逐步增大，机组振动增大，大于设计值被迫停机，严重影响了机组安全运行，延长机组启动时间。针对此现象，经详细的分析对比，通过对运行操作、缸温数值曲线、各抽汽温度曲线和疏水系统进行全面的分析比较，找出了导致汽缸温差大振动超标的原因，并据此进行了一系列合理的改造和规范操作，取得了明显的效果。
关键词：汽轮机；缸温；冷态启动；振动
一、概况
中煤陕西榆林煤化工项目热动力装置安装的汽轮机选用哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的Ck100-8.83/4.3型高温高压可调节抽汽凝汽式汽轮机，该汽轮机采用单轴、双缸、双排汽结构，高中压缸合并，通流部分反向布置，在高压缸本体接有工业抽汽供煤化工4.1Mpa蒸汽管网用汽，中压缸本体接有一、二、三、四、五段抽汽供1、2号高加、除氧器及1、2号低加用汽，低压缸本体下部接有6段抽汽供1号低加用汽。
排汽装置回收空分冷凝液，温度50~60℃。
每台机组设置疏水扩容器两台，一台接各级管道疏水及缸体疏水，另一台作为高加危急疏水扩容器用。设计院提资每台容量为1立米，汽轮机厂家扩容为2立米。
主蒸汽系统采用母管制，一路向空分供9.8MPa 高压启动蒸汽，一路经过减温减压供化工4.5MPa 蒸汽，一路供汽轮机使用。由于主蒸汽母管向持续空分供高压蒸汽，所以汽轮机启动时是额定参数下（即高温535℃、高压参数9.3MPa）冷态启动。
温差大现象
2014年5月20日，3号机冷态额定参数启动，暖管过程中，发现缸体各级金属温度由室温20℃上升至116℃，上下缸温差34℃，冲转后暖机过程中，缸温差逐渐增大，为防止缸温差超温，在低速暖机30分钟后，汽机冲3000转，过临界转数1670rpm时，1#瓦和4#瓦振动超标，打闸停机，此时关闭所有跟高中压缸连接管线上的疏水管道，闷缸，缸温差继续增大。
图1 冲转前暖管过程中汽缸温度上升
2014年5月22日，上下缸温差恢复到20℃内，闷缸结束，准备冲转前打开有关疏水，高压缸调节级下壁温度由216℃，逐渐开始下降，汽轮机冲转暖机过程中，上下缸温差继续拉大，在温差未达到50℃前，被迫升速，冲临界转数1670rpm时1#瓦振动超标，冲转失败停机。
2014年5月25日，汽轮机再次冲转未果，打闸停机完成惰走后破坏真空，停轴封供汽后发现上下缸温差拉大速度加快。
图2
2014年7月2日，3号机组再次冲转，为避免缸温差超标，低速暖机50分钟后，冲3000转，并定速达3000r/min，随进汽量增大，上下缸温差逐步变小。
状态说明：每次启动时，各级疏水温度部分不符合规定，个别抽汽级后温度低（如12级，14级抽汽后温度）。
每次机组停机，上下缸温差继续拉大，停机后几分钟内下缸温度急剧下降，然后趋于缓慢，但是下降速度还是大于上缸，调节级处上下缸温差最大达到89℃，根据缸体壁温的高低，缸温差持续增大事件延续1天至2天不等。当时采取措施在打闸后，无论是开启疏水状态；还是抽真空维持排汽缸负压和破坏真空，缸温下降速度相同且缸温差始终增大。
同类型机组考察：此类型机组在广州石化自备电厂（2台）已经投产，热态启动各一次，启动过程中上下缸温差近70℃，之后一直采用滑参数启动，但是停机后出现最大温差为120℃。
二、汽轮机上下缸产生温差的常规原因：
1、上下缸具有不同的重量和散热面积，下缸重量大于上缸，下缸布置有抽汽管道，散热面积大，在同样的加热或冷却条件下，下缸散热快而加热慢，所以上缸温度大于下缸；
2、在汽缸内，蒸汽上升，其凝结水下流，使下缸受热条件变化；
3、在周围空间，运转平台以上的空气温度高于其以下的温度，气流从下向上流动，造成上下缸冷却条件不同，使上缸的温度高于下缸；
4、当调速汽门开启的顺序不当时，造成部分进汽，也会使上下缸温差增大；
5、在启机过程中，汽缸疏水不畅，停机后有冷汽冷水从抽汽管道返回汽缸，使下缸温度下降；
6、下汽缸保温不良，因为下汽缸保温不如上汽缸那样易于严密，从面造成空气冷却下汽缸；
7、停机后汽缸内形成空气对流，温度高的空气聚集于上汽缸而下汽缸内的空气温度低，从面使上下缸的冷却条件不同。
8、缸体温度测点：高中压缸温度测点一般布置在外缸内壁面．这种布置便于现场检修和日常维护，但不能及时反映内缸金属温度的真实变化，特别在高中压内缸，高、中压缸进汽部分温度变化剧烈。
9、系统分析：抽汽口一般布置在内缸的正下方．缸体正上部的区域相对于缸体下部来说，蒸汽流动阻力增大．蒸汽受排挤，蒸汽流动变化很小，换热相对滞后从另外一个角度来说，由于缸体正下方抽汽口的抽吸作用．大部分的上部蒸汽做功后，折向进入抽汽管道．而没有与内缸外壁、外缸内壁进行充分的热交换。从传热学角度来说，该部分内缸下壁的传热过程包括强制对流传热和辐射换热。而上壁可以类似的看作是有限空间自然对流和辐射换热。所以传热强度相差很大，因此在机组启停过程中下缸的温度要较明显低于上缸。
10、缸体保温层的影响：(1)汽轮机高中压合缸的下缸由于抽汽管、疏水管布置多，增加了缸壁的散热面积，又因汽缸下部基本成一个竖井状．形成了热对流．使冷空气不断进入汽缸下部，冷空气吸热上升，外面的冷空气又不断补充．增加了下部缸体的散热损失。(2)在汽缸下部贴壁处，由于重力的作用，导致保温贴壁处松动，存在间隙。冷空气注入后，保温效果急剧下降。
四．本项目上下缸温差大的原因分析
多次利用缸温差异常情况下记录的数据和运行人员的操作记录等有关情况，再结合疏水系统管道的整体布置来汇总、对比、分析、总结出下面几点原因：
1、主蒸汽管道疏水、高压导气管疏水、高调阀管路疏水、调节级疏水、工业抽汽疏水、一、二、三、四、五、六段抽汽疏水、等X跟谁谁管接在同一疏水集管上汇集，汇集后的疏水在流进高压疏水扩容器，见图1.在机组启动过程中，暖管期间，主汽门前压力为额定参数8~9Mpa，当打开主汽门前管道疏水进行疏水暖管时，疏水集管内容积很小，集管内压力升高，高压疏水会进入安装在此集管上的低压输水管。进而造成：a、冷态启动的情况下，冲转前，缸体壁温会由室温上升到100℃以上，冲转后，汽缸缸上缸温度上升，下缸温度上升速度慢，上、下缸温差增大；而且热态启动时冷汽冷水会翻入汽缸，造成下缸温度急剧下降，上、下缸温差增大，是上下缸温差大的主要原因。
疏扩图
2、疏水扩容器设计过小，形不成负压：疏水扩容器不能满足额定参数下疏水总量的需求，达高于设计的压力，低压疏水管线出现疏水顶托倒流，返水进入汽缸，造成缸体温度急剧下降，上下缸温差拉大。
3、汽轮机设计未考虑额定参数冲转：高温蒸汽进入汽缸后，迅速凝结，上部高温蒸汽加热上缸，蒸汽凝结水流入下缸制约温度的提升，
4、第一次改造后，疏水部位压力高于汽轮机喉部，高于气缸内部，空分疏水冲击，和锅炉补水需要，水流对排汽装置内部汽体有一个冲击作用，造成排汽装置下部压力高于汽缸内部，所水蒸汽进入汽缸后造成，下缸温度下降快。
5、空分来水温度高，汽化化造成排汽装置下部压力高于上部，高于汽轮机内部，所以当停机后，排汽装置下部压力高于汽缸内部，所水蒸汽进入汽缸后造成，下缸温度急剧下降。
6、轴封供汽影响：汽轮机启动前抽真空投轴封供汽后，轴封供汽进入汽缸；汽轮机冲转初始阶段缸内压力低于轴封供汽压力，轴封供汽进入汽缸；打闸停机后，惰走过程中轴封供汽进入汽缸，也是造成上下缸温差拉大的原因之一。
7、缸体保温影响：此汽轮机因高中压合缸，中压主汽门位于上缸侧面，高中压调速汽门位于缸体上方，下缸连接有各段抽汽和疏水管，因此保层要求应该是上缸薄，下缸后但由于汽门需要保温，因汽缸机构紧凑，所以施工单位将汽门和缸体保温做成一体，一是上缸保温层厚度增加，二是汽门流过的高温蒸汽热量直接传递至汽缸，是造成上缸温度高于下缸的原因之一。
8、疏水管布置：因为设计时优化汽轮机厂房，所以整体空间变小，缸体及各段抽汽疏水管布置空间灵活度小，因此大部分疏水管出现水平布置的现象，形成水封，导致疏水不畅是上下缸温差拉大的原因之一。
9、调节级疏水排水不畅，停机后下缸温度下降大，破坏真空后，开启各部疏水几分钟后关闭，缸温没有回升迹象，进入的冷汽冷水没能排出，1~2天后，下缸温度才能和上缸趋势趋于一致。
10、缸体固有结构造成：高中压合缸并且通过连通管与低压缸相通。
11、此汽轮机自身接有7段抽汽，缸体小接有的管道多，散热较多。
五、采取的措施
1、第一次改造
1)将各部疏水按照压力等级从新分配，将压力等级低的疏水移至排汽装置。有效果，但是缸温还是不在可控范围内。
2)保温层进行改造，上缸减薄，阀门与缸体分开保温。
2、第二次改造
1)将主蒸汽管道、导管疏水、高压调门疏水移至高加危急疏水扩容器。
2)疏水管线倾斜布置。
3、运行上的的调整
1)冷态启动暖管结束后，关闭管道疏水，减少扩容器负荷。
2)减少低速暖机时间，尽快提升转速至中速暖机，将缸体内蒸汽压力提升，强化疏水，防止冷汽由疏水返至汽缸。
3)热态启机，各疏水在冲转之前开启1~2分钟关闭，防止返汽，待冲至3000r/min定速后开启。
4)机组打闸前，各疏水不开启，有开启的关闭，破坏真空后开启。
5)轴封供汽的切换按照缸温进行。
6)采用顺序阀启动方式，下缸进汽，提升下缸温度。
7)冲转过程中严格按照升温升压曲线要求进行维护运行，真空保持在冲转要求值。
图改造后缸体温度
效果论证
1、在2014年12月份3号机组启动、调试、运行期间，采用以上措施控制缸温差效果显著，机组启动暖机到并网过程中，缸温差始终控制在40℃以内，机组振动也控制0.08mm内，保证了机组能顺利完成72+24小时试运。随着机组并网发电，调门进汽量逐渐增大，上下缸温差逐渐变小，最终缸温差在3℃内。
六、结束语
通过对相关设备的改造后，加之运行操作上的调整，在机组调试期间，经过做调试试验多次启动证明，改造的效果和采取的措施是良好的。截至目前为止，每次开机、停机再没有出现上下缸温差超限的情况。避免了机组热膨胀不均，减少了热疲劳，延长了机组的使用寿命，提高了机组的安全可靠系数，提高了机组的经济效益。
论文作者:赵利兴
论文发表刊物:《基层建设》2016年24期8月下
论文发表时间:2016/12/7
标签：疏水论文; 温差论文; 汽缸论文; 缸体论文; 汽轮机论文; 温度论文; 机组论文; 《基层建设》2016年24期8月下论文;