摘要：XX公司汽轮机能耗水平较高、安全可靠性差，采用现代化技术对其通流部分进行改造。本文针对汽轮机通流改造后启停过程中出现的问题，进行深入分析，提出了解决问题的办法。
关键词：汽轮机 通流改造 问题 分析
一、前言
XX公司两台300MW亚临界机组，是哈尔滨汽轮机厂以西屋引进型300MW汽轮机的第二代改进优化型73B凝汽式汽轮机为母型，于2005年设计开发的直接空冷型汽轮机。由于73B型的优化设计完成于上世纪90年代，受当时设计手段和设计工具的限制，其气动热力设计水平现在看来已比较落后。2006年两台机组投产以来，汽轮机缸效率和热耗率严重偏离设计值，且存在某些安全可靠性问题，迫切需要对其进行技术改造，提高机组热力性能和安全性能，以实现安全、经济、高效运行。
二、原汽轮机结构、性能
XX公司2台300MW机组采用哈尔滨汽轮机有限责任公司制造的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、反动式、直接空冷凝汽式汽轮机，蒸汽参数为16.7MPa/537℃/537℃，额定背压18kPa，设计高压缸效率87.69%、中压缸效率93.28%、低压缸效率93.02%，设计热耗8211.9kJ/kWh。
汽轮机高中压汽缸由高中压外缸、高压内缸、中压内缸组成，形成双层缸结构，低压缸由外缸、1号内缸、2号内缸组成，形成三层缸结构，对称分流布置。汽轮机采用喷嘴调节，调节级正向布置，高压叶片反向布置，中压叶片正向布置。通流部分共有34级，高压部分1+12级叶片(包括调节级)，中压部分9级叶片，低压部分2×6级叶片。
根据机组2013年1月大修前性能试验报告，THA工况试验高压缸效率为85.497%，中压缸效率为90.767%，低压缸效率为87.012%，修正后热耗为8588.16kJ/kWh，机组热耗水平与设计值存在较大差距。为了进一步节能降耗、提高机组效率，XX公司于2016年5月对汽轮机实施通流部分技术改造。
三、通流改造情况
1. 高中压部分更换了高中压转子和高压内缸，对高中压部分的通流设计进行整体优化，调节级从反流结构改为顺流结构，高、中压通流级数各增加1级，调整高中压部分根径。
2. 低压部分取消原机组中的低压1、2号内缸等结构，整合设计形成360°蜗壳式内缸，更换低压转子，对低压部分的通流设计进行整体优化，采用665mm空冷末级模块，合理优化低压排汽导流环。
3. 采用四维技术优化高效动静叶片，高中压、低压部分均采用反动式设计，更换高中压、低压动静叶，高中压、低压1-3级动叶、2-3级静叶片均采用预扭装配式，提高通流精度。
4. 采用先进的蒸汽泄漏控制技术，高中压进汽、抽汽密封结构均采用叠片式，取代了传统活塞环结构形式，高中压通流内部汽封和端汽封均采用哈汽多齿小间隙新型汽封技术，并对原有不合理结构进行改进。
5. 通流改造后，THA工况（5VWO）下，预计高压缸效率达到87%以上，中压缸效率达到92%以上，低压缸效率（UEEP）达到92%以上，整机热耗不高于8250kJ/kWh，汽轮机的性能得到大幅度的提升。
四、机组启停过程出现的问题及分析
（一）进汽参数上升较快引起机组振动异常
汽轮机通流改造后，相当于新建机组，需要以新机组的态度认真对待。启动过程中，进汽参数的控制显得更加重要，对于进汽参数和升温、升压、升负荷速率都要严格执行厂家和规程要求。
机组在并网后，锅炉侧开始投运磨煤机，主汽温度从420℃升至500℃，上升速度较快（在规程允许范围内），引发一瓦、二瓦处轴振由50 µm上升至150 µm，引发机组振动异常。主汽温度上升过程中，机组静子膨胀滞后于转子，造成机组动静间隙变小，稳定时间短、升温幅度大引发机组振动加大。建议带初负荷过程中，适当控制升温率和升温幅度，增加暖机时间，在机组充分膨胀后再进一步增加机组负荷，提高机组的负荷适应性。
（二）汽轮机上、下缸温差较大
根据规范和规程要求，机组在启动和运行过程中，上、下缸温差在超过42℃报警，温差在超过56℃时需要停机处理。机组在通流改造后第一次启动时上下缸温差偏大，经过停机对测点进行检查核对后，第二次启动基本正常，但是在机组带负荷至100MW以上时，上、下缸温差逐渐增大，机组在224MW负荷时，高压缸温差达到近32℃，中压缸温差达到近39℃，而且调节级温度低于高压上缸金属温度（DCS画面值）。
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1. 对照厂家图纸和就地实际位置，检查调节级温度测点以及其它缸温测点，检查热电偶的插入套管深度，必须将热电偶伸到套管底部，否则测试温度偏低；
2. 机组在启动初期，要有意识地控制上、下缸温差，可通过间歇性地关闭抽汽管道疏水门的方法，使得漏入蒸汽能够尽可能的均匀加热汽缸，防止上、下缸温差过大，以引发安全事故。
3. 机组在停机后，也可以采取此种办法来控制上、下缸温差，但是需要根据实际情况不断总结经验，并进行适时调整。
（三）汽轮机膨胀问题
通过9月底和12月初的两次启动，发现汽轮机在启动、带负荷和停机过程中的膨胀情况不一致：启动过程中，高压缸膨胀曲线较为平滑；但在11月16日停机后机组冷却过程中，高压缸回缩曲线呈现明显的“小台阶”状，汽轮机在盘车状态下本体内有异音，轴振探头波动明显，持续时间长短不一。这一现象说明机组在受热膨胀时，高中压缸能够连续、平滑、均匀地去推动前箱朝机头方向膨胀，而在冷却过程中，高中压缸在回缩时前箱存在“顿挫”。可能由以下原因引起：
1. 前箱与台板存在间隙不均匀现象，从而造成局部接触受力；
2. 前箱两侧角销间隙不符合要求。
建议在机组停机时，对前箱的滑销系统间隙进行全面复查，以确定是否存在问题。此外，机组在盘车状态下，也需要运行人员监视机组偏心和转子晃度情况。
（四）汽轮机停机后真空维持问题
机组停机后，如果维持真空，就必须为轴封供汽，这样会产生两个负面影响：
1. 轴封供汽在采用辅助蒸汽联箱供给时，蒸汽温度偏低，一般在250℃左右或者更低，会造成轴端的迅速冷却；
2. 在抽真空的状态下，轴封供汽经过轴端汽封，漏入缸内，由于温度低，对汽缸存在强制冷却作用，而且极其不均匀，如果长时间送轴封可能会造成转子、汽缸不能均匀冷却，动静间隙减小造成碰磨。
因此，汽轮机停机后短时间内不再启动时，维持一段时间真空后即可破坏真空，停止轴封供汽，保证上、下缸温度和转子温度均匀，机组自然冷却，以消除冷却不均匀造成的应力集中现象。如果必须维持真空，必须遵守以下原则：
1. 尽可能提高轴封供汽温度，可以利用锅炉余热，稍开高压旁路，采用冷再为轴封供汽；
2. 轴封供汽压力在保持汽轮机转子轴端不漏入空气的情况下，采取较低压力运行；
3. 严密监视上、下缸温差和转子偏心、TSI振动指示情况，任何一项指标超限或者异常增大的情况下都要紧急破坏真空。
（五）发电机6瓦轴振显示异常
机组在改造后的近两次启动过程中，发现6瓦轴振探头X、Y向振动指示有阶跃的现象（瓦振始终在20µm以下）。机组解列停机后，6瓦轴振又恢复到正常值，机组在惰走时为60µm左右。
通过数据分析，发现6瓦X、Y向轴振探头受励磁电流影响较大，励磁电流越大，探头失真越多，在励磁电流消失后，探头显示恢复至正常值。为寻找问题原因可采取以下措施：
1.对现有的6瓦轴振探头进行校验，检查其是否存在磁化干扰情况，如轴振探头检查正常，应检查发电机转轴是否存在剩磁；
2.对发电机转子和安装探头的油挡前后轴向位置（包括油挡）进行全面彻底的清理，保证发电机转子在冲车、带负荷过程中不会有附着物对轴振探头进行干扰；
3.在发电机6瓦外侧另外加装一套轴振测量装置，启动前调好探头，在带负荷过程对转子振动进行监测、测试。
五、结束语
汽轮机通流改造后与原有设备存在着相当大的差异，所以机组在启动、运行、停机过程中，都要以新机组的态度去对待。只有在机组运行过一段时间后，动静间隙、汽缸转子膨胀、应力释放、内外缸的间隙配合、转子轴系等各项指标才能慢慢趋于稳定，检修、运行人员对其特性和性能才能有一个全新的认识和把握。所以，对于汽轮机运行参数、指标控制、检修工艺、日常维护都要去严格要求、严格把关。
参考文献
[1]XX公司集控运行规程.
[2]XX公司汽轮机节能提效改造技术协议.
[3]XX公司汽轮机节能提效改造后设备说明书.
作者简介
刘群杰，男，工程师 ，E-mail：sxlqj0705@163.com。
论文作者:刘群杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/21
标签：机组论文; 汽轮机论文; 通流论文; 转子论文; 中压论文; 温差论文; 低压论文; 《电力设备》2017年第19期论文;