绩效考核_汽轮机性能考核试验概述

汽轮机性能考核试验 西安热工研究院有限公司2010年04月 TPRI 第一讲汽轮机热力性能试验概述 试验目的及类型 新机考核 要求最高 大多按ASMEPTC6标准进行 试验测点与运行测点分开 一般在设计阶段将测点加入 主要受各发电公司 电厂委托 对汽机制造厂商 国内或国外 的保证值进行考核 基建达标试验 按部颁新企规的要求 新机移交生产必须有达标试验报告 经济性评价或能耗诊断试验不但要作额定工况 往往还要作各种不同负荷下的热耗和煤耗值 摸清底数 要求分析经济性差的原因 以便制定改进方案 对比试验 机组大修前后性能试验 机组通流部分改造前后考核试验大修前后对比性试验要求相对较低 多用运行表计 机组通流部分改造前后考核试验是在老机组改造中的必做项目 是对改造效果的评价和对改造厂商的考核 此类试验涉及高 中 低压缸效率 通常有关各方都要求按ASMEPTC6标准中的全面试验方法进行 对试验结果也要求做不确定度分析 描述汽轮机热力性能的重要指标 汽轮机组的热耗率 汽耗率 包括机组本身和热力循环整体两种 蒸汽的流量 给水的流量汽轮机各缸的效率发电机出力 包括有功 无功和功率因数 汽轮机各轴封泄漏量 系统各部分内 外漏流量以及热力系统中工质在各部位的参数等 常用试验标准 美国机械工程师协会 汽轮机性能试验规程 ASMEPTC6国际电工委员会 汽轮机热力验收试验规程 IEC60953 1 IEC60953 2中国国家标准 电站汽轮机热力性能验收试验规程 GB8117 1 2 2008德国工业标准DIN1943英国国家标准BS752 1974日本工业标准JISB8102 1977 各阶段工作 设计阶段收集资料编写试验大纲 确定试验用测点安装阶段指导安装试验用测点检查落实所有试验测点情况商运阶段对系统进行检查 摸底现场安装测试系统现场正式试验试验数据的分析编写试验报告 试验结果的比较 阀点基准法若保证值是以阀点为基准的 则需通过各阀点分别给出设计和试验出力与热耗曲线 将两条曲线进行比较 在额定负荷处读取两条曲线的差值 作为比较的结果 节流阀基准对于单阀或多阀一致动作的机组 每一试验热耗与设计热耗的比较都在负荷为阀门全开点负荷相同的百分数时进行 规定负荷基准经修正后的负荷偏离规定负荷不超过5 在此范围内 将试验结果与规定负荷下的保证值加以比较 试验报告包括的内容 前言 概述该项目的由来 机组的主要设计参数及保证值试验目的试验项目试验标准及基准试验测点及测量方法试验概况试验结果的计算试验结果的修正结论 第二讲汽轮机热力试验规程 ASMEPTC6 ASMEPTC6简介 目的本规程提供精确的汽轮机性能试验方法 用精密的仪器和最好的测试技术来确定机组的性能 在试验的准备阶段和进行试验时 各方都必须努力尽可能与本规程保持一致 以确保达到最低的不确定度 美国机械工程师协会认为 用ASME性能试验规程会得出与最先进的工程技术相一致的 精度等级最高的结果 范围用于主蒸汽具有较大过热度的过热蒸汽或者是主要在湿蒸汽区的汽轮机的试验 并确定以下性能 热耗率发电机输出功率蒸汽流量汽耗率给水流量 规程规定的两种试验方法 全面试验对热力系统全面测试和计算 以提供汽轮机高 中 低压缸全面情况 并能够得出具有最小不确定度的结果 简化试验用少量的测量值而大量使用循环修正和加热器性能的修正曲线进行修正 节省试验费用 但不确定度略有增大 试验的不确定度 全面试验化石燃料再热循环机组 0 25 在湿蒸汽区运行的机组 0 34 简化试验化石燃料再热循环机组 0 37 在湿蒸汽区运行的机组 0 50 试验的时间 性能试验应尽可能早 最好在汽轮机首次带负荷运行后的8周内进行 以确保机组没有结垢和损坏等 对过热汽的汽轮机 将初次启动后立即进行的焓降效率试验与验收试验前再次进行的焓降效率试验结果进行比较 进行预备性试验 对于主要在湿汽区工作的汽轮机只能如此 上述两项试验均无法实现时 需对正式试验结果进行老化修正 试验热力系统及测点布置图 试验测点的说明 主流量测量采用ASMEPTC6标准推荐的高精度喉部取压长径式流量喷嘴 按ASMEPTC6标准校验合格 测量主凝结水流量 流量测量管段安装在低加出口至除氧器入口之间的凝结水管道上 流量差压由两组互成180 的取压口双重取压 辅助流量测量 再热减温水流量 过热减温水流量 给泵密封水进水流量 给水泵小汽轮机进汽流量 由中压缸排汽供 及轴封系统泄漏量等辅助流量均采用标准孔板测量 试验测点的说明 续 主蒸汽 高压缸排汽 再热蒸汽 中压缸排汽及最终给水温度等重要测点采用双重测点 排汽压力采用网笼式探头测量 布置于凝汽器与排汽缸接口的喉部 每一排汽通道的探头个数不少于2个 但也不多于8个 应分布于整个排汽通道截面且尽可能处于每一等分面积的中心 测量仪表及方法 电功率测量 应采用瓦特表或功率表测量 精度不低于0 1 压力测量 应采用精度不低于0 1 的绝对压力及相对压力变送器测量 测量值经仪表零位 仪表校验值 大气压力及仪表位差修正 相对压力 流量差压测量 应采用精度不低于0 1 差压变送器测量 测量值经仪表零位及仪表校验值修正 温度测量 应采用精度不低于0 4 的热电偶或铂电阻测量 补偿导线为精密级导线 冷端应作补偿 测量值经热电偶校验值修正 测量仪表及方法 续 数据采集 主机采用微型计算机 数据采集系统能够自动记录压力 差压 温度 电功率等值 并进行数据处理 储水箱水位变化量的测量 除氧器水箱 凝汽器热井等系统内储水容器水位变化用就地水位计人工读数 或从DCS中读数 标尺最小刻度为毫米 系统内明漏量的测量 漏出和漏入试验热力系统的无法隔离的明漏量 如凝结水泵和给水泵泄漏等用秒表和量筒人工测量 仪表的校验 所有试验仪表在试验前均须经法定计量部门或法定计量传递部门校验 并具有有效的合格证书 试验前应校验的仪表如下 功率变送器压力 差压变送器热电偶 铂电阻主凝结水流量喷嘴 试验的次数 应在阀门全开或同一运行工况进行重复试验 以减小不确定度中的随机误差 试验应在阀点进行 以保证重复性试验能够在相同的条件下进行 不能在不改变阀门位置和不破坏隔离的情况下连续进行试验 负荷变化至少在15 以上 在负荷变化期间可补水 排污 同一工况点的两次试验 其修正后的热耗率相差应在0 25 以内 如超过0 25 需进行附加试验 在继续试验前 应仔细检查试验仪器和试验方法 必须找到原因并消除 系统的隔离 试验结果的精度取决于系统的隔离 系统隔离对全面试验和简化试验同等重要 如可能应将系统内外部的漏流量尽量隔离以消除测量误差 任何与设计所规定的热力循环无关的其他系统及进出流量都必需进行隔离 对在试验中无法隔离的流量应能够有办法进行测量 系统不明泄漏量不应超过额定负荷下主蒸汽流量的0 1 系统的隔离 续 以下是典型的试验时必须隔离的系统和流量 主蒸汽 再热汽 抽汽系统各管道 阀门疏水主 再热蒸汽的高 低压大旁路及旁路减温水加热器疏水旁路 疏水直排凝汽器及危急疏水各加热器壳侧放水 放汽 水侧放水放气汽轮机辅助抽汽 厂用汽 水和蒸汽取样除氧器放水 溢流 排氧补水 化学加药锅炉连排 定排 吹灰 放汽 疏水 系统的隔离 续 在机组正常投运后 应当进行一次详细的机组运行状况调研和系统流量平衡试验 检查和分析机组主 辅设备 运行参数和热力系统等是否满足试验要求 特别是热力系统阀门泄漏和不明漏泄量的情况 必要时应停机消缺 系统的隔离 续 制定 隔离清单 运行人员必须熟悉 系统隔离清单 中需隔离的阀门名称 编号和所在位置 完成阀门隔离操作后 试验人员在现场进行检查 试验各方并签字确认 试验时应隔离的阀门通常分三组 第一组 机组正常运行时可以长期隔离的阀门 如 汽机本体和各加热器疏放水 管道 阀门启动疏水 高 低压旁路等 第二组 试验期间 通常为3 5天 可以暂时隔离的阀门 如 加热器危急疏水 凝结水 给水旁路等 第三组 试验前必须隔离 试验后立即恢复的阀门 如 炉连续 定期排污 除氧器排氧门 凝结水补水门等 试验时设备条件 汽轮机 锅炉及辅助设备运行正常 稳定 无异常泄漏轴封系统运行良好真空系统严密性符合要求高压主汽调节阀能够调整在试验规定负荷的阀位上 试验时系统条件 试验热力系统应严格按照设计热平衡图所规定的热力循环运行并保持稳定 系统隔离符合试验要求 管道 阀门无异常泄漏 不明漏量损失不超过额定工况主蒸汽流量的0 1 试验时运行条件 主要运行参数尽可能达到设计值并保持稳定 其平均值偏差及波动值应在一定的范围内 凝汽器热井水位维持恒定 除氧器水箱水位稳定变化 无较大波动 各加热器水位正常 稳定 不投或尽量少投过热器减温水及再热器减温水 如果必须投减温水 则应保持减温水在试验持续时间内恒定 发电机氢冷系统的氢压及氢纯度调整在额定值 在试验进行中 除影响机组安全的因素外不得对机组设备及热力系统作任何操作 水位的变化趋势 主要运行参数允许偏差和允许波动 试验时仪表条件 所有试验仪表校验合格 工作正常 测试系统安装及接线正确 数据采集系统设置正确 数据采集正常 观测频率和试验持续时间 观测频率对于汽耗率或热耗率试验 从指示仪表观测读数取的功率值和主流量的差压值 其读数间隔不得大于1分钟 其它重要读数间隔不得大于5分钟 累计式表计和水位的读数间隔不大于10分钟 试验持续时间在每一负荷点至少应做持续2小时的稳定工况试验 尽管采用高速采集系统后 较短的稳定时间也可满足试验要求 但为了验证系统隔离情况 规程推荐试验至少2小时 有效的读数次数读数平均分散度对试验结果的不确定度影响不大于0 05 时所要求的读数次数 试验数据处理 计算平均值 按工况相对稳定的一段连续记录时间进行 对数据进行仪表校验值修正 对于压力测点还应包括零位 水柱高差 大气压力的修正 同一参数多重测点的测量值取算术平均值 人工记录的各储水容器水位变化量根据容器尺寸 记录时间和介质密度将其换算成当量流量 主流量根据喷嘴或孔板的校验数据利用规程推荐方法进行计算 试验结果计算 系统不明泄漏量的分配主流量的计算 凝结水或给水流量 主蒸汽流量的计算再热蒸汽流量的计算热耗率的计算汽轮机缸效率的计算 主 再热蒸汽流量的计算 主蒸汽流量 给水流量 过热器减温水流量 系统不明漏量冷再热蒸汽流量 主蒸汽流量 高压门杆漏汽流量 高压缸前后轴封漏量 高压缸中的各段抽汽量 热耗率的计算 循环净吸热量 蒸汽在锅炉的总吸热量出力 发电机的输出功率 减去静态励磁的耗功 再热机组热耗率计算公式 Fms 主蒸汽流量kg hFfw 最终给水流量kg hHms 主蒸汽焓值kJ kgHfw 主给水焓值kJ kgFcrh 冷再热流量kg hHhrh 热再热焓值kJ kgHcrh 冷再热焓值kJ kgFrhsp 再热减温水流量kg hHrhsp 再热减温水焓值kJ kgFssp 过热减温水流量kg hHssp 过热减温水焓值kJ kgPc 发电机终端输出功率kW 汽轮机缸效率的计算 对于过热蒸汽h f p t 高 中压缸进出口均为过热蒸汽 因此可直接通过测量进出口的压力和温度得出缸效率 对于湿蒸汽h f p t x 低压缸排汽为湿蒸汽 不能直接通过测量进出口的压力和温度得其焓值 还需知道湿度x x的直接测量存在较大难度 汽轮机排汽焓的计算 汽轮机的排汽焓值需通过汽轮机全机的能量平衡及流量平衡求出 w1h1 w3h3 w2h2 wEihEi wEnhEn w6h6 wPLihPLi wPLnhPLn K Pg 电气损失 机械损失 试验结果的修正 通常汽轮机的所有运行参数不会都与规定值 设计值 相同 这些偏差会对试验结果产生影响 因此必须予以修正 以保证在相同的热力循环条件下的试验结果与规定值进行比较 第一类修正 系统修正 热平衡计算或查修正曲线第二类修正 参数修正 查修正曲线老化修正 系统修正 加热器进 出口端差抽汽管道压损过热器减温水流量再热器减温水流量给水泵和凝结水泵焓升凝结水过冷度系统贮水量变化 参数修正 主蒸汽压力主蒸汽温度再热蒸汽温度再热汽压损排汽压力 试验结果计算过程 用迭代法求最终给水量计算主蒸汽流量计算低加进汽量 从压力较高到低逐个计算 算出冷 热再热量计算膨胀线终点焓从再热蒸汽室及以下几段抽汽状态点 饱和以上有15 过热 到排汽压力线上估计的过程线终点 画一光滑曲线 作为估计的膨胀线终点 对发电机实测出力加上电机损失及固定损失修正 根据厂家提供的损失曲线 得出汽机轴功率算出进出汽轮机的汽量 得出排入冷凝器的流量算出进出汽轮机的热量 得出排入冷凝器的热量算出有用能终点焓 排汽焓 根据厂家提供的曲线查排汽损失得出膨胀线终点焓计算高 中 低缸效率 试验热耗 用实测的发电机出力 高加部分及给水流量的计算 采用迭代法求解上述联立方程 一类 系统 修正条件 主蒸汽流量等于试验时的主蒸汽流量系统中任何一点的储水量不变 无减温水 无补给水无抽汽管道散热损失给水泵和凝结水泵的焓升取其规定值最低压力的给水加热器的进水焓值取试验排汽压力对应的饱和水焓 减去规定的过冷度 加上按规定循环加入凝结水热量引起的温升加热器的端差为规定值各缸效率保持试验值不变 一类修正计算的步骤 计算在规定的加热器疏水端差及出口端差 抽汽管道压损 无散热 下的抽汽量 抽汽压力用试验压力 用除氧器的饱和温度加给水泵规定焓升后的给水温度作高加进水温度 用进水温和疏水端差来确定疏水温度 用实测抽汽压力加上规定压损为进汽压力 查饱和温度 根据终端差得出出水温度 根据加热器热平衡求出新的抽汽量 计算通过汽轮机各抽汽级后的蒸汽流量 设w1 主汽流量取实测值 算出各组 即试验值 算出各段新压力 不得超过1 若超过1 则进行第二次计算 二类 参数 修正计算 试验时的主蒸汽参数 再热蒸汽温度 再热器压降和排汽压力等通常偏离额定值 需进行二类修正计算 修正值由汽轮机制造厂提供的修正曲线来确定 对试验得到的主蒸汽流量还需进行主蒸汽压力 温度的修正 关于老化修正 规程规定新机的考核试验应尽可能在机组首次并网运行后的八周内进行 如电厂条件限制 不能进行试验 可以将试验推迟到首次内部大检查 排除任何影响汽轮机性能的故障后进行 老化的概念 汽轮机组运行状态和状况对汽轮机本体损耗的积累 损耗的形式主要有 蠕变 疲劳 侵蚀和腐蚀 这四种形式产生和发展的机理都与时间有关 老化只是纯粹由于时间的推移而导致汽轮机性能的下降 而不包括积垢 轴封漏汽量的增加等因素 美国能源部的统计表明 电厂热耗率平均每10年上升3 机组起停频繁 机组性能不稳定性能老化就越严重 对汽轮机性能老化的修正方法 焓降法德国DIN标准国际电工委员会IEC标准ASME标准 焓降法 初次启动后尽快进行焓降效率试验 试验时需将阀门全开 若汽轮机在首次启动后不能立即带满负荷 则通过把主汽压力降低到调节阀全开而又不超过出力限制来进行内效率试验 利用小偏差法计算出缸效率变化对机组热耗率影响 如某型300MW机组 HP 1 HR 0 2065 IP 1 HR 0 2995 LP 1 HR 0 4510 焓降试验虽是个好办法 但往往在机组初次并网时 没有条件进行试验 德国DIN标准 4个月内不计老化5 12个月0 1 13 24个月0 06 国际电工委员会IEC标准 2 12个月12 24个月 ASME标准 按照ASMEPTC6R 1985中的老化修正曲线及公式进行运行N个月后 热耗率恶化百分数的估计值其中 MW 汽轮机功率 P0 初压力 f 对石化燃料机组取1 0 对核电机组取0 7 BF 基本系数 按照机组投入运行的月数来查取 西安热工研究院对老化试验研究的结果 以福州电厂三菱公司350MW机为例 第三讲试验测点安装说明 ASME流量喷嘴的安装 主凝结水测量的差压应取自流量喷嘴相隔180 的两组取压孔 每组安装一台差压变送器 辅助流量孔板的安装 安装时 应特别注意流量孔板的方向 否则将导致错误的测量结果 孔板安装方向如图所示 流量孔板的上下游需有足够长的直管段 应安装平衡门 对于蒸汽管道应在一次门前安装冷凝罐 压力测量 压力测点应安装在温度测点上游1 2倍管径处 并远离弯头 三通 变径管 以避免其对压力测量的干扰 传压管直径不应小于9mm 传压管与变送器的连接件 接头螺母 螺纹尺寸为M20 1 5的标准尺寸 大于大气压压力的测量 自取压点起 传压管应足够长 并向下引出 以保证运行期间传压管充满凝结水 连接变送器的管接头处距地面0 5m 一 二次门的位置以站到地面容易操作为宜 低于大气压压力 真空 的测量 取压点至变送器之间的传压管应竖直向上或倾斜上 以确保传压管内不积水 低压缸排汽压力测点的安装 根据ASMEPTC6性能试验规程的要求 低压缸排汽压力应采用网笼探头测量 低压缸排汽压力测点的安装 网笼探头应安装在凝汽器喉部 每个排汽口同一水平面上安装2个 并对称布置 等面积上同心布置 使汽轮机末级排汽能冲刷在网笼探头上 以使其所测压力能够反应凝汽器中该平面的平均排汽压力 为防止传出管内局部积水 网笼探头传出管应保持直 中间不应有弯曲情况出现 另外 为避免机组运行时 汽流冲刷导致传出管的变形 传出管应具有足够的刚度 为此应采用大直径管 25mm 并且应牢固固定在凝汽器中的固定支撑上 从凝汽器斜向上引出 安装斜度以传压管中不积水为宜 穿出凝汽器0 5m即可 包括一 二次门 仪表管接头在内 同时真空压力测点的安装要求 温度测点的安装 温度套管要采用标准件 温度套管插入深度应大于管内径的1 4 小于管内径的3 4 温度套管插入深度最小不应小于75mm 因此 对于内径小于100mm的管子 套管应斜插入管内或将套管安装在有弯头或三通处 以确保最小插入深度 75mm 温度测点应安装在压力测点的下游1 2倍管径处 最好与压力取压位置保持90度位置 以避免对压力测量的干扰 给泵密封水回水流量测量 由于考虑到给泵密封水回水可能不会满管 因此密封水回水管路上加装流量孔板是不合适的 因此考虑在密封水回水总管至水封前加装一个放水门 试验时关闭至凝汽器的隔离门 打开放水门 用容积法测量其流量 电功率的测量 用0 1级精度功率变送器测量 采用三相两表法接线 由现场试验PT CT端子引出 第四讲流量计算 C 节流件流出系数 由校验结果及运行状态下节流元件雷诺数得到 运行状态下流体的膨胀系数 d 运行状态下的喷嘴喉部直径 m p 实测节流件前后差压 Pa f1 实测介质的密度 kg m3 运行状态下的节流元件直径与管道内径之比 流量测量原理和计算方法 技术要求 适用于各种材料制成的圆管 在节流件前10倍管道内径长 10D 和节流件后5倍管道内径长 5D 的直管段内壁应光滑 无可见毛刺和凹坑 必须是牛顿流体 是均匀的 单相的流体 流体通过节流装置时 不应发生相变 在圆管中为连续有压流动 流速小于音速 不是脉动流动 仅适用于测量圆形横截面管道内的流体 且流体应充满测量管道 管道内流体流动状态应接近典型的充分发展的紊流流动状态且无旋涡 不适用于管道公称通径小于50mm和公称通径大于1200mm 或者管道雷诺数低于3150的场合 节流件的形式 标准孔板D和D 2取压法兰取压角接取压喷嘴ISA1932喷嘴长径喷嘴 高比值 低比值 ASME低 值喉部取压长径喷嘴 D和D 2取压 上游取压口的间距l1名义上等于D 但l1值在0 9D之间时无需对流出系数进行修正 下游取压口的间距l2名义上等于0 5D 但l2值在下列数值之间时无需对流出系数进行修正 当 0 6时 l2值在0 48D与0 52D之间 D和D 2取压当 0 6时 l2值在0 49D与0 51D之间 法兰取压 上游取压口的间距l1名义上等于25 4mm 且是从孔板的上游端面量起 下游取压口的间距l 2名义上也等于25 4mm 同样是从孔板的下游端面量起 但l1值在0 9D之间时无需对流出系数进行修正 角接取压法兰取压 若l1和l 2之值为下列数值时无需对流出系数进行修正 当 0 6和D0 6但150mm D 1000时 l1和l 2之值均应在25 4 1之间 角接取压 单独钻孔取压口 图中下半部分 环隙取压口 图中上半部分 标准孔板流出系数的确定 C 0 5959 0 0312 2 1 0 1840 8 0 0029 2 5 106 ReD 0 75 0 0900L1 4 1 4 1 0 0337L2 3 ReD 管道雷诺数 运行状态下的喷嘴喉部直径与管道直径之比 d D L1 孔板上游端面到上游取压口的距离与管道直径之比 L1 l1 D L2 孔板上游端面到下游取压口的距离与管道直径之比 L2 l2 D L 2 孔板上游端面到下游取压口的距离与管道直径之比 L 2 l2 D 对于角接取压方式 L1 L 2 0对于D和D 2取压方式 由于L1总是大于0 4333 因此对 4 1 4 1的系数应采用0 0390 L1 1 L2 0 47 对于法兰取压方式 L1 L 2 25 4 D 标准孔板使用限制条件 ISA1932喷嘴 采用角接取压喷嘴由圆弧形的收缩部分和圆筒形喉部组成 A为垂直于轴线的入口平面部分 收缩部分由两段圆弧曲面B和C构成 喉部E 以及为防止边缘损伤所需要的保护槽F 平面部分A是由直径为1 5d且与旋转轴 喷嘴轴线 同心的圆周和直径为D的管道内圆所限定的平面部分组成 圆弧B与平面A相切 其圆心据平面部分A为0 2d 据喷嘴轴线0 75d 圆弧B的半径R1 当 0 50时 R1 0 2d 0 02d 当 0 50时 R1 0 2d 0 006d 圆弧C分别与圆弧B及喉部E相切 其半径R2 当 0 50时 R2 d 3 0 03d 当 0 50时 R2 d 3 0 01d 喉部E的直径为d 长度为0 3d ISA1932喷嘴流出系数的确定 C 0 9900 0 2262 4 1 0 00175 2 0 0033 4 15 106 ReD 1 15 ISA1932喷嘴使用限制条件 50mm D 500mm0 30 0 80同时ReD在下述范围内 当0 30 0 44时 70000 ReD 107当0 44 0 80时 20000 ReD 107 长径喷嘴 长径喷嘴分为两种形式 高比值喷嘴 0 25 0 80 低比值喷嘴 0 20 0 50 当 值介于0 25和0 50之间时 可采用任意一种结构形式的喷嘴采用径距取压方式 上游取压口的轴线距喷嘴平面部分A的距离为1D 下游取压口的轴线应在喷嘴平面部分A的0 50D处喷嘴分三部分 入口收缩段A 曲面形状为四分之一椭圆 喉部B 下游端面C对于高比值喷嘴A的长轴平行于喷嘴轴线 长半轴为D 2 短半轴为 D d 2 喉部B的直径为d 长度为0 6d对于低比值喷嘴A的长轴平