210MW汽轮机一段抽汽温度偏高的试验分析及对策 (讨论稿).doc

210MW汽轮机一段抽汽温度偏高的试验分析及对策张鸿泉 尹金亮 李颖杰 潘富亭 苗校雨摘要：中电投河南分公司4台哈汽210MW汽轮机出现一抽温度异常，分析了抽汽温度偏高的原因，以#7号汽轮机机组为例计算了汽机内部泄漏对机组安全经济性影响。1、概述平东公司2台210MW汽轮机组是由哈尔滨汽轮机厂生产的NC210MW型机组，为两缸两排汽(高中压合缸)结构，高中压缸前部，采用内外双层缸结构，高压部分为反向布置，由1个单列调节级和6个压力级组成，其中第25级隔板挂在高压内缸上，第6级和第7级隔板挂在1号隔板套上，主蒸汽经过布置在高中压缸两侧的2个主汽阀和4个调节阀，从位于高中压缸中部的上、下各2个进汽口进入喷嘴室调节级，其中高压缸为1个单列调节级及9个压力级，中压缸为6个压力级，低压缸为对称双流结构，每流程5级。汽轮机共有7段抽汽，其中从5级后（一段抽汽）与高压缸调节级后高中压过桥汽轴封漏蒸汽混合后，中压缸的再热调节级叶轮进行冷却。2、试验情况4台汽轮机组的性能试验从2006年6月至2006年9月由河南省电力试验研究院完成，数据见表1。试验参数单位设计值7号A17号A26号B16号B21号C11号C22号D发电机功率MW210000194197197151196387206375.98211162208659211692主蒸汽压力MPa12.7512.70511.85012.57312.71712.78412.61112.641主蒸汽温度535.0529.01535.3533.4535.0530.8525.8534.1主蒸汽焓kJ/kg3433.03418.113443.53430.723433.203421.673410.503431.77调门后压力MPa12.07011.25711.94512.08112.14511.98012.009调门后温度526.4532.8530.7532.3528.1523.1531.4调节后压力MPa9.75/9.7639.98410.7559.7279.65810.196调节后温度501.8514.5513.3500.0497513.41抽汽压力MPa4.09/3.6584.0024.1554.2414.5913.6463.6193.8061抽汽温度（测量）377/364382.0400.4402.2409.3392.0370.0385.31抽汽焓kJ/kg3160.33137.13172.9932143216.683227.653203.083151.883184.541抽温度（倒推）380.92392.5381.71390.2360.625357.5369.41抽汽焓（倒推）kJ/kg3146.473195.293167.853183.833128.823121.843146.691抽汽级间效率%0.79710.79690.71360.65050.65190.66200.59080.70720.68951抽汽级间效率（倒推%0.78090.77380.7800.7800.7910.79160.78735调节级效率%0.56620.55550.601948.8245.260.3402调节级效率(通流)%0.70360.78840.862459.7355.7080.44422抽汽级间效率%86.5186.010.93670.94691.07211.05681.671.2691.232抽汽级间效率（倒推）%0.84280.880490.86070.869060.88000.87410.8582高压缸效率%82.98/82.10.79080.82050.80070.80930.82990.83210.8181高压缸通流效率0.82780.83240.85280.85510.8415高压缸压力级效率0.82690.82630.84580.819790.88165高压缸有效焓降kJ/kg389.2/380364.24366.74366.80359.89375.23372.22363.59高压缸等熵焓降kJ/kg469.2/463460.56455.39458.10444.67452.17445.56444.42中压缸效率（通流）%92.28/90.520.93840.91950.92610.924892.1492.030.9149注：A1为2006年9月#7汽轮机性能验收试验；A2为2007年12月#7机B级检修后性能试验；B1为2006年7月#6汽轮机性能验收试验；B2为2007年12月#6机B级检修后性能试验；C1为2008年2月#1汽轮机性能验收试验；C2为2008年2月#1汽轮机性能验收试验；D为2008年6月#2汽轮机性能验收试验。3、 原因分析从表1可以看出，4台机组的一段抽汽温度存在异常，其规律具有共性，下面以7号汽轮机组为例，分析原因。根据4台汽轮机组额定工况(THA工况A2)实侧抽汽参数绘制的膨胀过程曲线b(见图l)是一条畸形曲线，与设计曲线a偏差较大，一抽前的级段效率仅59-71%，二段抽汽口级段效93-167%，明显不符合实际情况，经过对比分析发现，膨胀过程曲线畸变的主要原因在于一段温度异常升高。图1汽轮机膨胀过程曲线3.1初步判断出现这种情况，首先考虑是否参数测量问题，但由于抽汽点与加热器进汽点参数相吻合，因此抽汽点参数测量错误可以排除，其次考虑是否存在汽缸内漏汽，导致一段抽汽温度高的原因，初步认定缸内存在着异常漏汽，对照高中压缸的结构，分析认为有以下几种漏汽可能见图二：高压内缸疏水管断裂；高压调节级喷嘴室疏水管断裂；高压导汽管密封漏汽；高缸结合面或高压喷嘴室中分面漏汽；一段至夹层到高中压过桥汽封漏蒸汽混合后到中压第一级冷却蒸汽；图 2高压缸漏汽示意、处的漏汽，应为随负荷减小，一抽温度不变或上升，随主汽压上升一抽温度上升；、处的漏汽在负荷（调节级温度）特性存在相似，但是在对汽轮机缸效率的影响上，表现不同，前者仅影响高缸效率，后者会出现高压缸效率比中压缸效率下降得快的情况中缸效率不正常偏高现象。由于高、中压缸之间的轴封间隙变大，使从高压缸漏到中压缸的蒸汽量增大。这些泄漏蒸汽经过高调门后未在高压调节作功即进入中压缸（一部分到七级后做功），计算中压缸效率时，并未将此漏泄量考虑在内，从而使中压缸效率计算值偏高，例如#7机汽轮机性能验收试验中压缸效率0.9384比设计值高现象。通过投退高加专项试验，我们可以发现：当漏汽正常时，高加停运，一抽温度与对应抽汽温度一致，当漏汽不正常时，高加停运， 6级抽汽的低温度得不到混合，一抽温度为高压外汽缸温度，当存在反流时，一抽温度上升较多见表2。考虑是否由于其他外部汽流混合的影响，一段抽汽在(THA工况)有7.95T/H的与高压缸调节级后高中压过桥汽封漏蒸汽混合后，对中压第一级叶轮进行冷却，分析汽轮机结构后认为问题只可能出现在汽缸内部，由于汽缸高压段过桥汽轴封漏蒸汽大于中压段过桥汽轴封漏量，使部分高压段过桥汽轴封漏蒸汽从一段抽汽反流，与一级段抽汽口混合后，使得汽轮机一级段口的抽汽温度不正常地升高。3.2漏汽流量的计算在计算过程中，采用实测高缸效率，并考虑缸内各级段膨胀曲线设计状况进行计算，得出异常级段的实际温度(即混合前温度)，再根据混合前后温度的变化，就可求出高中压过桥汽封漏入一抽的泄漏量，通过叠代计算级内实际的一抽温度为392.5与设计值相比偏高15.2，从高压段过桥汽封向一抽返汽3.565T/H。3.3 缸效率偏低影响根据汽轮机膨胀过程中能量转换的原理，若汽缸效率降低，蒸汽在级内做功不足，蒸汽有效焓降减小，也会导致抽汽温度升高。计算表明#1、2机组高中压缸通流效率达到设计值，因此高缸一段抽汽温度经过漏汽修正后，与设计值比较符合，#6、7机组高压缸通流效率比设计值低 2%个百分点 ，高缸一段抽汽温度即使经过漏汽修正，仍比设计值高出1013(见表1)。另外，从膨胀过程曲线来看，高压缸的膨胀过程曲线明显向右偏离，各级段墒增比设计值增大，表明高压缸各级级内损失增加，级效率降低。为了分析缸效率对抽汽温度偏高的影响，高压缸通流效率取设计值进行计算，得到缸效率修正后的抽汽温度(见表2)。通过比较可以看出，高压缸一、二段抽汽温度经过缸效率修正后与设计值相差仅12，比较吻合。3.4泄漏对机组安全性分析3.4.1冷却技术的应用 由于受到材料工作温度的限制，采用低温蒸汽对高温部件进行冷却也是一种解决材料在高温条件下强度不足的有效手段。一般对于汽轮机结构来说，转子和汽缸高温进汽部位、中分面螺栓等是设计强度裕量较小的部件，通过冷却技术降低这些部件的工作温度，是目前常用的设计手段。3.4.2遮热罩中压缸为非内外缸结构，中压缸进汽喷嘴室内外表面的金属温度差比较大，运行中热应力有可能引起中缸热变形。为了减小中压缸内外表面的金属温度差，在中压缸进汽喷嘴室处设计一个遮热罩。国外运行机组的测量数据，验证了采用遮热罩后中压内缸内外表面金属温度差减小的效果。3.4.3 蒸汽室和中压转子目前大功率汽轮机的中压进汽都不设置调节级为全周进汽，中压第一级焓降较小，直接造成第一级后蒸汽温度过高。对中压转子来说一是进汽部位表面温度高使转子热应力容易集中，二来中压前几级动叶根工作温度高造成抗疲劳性能下降过快。就高中压合缸机型而言，如图3所示一般是将高压调节级后蒸汽通过过桥汽封漏汽引人到中压进汽部位冷却此部位转子表面，然后在中压前几级动叶根部底部开有漏汽冷却通道，使漏汽经过叶根表面，降低叶根的工作温度，使叶根的抗疲劳性能大幅提高。图3中压进汽的转子部位表面冷却示意本级为了提高汽轮机中压转子的热疲劳强度和蠕变强度、降低中压转子高温区域的热应力，一般采用中压转子的蒸汽冷却结构。把高压汽轮机排汽或抽汽370以下的蒸汽引入中压汽轮机的进口导流环下部的空间，对中压转子高温部位进行冷却。该冷却蒸汽中小部分通过第一级动叶与静叶之间的汽封流入主流，大部分冷却蒸汽通过第一级动叶纵树形叶根底部间隙(也称冷却蒸汽通路或蒸汽冷却孔)流入第二级静叶前和第二级静、动叶之间；还有一小部分冷却蒸汽通过第二级动叶纵树型叶根底部间隙，流入第三级静叶前和第三级静、动叶之间。冷却蒸汽的流动,使中压转子高温部位得到了冷却。3.4.4中压汽轮机部件冷却效果减少存在安全隐患中压转子冷却技术达到了降低高温部件工作温度的目的，高温部件的冷却往往还是利用高焓值的蒸汽进行旁通泄漏，额外增加了汽轮机内部的漏汽通道，造成汽轮机效率的下降，特别是出现一抽返流，对机组的效率影响更加明显，同时设计的冷却漏汽被堵塞，中压高温部件的强度寿命问题，存在安全隐患。 3.4.5泄漏对缸效率的影响。中压缸效率在一般热力计算中，中压缸效率由中压缸进汽参数与排汽参数求得。但在考虑高中压缸间分隔轴封的漏汽时，中压缸进汽有两股不同参数的蒸汽，一是再热汽，一是漏汽，两者参数与做功的过程不相同：两者的效率亦不相同，一是在中压缸第一级中有效作功，另一若在第一级中间与主汽流相混，因漏汽进入动叶前并没有轮周速度，不能在叶片中作功，并且还会因与主汽流速度的大小与方向不同，在与主汽流相混时还会因碰撞引起损失，降低主汽流的效率。这些将引起中压缸效率计算困难。由于漏汽温度低于再热温度，相混后降低了主汽流的温度，同时亦降低了排汽温度，使中压缸通流部分貌似效率变高；且漏汽量越大，排汽温