350MW超临界汽轮机中压缸法兰超温解决方法及效果分析

王先龙 焦仁杰 李昕杰

摘　要：华能某热电厂1号机组在2018年5月25日启动后出现中压缸外缸法兰壁温度升高至报警值，再热汽温在中压缸外缸法兰壁温度不超530℃的情况下仅能维持至557℃，和额定温度566℃偏差9℃,严重影响机组运行效率；针对这种情况，根据中压缸的结构特点，分析了机组运行时蒸汽流动的情况，提出了相应的措施，对汽轮机中压缸夹层加热进行改造，解决了中压外缸法兰内壁温度超限的问题，该机组取得了连续运行725天的好成绩。

关键词：中压缸外缸法兰；混汽；中压缸夹层；再热汽温；一段抽汽

0 引言

汽轮机部件长期工作在高温下,承受着机械运动和热运动的两种作用。在高温下工作的汽轮机金属部件的机械性能随金属温度的升高而降低,蠕变速度大大加快,缩短设备的使用寿命。当汽轮机承 受的应力不变时,温度越高,金属的塑性变形速度就越快, 造成金属因微量伸长发生碰擦,使汽轮机发生事故。同时,金属在长期高温下运行,金属的抵抗断裂能力(持久强度)下降,温度越高金属的机械性 能下降得越快。金属内部的金相组织随温度的升高产生高温脆性,金属内隐藏的小缺陷、小裂纹迅速扩大,影响机组的安全运行。

1 设备简介

华能某热电厂1号机组汽轮机是东方汽轮机有限公司生产的350MW汽轮机，型号为CC350/291-24.2/1.3/0.4/566/566型，汽轮机型式为超临界、一次中间再热、单轴、三缸两排汽（高中压分缸）、双抽可调供热、凝汽式汽轮机，设有八段回热抽汽^[1]。

为配合机组启动和正常运行，中压缸设有中压缸正暖系统、中压缸夹层加热系统、中压缸转子冷却蒸汽系统，中压缸主要系统见图1。

中压缸夹层加热系统的作用是将来自中联阀前的再热蒸汽引入中压内、外缸之间的夹层，加热内、外缸，减少中压缸正胀差，减少中压内缸内外壁温差及中压内缸外壁与中压外缸内壁间温差，并使中压外缸温度沿轴向趋于均匀，待中压外缸下半内壁温度达400℃，金属温差不超过50℃、胀差稳定后，即停汽缸夹层加热蒸汽。

中压缸转子冷却蒸汽取自一段抽汽，用来调节中压第一级叶轮前后蒸汽温度。

图1中压缸系统（未改造前）

2 存在问题

1号机组汽轮机在2018年5月25日启动后，出现中压缸外缸法兰壁温度升高至报警值，厂家资料中显示法兰温度不允许超过530℃，法兰温度升高造成再热汽温无法提升至额定值的现象，严重影响机组运行效率，再热汽温在中压缸外缸法兰壁温度不超530℃的情况下仅能维持至557℃，和额定温度566℃偏差9℃。

3 原因分析

查询相关资料，发现很多电厂汽轮机都有类似情况，如广东粤华黄埔发电厂^[2]等，具体原因也是各有不同。针对中压缸外缸法兰壁温度升高的现象，对汽轮机各参数进行分析，并向东汽厂家咨询，根据厂家回复，初步判断机组在正常运行中出现的中压外缸法兰温度升高的原因为中压进汽端漏汽增加所致，具体可能的原因为：

a、中压前轴封间隙增大导致的轴封漏汽增大，分别去往汽封母管和内外缸夹层；

b、中压进汽管密封环间隙大导致的泄漏，再热蒸汽直接进入汽缸夹层；

c、中压前汽封体与中压内缸定位肩胛处的泄漏。

中压缸外缸材料ZG15Cr1Mo1V可承受温度上限为570℃，中分面螺栓2Cr11Mo1NiWVNbN可承受温度上限为600℃，材料设计裕度足够，中压缸结构见图2。

图2 中压缸结构图

厂家经过对中压外缸法兰500℃、520℃、530℃和540℃温度下中压外缸和中分面螺栓的应力计算，分析机组运行数据，中压缸法兰温度控制温度在530℃以下运行不会对机组的安全运行造成影响，但需对该处温度加强监视。

4 方案研究

因1号机再热汽温长时间降低运行，使机组效率降低，增大发电煤耗，故华能某电厂运行部成立研究小组，针对中压缸法兰壁温偏高造成再热汽温受限进行解决方案研究，经多次尝试和探讨，参考类似电厂中压缸超温解决方案^[3]，确定了增加至汽轮机中压缸夹层的混温汽源降低中压外缸壁温的方案，对汽轮机在中压缸夹层加热系统进行改造。

由于中压缸三段抽汽同时与内缸和外缸连接（见图3），从一段抽汽至中压缸转子冷却管道引入的蒸汽混入中压缸夹层后通过三段抽汽进入加热器，不会出现中压缸夹层超压的现象，保证了改造的安全性。

图3 中压缸夹层加热系统

机组中压缸夹层加热在机组带低负荷后退出运行，而中压缸转子冷却蒸汽在带负荷后投入，一段抽汽取自高压缸第9级后，额定抽汽温度为375.4℃，符合作为混温汽源的条件，并且这两个系统现场布置位置接近，故决定将一段抽汽至中压缸转子冷却蒸汽作为至中压缸夹层的混温汽源。根据现有条件将一段抽汽至中压缸的转子冷却蒸汽疏水改接至中压缸夹层加热管道疏水，通过利用一段抽汽来冷却中压缸法兰壁温，使中压缸法兰壁温降至正常值，再热汽温可以正常控制。

5 技术改造

在方案确定后，于2018年08月07日改造完成,改造后系统见图4；后通过调整改造管路的两个手动门，控制一段抽汽至中压缸夹层的混汽量，将中压缸外缸法兰壁温控制在正常值内，使再热汽温达到额定控制。

图4 中压缸系统（改造后）

6 效果分析

对#1号机组增加一段抽汽至汽轮机中压缸夹层作为混温汽源后，汽轮机在不揭缸检修的情况下，既保证了中压缸金属壁温不超限，又保证了再热汽温的额定控制，确保了机组的安全稳定运行。

#1机组自改造完毕，再热汽温达到额定控制，按照额定温度566℃计算，较改造前再热汽温提高了9℃。根据小指标对机组效率影响量参考表^[4]，350MW级机组，再热汽温每变化10℃，影响煤耗0.8g/kWh，可以算出该项改造为降低煤耗0.72g/kWh。

7 结论

华能某热电厂在汽轮机不揭缸的情况下，通过增加一段抽汽至中压缸夹层，利用外部蒸汽与中压缸夹层的蒸汽混合，降低了中压缸外缸内壁法兰温度，有效控制了中压缸外缸内壁法兰温度，保证了再热汽温的额定控制，提高了汽轮机的运行效率，对现场的实际运行积累了宝贵的经验，取得了机组长周期运行725天的好成绩，对其他电厂解决类似问具有借鉴作用。

参 考 文 献

[1] 东方汽轮机有限公司．CC350/291-24.2/1.3/0.4/566/566型汽轮机产品说明书[Z]．2014

[2] 刘东胜．黄埔电厂125MW机组中压外缸内壁超温分析［J］西北电力技术，2005，5:58-59

[3] 杨柏．300 MW汽轮机中压缸抽汽口上下缸金属壁温差大原因分析及处理［J］内蒙古电力技术，2015，33(5):91-94

[4] 司瑞才．火电机组主要可控参数变化的耗差分析［J］锅炉技术，2012，43(1):13-16