引言

低壓脹差值偏大是國內150MW汽輪發(fā)電機組比較常見的一個問題,在國內電站項目中時有發(fā)生。汽輪機產生脹差主要是由于汽輪機轉子和汽缸質面比不同,從而被加熱或冷卻的速率不同導致膨脹或收縮不同。轉子質量輕,表面積大,質面比小:而汽缸質量大,表面積小,質面比大。在機組啟動或停機過程中,轉子的溫度變化速率要快于汽缸,因此轉子的熱膨脹值大于汽缸,冷卻時轉子的收縮值也大于汽缸,由此導致轉子與汽缸沿軸向的膨脹差稱為轉子與汽缸的相對膨脹差,簡稱脹差。脹差是很重要的運行參數,若脹差值達到報警值或跳機值,為了避免動靜部分發(fā)生碰撞,損壞設備,熱控保護動作會啟動,致使機組跳機,給機組運行帶來很大的安全隱患,影響機組的運行經濟性。

1存在問題

印度MEPL2×150MW項目是中國某公司出口印度兩臺150MW機組項目。汽輪發(fā)電機組由南京汽輪電機(集團）有限責任公司生產,型號為N150-13.63/535/535/型中間再熱冷凝式汽輪機組,是該公司吸收國內外先進技術制造生產的超高壓、中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、凝汽式、沖動式汽輪機。

本項目機組在2014年大修之前低壓脹差值過大,一直運行在7.6～8.1mm,介于報警值與跳機值之間(機組報警值為7.5mm,跳機值為8.5mm）。在機組停機啟動過程中,由于低壓脹差值偏大,難以控制,汽輪機低溫暖機時間及中速暖機時間都很長,直到低壓脹差值穩(wěn)定運行在可控范圍內才可以繼續(xù)下一步的啟動調試工作。一般低溫暖機時間超過4h。而機組在升負荷過程中,同樣面臨低壓脹差值超過報警值,需要操作人員長時間監(jiān)測調試,以保證脹差值穩(wěn)定運行后才可繼續(xù)升負荷的情況,給機組的安全運行和經濟運行造成了很大的影響,對操作運行人員的操作頻率和運行技能也是一項嚴峻的挑戰(zhàn)。由于機組低壓脹差的影響導致機組一直無法達到滿負荷狀態(tài),機組長期運行在90～100MW工況下,對于機組的經濟效益產生巨大影響。

2原因分析

通常情況下影響汽輪機脹差的原因主要有:機組啟動時暖機時間及升負荷快:汽缸夾層及法蘭加熱裝置的加熱汽溫或流量較低:滑銷系統(tǒng)的影響:軸封蒸汽對轉子膨脹的影響:機組啟動時,進汽參數的影響:推力軸承磨損:汽缸保溫的影響:輔助蒸汽的參數影響:脹差測量元件準確度的影響:真空度:"泊桑效應"影響:抽汽量:軸承油溫等。經過項目技術團隊的實地測量考察及深入探討分析,該機組低壓脹差值偏大的主要原因有:(1）該機組轉子的死點位于2#軸承箱推力軸承處,即高中壓轉子和低壓轉子連接處,而低壓脹差探頭設置于3#軸承箱內,同時3#軸承箱固定在汽機島基礎上,縱向沒有設置滑銷系統(tǒng)。故而該機組的低壓脹差值實則是低壓轉子的絕對膨脹值。(2）印度業(yè)主方的操作團隊對于機組運行參數控制不夠嚴謹,再熱蒸汽溫度通常運行于額定參數以下,導致中低壓缸的進汽溫度偏低,汽缸膨脹不夠充分。啟機過程中軸封蒸汽溫度較高,通常需要軸封進汽溫度控制在140～170℃,而印度操作團隊在啟動過程中忽視該參數的控制,達到200～220℃,使得軸徑過分膨脹,導致低壓脹差值偏大。(3）該機組運行過程中的真空狀況不佳,真空度降低,導致低壓缸內尾汽排放不暢且溫度較高,使得低壓轉子長期運行在額定溫度以上,轉子溫升膨脹較大,致使低壓脹差值趨于正常值以上。(4）經過多次現(xiàn)場考察與研究討論,低壓脹差探頭靈敏度設置不準確,需要重新更改組態(tài)。(5）機組保溫效果不佳,尤其是汽輪機下部的保溫層存在脫落的可能性,機組啟動與冷卻過程中,上下缸溫差最高可達到110℃(正常上下缸溫差不可超過50℃）,導致汽缸的溫升膨脹過慢,從而造成脹差值比較大。

3處理措施

針對以上問題的分析,項目團隊制定了專門的技術方案并組織專業(yè)團隊人員于2014年6月份進駐印度項目現(xiàn)場,進行為期3個月的項目大修工作,其中針對低壓脹差值偏大的問題做了大量工作。

(1）針對低壓轉子脹差探頭靈敏度進行了重新設定,由原來的組態(tài)靈敏度0.755V/mm更改為本特利標準靈敏度0.787V/mm,而更改后的低差壓脹值應該變?yōu)?.7×(0.787-0.755）/0.755=0.33mm(假設原始顯示值為7.7mm）。同時檢查固定低壓脹差探頭的支架,重新設定低壓脹差探頭零位間隙,修改DCs系統(tǒng)的脹差信號量程。(2）對于機組真空度不好的問題,針對可能存在泄漏的漏點位置分別進行查漏工作,進行凝汽器換熱管的泄漏檢查、各個抽汽排汽氣管道的查漏工作,進行低壓缸及抽汽管道膨脹節(jié)的灌水實驗,進行真空系統(tǒng)管道的泄漏檢查等一系列工作。其中在對整個真空系統(tǒng)進行灌水實驗檢查時發(fā)現(xiàn)多達8處漏點并逐一進行維修和處理,同時更換了低壓抽汽管道膨脹節(jié)。(3）將機組所有保溫層拆除,在拆除過程中,發(fā)現(xiàn)汽輪機高壓缸下部的保溫棉確實有脫落的情況。項目團隊更換了保溫效果更好的保溫棉,采用印度當地比較先進簡單的噴射方式對整個機組的保溫層重新做了一遍。在機組啟動過程中,機組上下缸的溫差也都維持在技術要求的50C之內。（4）打開2#軸承箱,取出推力軸瓦的過程中,發(fā)現(xiàn)推力瓦磨損比較嚴重,存在汽輪機轉子整體后移的可能。項目團隊對機組推力軸承的所有推力瓦進行了更換。(5）機組啟動運行過程中,派遣國內專業(yè)的調試人員對印度方運行操作人員進行培訓和現(xiàn)場運行指導,尤其是對于影響低壓脹差轉子膨脹的再熱蒸汽進汽參數和軸封蒸汽溫度控制,汽缸夾層輔助蒸汽的正確投入等,可以有效控制和監(jiān)測機組啟動和升負荷過程中由于低壓脹差值給機組帶來的安全隱患。

4處理效果

經過為期3個月的印度項目現(xiàn)場大修工作,最終將機組在啟動運行過程中存在的頑疾一一排除。經過此次大修,機組的真空度由原來的-80kPa左右降低到-9lkPa左右,而低壓脹差值也降低到5.5～6.5mm,解決了低壓脹差值偏大帶來的機組啟動過程中存在的問題,消除了由此帶來的機組啟動運行中的安全隱患,避免了在升負荷過程中低壓脹差值偏大帶來的限制和影響,最終實現(xiàn)了機組的首次滿負荷長期穩(wěn)定運行工況。

5結語

國產150MW汽輪發(fā)電機組低壓脹差值偏大是國內項目機組經常發(fā)生的問題。通過此次印度項目的機組大修發(fā)現(xiàn),造成該項目1#機組的低壓脹差偏大的主要原因是機組真空升高導致低壓轉子過度伸長、低壓脹差探頭測量程序設置不準確導致讀數偏大、推力瓦磨損導致機組轉子整體后移、保溫層脫落致使汽缸膨脹不充分,同時由于印度方操作運行人員的專業(yè)水平和技能相對較低,在啟動運行操作上不規(guī)范,蒸汽參數控制不夠專業(yè)導致機組啟動運行困難和脹差值增大。經過機組大修,在硬件方面從根本上解決了機組脹差值偏大的問題,同時通過對外方人員的操作運行培訓和指導,使外方操作人員對于機組的啟動運行更加規(guī)范化、合理化,解決了機組低壓脹差值偏大帶來的問題,最終實現(xiàn)了機組的滿負荷長期穩(wěn)定運行,大大提升了機組的運行可靠性,同時也提升了中國機組在國外應用的聲譽,對于中印雙方在后續(xù)項目的合作建立了更多的信心和信任。