135MW汽輪機低壓脹差超限的研究及處理

姜麗鳳 王飛 李景兆 李連強 姚光武

【摘要】 以鶴煤熱電廠#1機為例，針對東方汽輪機廠生產的135MW汽輪機運行中普遍出現的汽輪機低壓脹差超限問題，從系統(tǒng)設計、運行及檢修角度入手進行分析研究，最終確定脹差超限的根本原因是#1軸承箱卡澀、推拉裝置故障等原因導致汽缸膨脹不暢所造成。采取針對性處理措施后低壓脹差恢復至設計值，再熱蒸汽溫度較前平均提高45℃，年可節(jié)約標煤2142t，經濟效益顯著。

【關鍵詞】 汽輪機 低壓脹差 膨脹 軸承箱 滑銷 再熱汽溫

目前在熱電廠使用較多的東方汽輪機制造廠生產的C135-13.24/0.245/535/535型汽輪機，運行過程中低壓脹差超限已經成為一個共性的問題。以鶴煤熱電廠#1機為例，冬季運行中在控制再熱汽溫僅為460℃（額定汽溫535℃）時低壓脹差達到9.6mm，機組運行經濟性降低的同時已嚴重威脅到機組的安全運行。

一、設備運行狀況

鶴煤熱電廠#1機為超高壓雙缸雙排汽一級可調凝汽式汽輪機。機組于2006年11月投產發(fā)電。投運初期，高中壓缸絕對膨脹20mm，高壓脹差3-4mm，低壓脹差4.-5.5mm，主、再熱蒸汽溫度、真空、軸封溫度等運行參數均可維持在設計參數運行。隨著機組運行時間增長，汽輪機膨脹受阻問題突顯。具體表現為：

1.1機組暖機時間逐漸增長

冷態(tài)啟動時，汽缸膨脹速度決定機組的啟動時間。#1機投產至今，出現的最為顯著的問題即冷態(tài)開機時間逐漸增長。投運初期，#1機啟動沖轉至負荷帶至70MW左右，汽缸完全膨脹至20mm的時間約為8小時。到了本次#1機大修前，純冷態(tài)啟動的時間增至11小時左右，較前比較增加約3個小時左右。

1.2高壓缸膨脹逐漸變小

#1汽輪機投入運行后，高中缸初始完全熱膨脹值為20mm，與制造廠給出的膨脹量相吻合。但隨著機組的持續(xù)運行，高壓缸膨脹逐漸減小。直至2015年3月機組大修前，高壓缸膨脹已縮減至9mm左右。

1.3低壓脹差逐漸增大

伴隨高壓缸膨脹逐漸減小，#1汽輪機的低壓脹差呈現逐漸增大趨勢。機組初始投運時，#1汽輪機低壓脹差值為4-5.5mm，但隨后逐漸增大。直至機組大修前，低壓脹差已達到9.6mm左右，嚴重威脅到機組的安全運行。

二、調控手段及應對措施

高壓缸膨脹絕對值的嚴重不足，加之低壓脹差嚴重超限及機組振動的不確定性帶來的隱性影響，為避免機組發(fā)生動靜碰磨、大軸彎曲的惡性事故，從安全運行的角度出發(fā)采取了以下幾方面的調控手段及措施：

2.1核定低壓脹差安全運行允許的極限值并修改保護定值。

依照#1汽輪機最近一次大修的本體檢修數據，查找汽輪機每一級的最小通流間隙后進行綜合比較，最終確定汽輪機低壓缸的最小通流間隙在正向五級，間隙為6.5mm。以此為依據，綜合考慮汽輪機進汽后速度級及各壓力級因軸向位置差異而引起的膨脹量的不同及汽輪機因脹差大掉閘后泊桑效應引起的脹差異常增大的因素，修改汽輪機ETS系統(tǒng)脹差保護定值，即維持高壓脹差保護定值不變，將低壓脹差保護報警正值由原來的+7mm修改為+9.6mm，低壓脹差保護跳閘正值由原來的+7.2mm修改為+9.8mm。

2.2根據低壓脹差變化情況，及時進行運行參數調整：

（1）調整再熱蒸汽溫度。運行實踐表明，再熱蒸汽溫度變化對低壓脹差影響異常明顯，成為控制低壓脹差的最有效手段。

（2）調整軸封供汽溫度。維持軸封母管蒸汽溫度在220℃-235℃之間，根據低壓脹差變化情況及時調整低壓封減溫水量，控制低壓軸封溫度在100℃-110℃之間。

（3）必要時調整真空。再熱蒸汽溫度降低至460℃低壓脹差仍無法控制在9.6mm以下時，通過降低軸封壓力或破壞真空的方法下調真空，以達到減小低壓脹差的目的。

2.3加強運行管理。主要包括：

（1）加強主機TSI各項參數監(jiān)視，特別針對汽輪機各瓦瓦振及軸振、軸向位移、低壓脹差等參數，發(fā)現異常及時進行處理，超過允許值時要果斷停機，避免動靜碰磨事故出現。

（2）提高主機巡檢頻率及質量。針對主機各瓦進行就地測振，以便及時發(fā)現軸系振動異常。

三、原因分析及處理

綜合#1汽輪機運行中出現的各類異常，認為高中壓缸缸體膨脹受阻是根本原因。汽輪機運行中，因軸封漏汽因素的影響，#1軸承箱與臺板結合面受水汽影響出現銹蝕，且隨著運行時間的增長，銹蝕現象越來越為嚴重，導致高中壓缸在向機頭方向膨脹過程中阻力增大。

在應力作用下，軸承箱出現變形，軸承箱與臺板結合面逐漸減小，導致汽缸膨脹過程中阻力更為增大，如此惡性循環(huán)，最終造成冷態(tài)啟動過程中汽缸膨脹嚴重受阻，暖機時間增長。

2015年4月份，電廠對#1機進行了重點包括抽汽輪機前箱等項目的大修檢查。結果顯示，汽輪機高、中、低壓各部通流間隙均在合格范圍內，主要問題集中在汽輪機前箱部分，包括：

1、#2推力瓦下半非工作面標號#2、#3、#4、#5推力瓦塊與墊環(huán)之間銷釘斷裂，墊環(huán)上銷孔變形成橢圓。

2、前箱與高壓缸之間拉回裝置緊固螺栓銹蝕嚴重，致無法拆除。

3、高壓缸前貓爪與前箱之間右側內、外定位銷順利拔出，而左側內側Φ50×150定位銷卡澀無法取出。在將定位銷利用電鉆取出后發(fā)現銷孔內錯臺約2-3mm。

4、全部定位銷取出后抽前箱。在移動約1mm后前箱卡澀無法移動，后用兩50噸千斤頂在前箱后側，順利將前箱頂出。吊出前箱后發(fā)現臺板前端有一直線凸起，前部縱銷右側面有凸起，且自潤滑臺板銹蝕嚴重。

5、前箱自潤滑臺版銹蝕處理以后回裝前箱，前箱無法恢復原位，經檢查發(fā)現右側拉回裝置與前箱之間頂死，無任何間隙。

至此可以判斷，造成汽輪機膨脹不暢的根本原因集中在前箱部分。為此針對性地進行了以下幾方面的處理：

1、對整個機組滑銷系統(tǒng)進行清理檢查。

2、對前箱底部結合面、基架表面及縱銷垂直結合面進行清理。對研前箱基架及軸承箱結合面，保證結合面接觸面積達70%以上，且結合面0.05mm塞尺不入為止。

3、汽輪機高壓軸封間隙采用制造廠提供的下限值即50絲，以有效減小前軸封漏汽量，避免大量高壓蒸汽進入前箱與臺板結合面。

4、針對部分軸封漏汽，采取在前軸封外側加裝擋汽板的措施，確保蒸汽不會進入前箱臺板中造成臺板銹蝕。

5、更換#2推力瓦墊環(huán)，確保推力瓦的可靠安裝。

四、效果與效益分析

4.1效果

機組檢修結束，于5月15日整組啟動。啟動后的各項技術指標明顯好轉，汽輪機膨脹不暢及由此引發(fā)的一系列技術問題得到徹底解決，機組運行穩(wěn)定性及可靠性大大提高，主要表現在：

（1）機組啟動時間明顯縮短，由之前的11小時恢復至8小時左右，基本與機組投運初期啟動時長一致。

（2）高中壓缸膨脹值恢復至20mm，基本恢復至機組投運初期膨脹水平。

（3）在保持再熱蒸汽溫度在額定范圍內運行的前提下，低壓脹差范圍穩(wěn)定在4.5-5.5mm之間，徹底解決了再熱蒸汽溫度受低壓脹差變化的影響，提高機組安全運行水平的同時極大提高了機組運行的經濟性。

（4）機組軸系及各軸承振動指標總體較好，最大處#4瓦x向振動為10絲，均處在振動報警值以下，機組運行可靠性大為提高。

4.2效益分析

汽輪機低壓脹差超限問題解決后，再熱汽溫恢復至額定參數運行。對比檢修前、后再熱蒸汽溫度變化可知，檢修后再熱蒸汽溫度平均提高約45℃，以#1機組年發(fā)電7億kwh計算，年約節(jié)省標煤2142t，經濟效益顯著。

五、結論

針對東方汽輪機制造廠生產的C135-13.24/0.245/535/535型汽輪機運行中普遍出現膨脹受阻、低壓脹差超限問題的分析可知，通過對汽輪機前箱及滑銷系統(tǒng)檢查、清理及軸封間隙的調整，可有效解決上述問題。同時汽輪機運行中合理調整軸封供汽壓力、前箱加裝軸封漏汽擋汽板也成為防止前箱卡澀的有效手段。