減溫減壓裝置在汽輪機系統(tǒng)里的應(yīng)用分析

摘 要：介紹減溫減壓裝置的組成和形式，以及它在汽輪機不同系統(tǒng)里的應(yīng)用。在汽輪機各系統(tǒng)里，減溫減壓裝置設(shè)置應(yīng)滿足合理性和必要性，以提高汽輪機組和整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：減溫減壓；應(yīng)用；合理；必要

減溫減壓裝置的作用是將壓力和溫度相對高的蒸汽降為需要的低溫低壓蒸汽。它廣泛應(yīng)用于熱電、石化、輕功、紡織等企業(yè)，實現(xiàn)蒸汽的層級利用，同時也廣泛應(yīng)用于汽輪機各系統(tǒng)。

在汽輪機的不同系統(tǒng)里，減溫減壓裝置發(fā)揮著不同的作用，有的是滿足汽輪機組的用汽需求，有的是滿足汽輪機排汽的工藝需要，有的是解決汽輪機抽汽與負(fù)荷的不匹配問題，有的是保護汽輪機組或者整個系統(tǒng)，所以減溫減壓裝置在汽輪機系統(tǒng)里發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但它的設(shè)置應(yīng)滿足合理性和必要性，達(dá)到既節(jié)能、合理又保障機組的安全、可靠。

1 減溫減壓裝置

減溫減壓裝置一般由減溫系統(tǒng)、減壓系統(tǒng)、主蒸汽管體、安全保護系統(tǒng)、熱力控制系統(tǒng)等組成。結(jié)構(gòu)組件由減壓閥、節(jié)流孔板、蒸汽混合管道（帶噴嘴）、安全閥、給水調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥、截止閥、止回閥、減溫水管、法蘭、標(biāo)準(zhǔn)件等組成。

按減溫減壓實現(xiàn)方式劃分，有分體式減溫減壓（圖1）和一體式減溫減壓（圖2）；按減溫減壓效果劃分，有同時減溫減壓和只減溫不減壓；按減溫減壓過程劃分，有單級減溫減壓和一二級串聯(lián)減溫減壓。減溫減壓裝置的控制方式也較靈活，可以電動、氣動或者手動。

2 應(yīng)用于汽輪機汽封系統(tǒng)

凝汽式汽輪機由于排汽處于真空狀態(tài)，所以排汽端汽封需要通蒸汽密封，以防止空氣漏入排汽缸破壞真空。在正常運行情況下，由汽輪機前汽封漏出的蒸汽通到后汽封，就可以保證后汽封的封汽效果，但在汽輪機啟動階段和小負(fù)荷運行時，汽輪機進汽量小，輪室壓力還沒有建立起來，前汽封僅有少量蒸汽漏出，這時前汽封漏給后汽封的蒸汽，不足以密封后汽封，這就需要外部蒸汽進行密封，所以凝汽式汽輪機汽封系統(tǒng)都是需要外部密封蒸汽的。

凝汽式汽輪機需要的密封蒸汽參數(shù)，壓力一般在0.13～0.15MPa（a）左右，溫度要求過熱但過熱度不能太低也不能太高。壓力控制在略高于大氣壓，可以保證空氣不會漏入，若壓力過高，會導(dǎo)致汽輪機前后汽封有大量蒸汽冒出，前后軸承座腔室也可能進入蒸汽導(dǎo)致油中含水，前汽封上部汽缸保溫材料也會被漏出蒸汽熏黑破壞保溫效果，同時大量蒸汽冒出也造成了密封蒸汽的浪費，既不合理也不經(jīng)濟。溫度控制在保持一定的過熱度，若溫度過低，到達(dá)或接近飽和，會導(dǎo)致汽輪機前后汽封進水，前后汽封端面可能會有水漏出，在停機后馬上熱啟動，也會因軸封蒸汽溫度過低可能導(dǎo)致機組局部驟冷，振動過大無法熱啟動，嚴(yán)重的話會導(dǎo)致動靜碰擦發(fā)生塑性變形等；若溫度過高，也可能會發(fā)生動靜熱脹不均，導(dǎo)致動靜碰擦等惡劣情況。

由于凝汽式汽輪機的主蒸汽參數(shù)和用戶可提供的其它等級汽源條件多種多樣，一般都不能直接使用，所以汽輪機廠家和設(shè)計院，應(yīng)根據(jù)實際情況，結(jié)合汽輪機結(jié)構(gòu)特點等因素進行綜合考慮，設(shè)置合理的汽封系統(tǒng)，必要時配置減溫減壓裝置，最終滿足凝汽式汽輪機汽封系統(tǒng)的用汽需求。常見減溫減壓裝置用于凝汽式汽輪機汽封系統(tǒng)見圖3。

2.1 不需配置減溫減壓裝置情況

當(dāng)主蒸汽溫度小于350℃時，一般無需配置，主蒸汽直接經(jīng)節(jié)流降壓接入到凝汽式汽輪機汽封系統(tǒng)即可。

當(dāng)主蒸汽溫度大于350℃小于470℃時，機組前后軸承跨距較短且轉(zhuǎn)子剛性較好時，一般無需配置，主蒸汽或者其它合適的汽源直接經(jīng)節(jié)流降壓接入到凝汽式汽輪機汽封系統(tǒng)即可。

當(dāng)主蒸汽溫度等于或者大于535℃時，用戶有其它合適的低等級汽源，一般無需配置，其它合適的低等級汽源直接經(jīng)節(jié)流降壓接入到凝汽式汽輪機汽封系統(tǒng)即可。

2.2 必需配置減溫減壓裝置情況

當(dāng)主蒸汽溫度大于350℃小于470℃時，用戶無其它合適的汽源，機組前后軸承跨距較長，轉(zhuǎn)子是饒性轉(zhuǎn)子，這時必需配置減溫減壓裝置，減溫減壓后的蒸汽參數(shù)一般在0.13～0.15MPa（a）/250～300℃左右。

當(dāng)主蒸汽溫度等于或者大于535℃時，用戶無其它合適的汽源，這時必需配置減溫減壓裝置，減溫減壓后的蒸汽參數(shù)一般在0.13～0.15MPa（a）

/280～320℃左右。

3 應(yīng)用于汽輪機排汽系統(tǒng)

減溫減壓裝置應(yīng)用于汽輪機排汽系統(tǒng)，一般指的是用于背壓式汽輪機排汽系統(tǒng)，僅用于排汽減溫。背壓式汽輪機排汽壓力高于大氣壓，具體壓力范圍由用戶根據(jù)低壓管網(wǎng)或者工藝用汽情況所決定，排汽溫度由機組效率所決定。

背壓式汽輪機的效率一般在50～85%范圍內(nèi)，進排汽參數(shù)、轉(zhuǎn)速、功率等不同會導(dǎo)致機組效率差別很大，一般情況下用戶僅對排汽壓力有要求，排汽溫度無需調(diào)整處理。

根據(jù)工藝需要，用戶對背壓式汽輪機排汽溫度提出明確要求時，汽輪機廠家和設(shè)計院應(yīng)對排汽系統(tǒng)進行合理設(shè)置。

當(dāng)背壓式汽輪機的排汽溫度低于要求溫度時，可以通過犧牲汽輪機效率來實現(xiàn)，如果還不能滿足的話，可以由主蒸汽直接旁路降壓到排汽來滿足。

當(dāng)背壓式汽輪機的排汽溫度高于要求溫度時，首先是通過提高汽輪機效率來實現(xiàn)，若機組效率做到極限還無法滿足，這時排汽系統(tǒng)就必需配置減溫裝置來滿足溫度要求。

4 應(yīng)用于汽輪機抽汽系統(tǒng)

這里指減溫減壓裝置應(yīng)用于驅(qū)動抽背式汽輪機（圖4）和驅(qū)動抽凝式汽輪機（圖5）抽汽系統(tǒng)，解決汽輪機抽汽與負(fù)荷的不匹配問題。

驅(qū)動汽輪機是為被驅(qū)動機械服務(wù)的，一般具有變轉(zhuǎn)速變功率的工況特點，從提高系統(tǒng)可靠性的角度，汽輪機廠家一般建議，驅(qū)動汽輪機最好做成純背機和純凝機，這樣汽輪機效率高、系統(tǒng)簡單故障點少，整個系統(tǒng)更加安全可靠。

但隨著市場形勢的變化，用戶降本增效的壓力趨于緊張，為了減少設(shè)備投資，原來兩臺進汽相同排汽不同的背壓機或者進汽相同的一臺背壓機和一臺冷凝機，現(xiàn)在都傾向于合并成一臺抽背機或者一臺抽凝機，得益于汽輪機設(shè)計水平的提高，部分此種要求項目的汽輪機，在結(jié)構(gòu)上是可以實現(xiàn)的。

抽背式汽輪機和抽凝式汽輪機，根據(jù)抽汽量大小的不同，可分為非調(diào)抽汽和可調(diào)抽汽，一般情況下，抽汽量占總進汽量的三分之一以下設(shè)計成非調(diào)抽汽，大于三分之一的設(shè)計成可調(diào)抽汽?？烧{(diào)抽汽汽輪機，汽缸分為前后兩個，抽汽參數(shù)的不同，會導(dǎo)致前后缸流量不同、做功能力不同，也就是通流能力不同。一般情況下，機組的正常工況運行點，會作為汽輪機最佳效率的設(shè)計點，同時還要滿足全工況范圍內(nèi)，最小流量汽輪機不鼓風(fēng)和最大流量不超過末級的通流能力。

可調(diào)抽汽機組，當(dāng)抽汽量大而機組負(fù)荷小，也就是前缸通流能力遠(yuǎn)大于后缸通流能力時，當(dāng)抽汽系統(tǒng)因工藝需要用汽量大量減少而機組負(fù)荷不變時，前缸通流需求減小，后缸通流需求增大可能就會超過最大通流能力，就會出現(xiàn)汽輪機抽汽與負(fù)荷的不匹配問題，這時抽汽系統(tǒng)就有必要配置減溫減壓裝置，增大前缸做功減少后缸做功，讓多余的抽汽排到低等級管網(wǎng)或者凝汽系統(tǒng)中，保護機組安全。當(dāng)然也可以采取更簡單的辦法，將多余的抽汽直接排空，但是會造成蒸汽浪費和熱污染，一般不建議采用此方式。

5 應(yīng)用于汽輪機旁路系統(tǒng)

汽輪機采用單元制系統(tǒng)，也就是一爐一機制系統(tǒng)，則必需配置旁路系統(tǒng)，保障汽輪機組和整個系統(tǒng)的安全。旁路系統(tǒng)由減溫減壓裝置來實現(xiàn)，將高參數(shù)的蒸汽降溫降壓后送入低一級的蒸汽管道或者凝汽系統(tǒng)。旁路系統(tǒng)是汽輪機熱力系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它能降低機組在冷態(tài)、溫態(tài)和熱態(tài)的啟動時間，協(xié)調(diào)機組在各種負(fù)荷下的可靠運行，減少由于鍋爐和汽輪機容量變化而產(chǎn)生的誤差；在容量配置合適時，可實現(xiàn)停機不停爐工況；在汽輪機突然跳閘時，汽輪機旁路系統(tǒng)能在2～3內(nèi)全程開啟，保護機組安全，延長機組壽命。當(dāng)配置100%容量汽輪機旁路系統(tǒng)時，該系統(tǒng)就成為具有安全功能的復(fù)合系統(tǒng)。常見旁路系統(tǒng)見圖6。對于中間再熱式汽輪機，旁路系統(tǒng)設(shè)置多樣，主要有3種，見圖7、圖8、圖9。旁路系統(tǒng)的最終設(shè)置，汽輪機廠家和設(shè)計院，應(yīng)根據(jù)實際情況，綜合考慮系統(tǒng)復(fù)雜程度、設(shè)備投資高低和運行維護難易等因素，設(shè)置合理的旁路系統(tǒng)。

6 結(jié)論與建議

減溫減壓裝置在汽輪機系統(tǒng)里發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，應(yīng)結(jié)合蒸汽條件、汽輪機型式、工藝需求和整個系統(tǒng)特點來進行合理和必要的設(shè)置，達(dá)到既節(jié)能、合理又保障機組和系統(tǒng)的安全、可靠。

參考文獻：

[1] 張杰.減溫減壓裝置的原理和設(shè)計.江蘇鍋爐，2010年第2期.

[2] 高澍芃，等.汽輪機設(shè)備檢修技術(shù)問答.中國電力出版社.第一版.2004年12月.

作者簡介：姚洪國（1984-），男，漢族，遼寧盤錦人，就職于杭州中能汽輪動力有限公司，主要從事汽輪機的設(shè)計和開發(fā)工作。