引言

低壓脹差值偏大是國內(nèi)150MW汽輪發(fā)電機(jī)組比較常見的一個問題,在國內(nèi)電站項目中時有發(fā)生。汽輪機(jī)產(chǎn)生脹差主要是由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸質(zhì)面比不同,從而被加熱或冷卻的速率不同導(dǎo)致膨脹或收縮不同。轉(zhuǎn)子質(zhì)量輕,表面積大,質(zhì)面比小:而汽缸質(zhì)量大,表面積小,質(zhì)面比大。在機(jī)組啟動或停機(jī)過程中,轉(zhuǎn)子的溫度變化速率要快于汽缸,因此轉(zhuǎn)子的熱膨脹值大于汽缸,冷卻時轉(zhuǎn)子的收縮值也大于汽缸,由此導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與汽缸沿軸向的膨脹差稱為轉(zhuǎn)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(shù),若脹差值達(dá)到報警值或跳機(jī)值,為了避免動靜部分發(fā)生碰撞,損壞設(shè)備,熱控保護(hù)動作會啟動,致使機(jī)組跳機(jī),給機(jī)組運行帶來很大的安全隱患,影響機(jī)組的運行經(jīng)濟(jì)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(jī)組項目。汽輪發(fā)電機(jī)組由南京汽輪電機(jī)(集團(tuán)）有限責(zé)任公司生產(chǎn),型號為N150-13.63/535/535/型中間再熱冷凝式汽輪機(jī)組,是該公司吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)制造生產(chǎn)的超高壓、中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、凝汽式、沖動式汽輪機(jī)。

本項目機(jī)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(jī)值之間(機(jī)組報警值為7.5mm,跳機(jī)值為8.5mm）。在機(jī)組停機(jī)啟動過程中,由于低壓脹差值偏大,難以控制,汽輪機(jī)低溫暖機(jī)時間及中速暖機(jī)時間都很長,直到低壓脹差值穩(wěn)定運行在可控范圍內(nèi)才可以繼續(xù)下一步的啟動調(diào)試工作。一般低溫暖機(jī)時間超過4h。而機(jī)組在升負(fù)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(diào)試,以保證脹差值穩(wěn)定運行后才可繼續(xù)升負(fù)荷的情況,給機(jī)組的安全運行和經(jīng)濟(jì)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(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于機(jī)組低壓脹差的影響導(dǎo)致機(jī)組一直無法達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài),機(jī)組長期運行在90～100MW工況下,對于機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生巨大影響。

2原因分析

通常情況下影響汽輪機(jī)脹差的原因主要有:機(jī)組啟動時暖機(jī)時間及升負(fù)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(zhuǎn)子膨脹的影響:機(jī)組啟動時,進(jìn)汽參數(shù)的影響:推力軸承磨損:汽缸保溫的影響:輔助蒸汽的參數(shù)影響:脹差測量元件準(zhǔn)確度的影響:真空度:"泊桑效應(yīng)"影響:抽汽量:軸承油溫等。經(jīng)過項目技術(shù)團(tuán)隊的實地測量考察及深入探討分析,該機(jī)組低壓脹差值偏大的主要原因有:(1）該機(jī)組轉(zhuǎn)子的死點位于2#軸承箱推力軸承處,即高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子連接處,而低壓脹差探頭設(shè)置于3#軸承箱內(nèi),同時3#軸承箱固定在汽機(jī)島基礎(chǔ)上,縱向沒有設(shè)置滑銷系統(tǒng)。故而該機(jī)組的低壓脹差值實則是低壓轉(zhuǎn)子的絕對膨脹值。(2）印度業(yè)主方的操作團(tuán)隊對于機(jī)組運行參數(shù)控制不夠嚴(yán)謹(jǐn),再熱蒸汽溫度通常運行于額定參數(shù)以下,導(dǎo)致中低壓缸的進(jìn)汽溫度偏低,汽缸膨脹不夠充分。啟機(jī)過程中軸封蒸汽溫度較高,通常需要軸封進(jìn)汽溫度控制在140～170℃,而印度操作團(tuán)隊在啟動過程中忽視該參數(shù)的控制,達(dá)到200～220℃,使得軸徑過分膨脹,導(dǎo)致低壓脹差值偏大。(3）該機(jī)組運行過程中的真空狀況不佳,真空度降低,導(dǎo)致低壓缸內(nèi)尾汽排放不暢且溫度較高,使得低壓轉(zhuǎn)子長期運行在額定溫度以上,轉(zhuǎn)子溫升膨脹較大,致使低壓脹差值趨于正常值以上。(4）經(jīng)過多次現(xiàn)場考察與研究討論,低壓脹差探頭靈敏度設(shè)置不準(zhǔn)確,需要重新更改組態(tài)。(5）機(jī)組保溫效果不佳,尤其是汽輪機(jī)下部的保溫層存在脫落的可能性,機(jī)組啟動與冷卻過程中,上下缸溫差最高可達(dá)到110℃(正常上下缸溫差不可超過50℃）,導(dǎo)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(tuán)隊制定了專門的技術(shù)方案并組織專業(yè)團(tuán)隊人員于2014年6月份進(jìn)駐印度項目現(xiàn)場,進(jìn)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(zhuǎn)子脹差探頭靈敏度進(jìn)行了重新設(shè)定,由原來的組態(tài)靈敏度0.755V/mm更改為本特利標(biāo)準(zhǔn)靈敏度0.787V/mm,而更改后的低差壓脹值應(yīng)該變?yōu)?.7×(0.787-0.755）/0.755=0.33mm(假設(shè)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(shè)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(jī)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(jìn)行查漏工作,進(jìn)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(jìn)行低壓缸及抽汽管道膨脹節(jié)的灌水實驗,進(jìn)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(jìn)行灌水實驗檢查時發(fā)現(xiàn)多達(dá)8處漏點并逐一進(jìn)行維修和處理,同時更換了低壓抽汽管道膨脹節(jié)。(3）將機(jī)組所有保溫層拆除,在拆除過程中,發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)高壓缸下部的保溫棉確實有脫落的情況。項目團(tuán)隊更換了保溫效果更好的保溫棉,采用印度當(dāng)?shù)乇容^先進(jìn)簡單的噴射方式對整個機(jī)組的保溫層重新做了一遍。在機(jī)組啟動過程中,機(jī)組上下缸的溫差也都維持在技術(shù)要求的50C之內(nèi)。（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(yán)重,存在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子整體后移的可能。項目團(tuán)隊對機(jī)組推力軸承的所有推力瓦進(jìn)行了更換。(5）機(jī)組啟動運行過程中,派遣國內(nèi)專業(yè)的調(diào)試人員對印度方運行操作人員進(jìn)行培訓(xùn)和現(xiàn)場運行指導(dǎo),尤其是對于影響低壓脹差轉(zhuǎn)子膨脹的再熱蒸汽進(jìn)汽參數(shù)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(jī)組啟動和升負(fù)荷過程中由于低壓脹差值給機(jī)組帶來的安全隱患。

4處理效果

經(jīng)過為期3個月的印度項目現(xiàn)場大修工作,最終將機(jī)組在啟動運行過程中存在的頑疾一一排除。經(jīng)過此次大修,機(jī)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(jī)組啟動過程中存在的問題,消除了由此帶來的機(jī)組啟動運行中的安全隱患,避免了在升負(fù)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(jī)組的首次滿負(fù)荷長期穩(wěn)定運行工況。

5結(jié)語

國產(chǎn)150MW汽輪發(fā)電機(jī)組低壓脹差值偏大是國內(nèi)項目機(jī)組經(jīng)常發(fā)生的問題。通過此次印度項目的機(jī)組大修發(fā)現(xiàn),造成該項目1#機(jī)組的低壓脹差偏大的主要原因是機(jī)組真空升高導(dǎo)致低壓轉(zhuǎn)子過度伸長、低壓脹差探頭測量程序設(shè)置不準(zhǔn)確導(dǎo)致讀數(shù)偏大、推力瓦磨損導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)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(shù)控制不夠?qū)I(yè)導(dǎo)致機(jī)組啟動運行困難和脹差值增大。經(jīng)過機(jī)組大修,在硬件方面從根本上解決了機(jī)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(xùn)和指導(dǎo),使外方操作人員對于機(jī)組的啟動運行更加規(guī)范化、合理化,解決了機(jī)組低壓脹差值偏大帶來的問題,最終實現(xiàn)了機(jī)組的滿負(fù)荷長期穩(wěn)定運行,大大提升了機(jī)組的運行可靠性,同時也提升了中國機(jī)組在國外應(yīng)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。