張建雙

(華能嘉祥發(fā)電有限公司，山東 嘉祥 272400)

汽輪機(jī)快速冷卻技術(shù)應(yīng)用

張建雙

(華能嘉祥發(fā)電有限公司，山東 嘉祥 272400)

介紹了電廠機(jī)組冷卻技術(shù)的現(xiàn)狀，針對電廠汽輪機(jī)停機(jī)后需加速冷卻的問題，提出有效、快捷冷卻汽輪機(jī)汽缸的快速冷卻技術(shù)及措施，運(yùn)用冷卻裝置實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)快速冷卻，以縮短檢修工期及提高機(jī)組利用率。

汽輪機(jī)；快速冷卻；高壓缸；逆流冷卻

0 引言

隨著優(yōu)質(zhì)保溫材料被廣泛采用，機(jī)組的保溫性能得到了很大的改善，其運(yùn)行熱效率和安全性也有了很大的提高，但機(jī)組的停機(jī)冷卻時間卻大大增加。機(jī)組停機(jī)后，高壓缸第一級金屬壁溫度在300-400 ℃，要冷卻到檢修所需溫度150 ℃以下，需6-7天時間(與機(jī)組容量、參數(shù)、保溫條件及停機(jī)時汽缸溫度水平等因素有關(guān))。采用一般的使缸溫降到150 ℃以下的自然冷卻方式與檢修工期產(chǎn)生矛盾，導(dǎo)致機(jī)組的可用率降低。因此，需要研究使用有效的快速冷卻技術(shù)。

1 冷卻技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)代各電廠大多采用滑參數(shù)停機(jī)來降低停機(jī)時汽缸的溫度水平。但滑參數(shù)停機(jī)時控制主蒸汽、再熱蒸汽溫度較困難，有時汽溫有較大波動，甚至發(fā)生汽輪機(jī)進(jìn)水事故。另外，為控制降溫速度在規(guī)定范圍內(nèi)，滑停時間較長，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時間長，對經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和鍋爐穩(wěn)燃不利，為保證鍋爐穩(wěn)定燃燒需投用助燃油有時可達(dá)幾十t?；瑓?shù)停機(jī)只能使汽缸溫度降低到一定水平，一般在300 ℃左右，且停機(jī)后缸溫還會回升，故滑參數(shù)停機(jī)并不能解決停機(jī)后長時間等待冷卻的問題。

停機(jī)后采用必要的內(nèi)冷卻方式加速汽輪機(jī)的冷卻，對縮短停機(jī)后的等待冷卻時間十分有效。某廠1號、2號機(jī)(汽輪機(jī)型號：N330-16.7-538/538，由上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)美國西屋公司技術(shù)制造)停機(jī)后，高壓內(nèi)上缸溫度降至300 ℃時，采取空氣強(qiáng)制冷卻汽輪機(jī)以加快汽輪機(jī)的冷卻。以下對其要害環(huán)節(jié)、注意事項(xiàng)、冷卻速度、控制的空氣量、系統(tǒng)的檢查等進(jìn)行具體的論證。

2 空氣強(qiáng)制冷卻技術(shù)

為保證機(jī)組大、小修順利進(jìn)行，根據(jù)汽輪機(jī)運(yùn)行狀況，在必要的情況下，可采用空氣強(qiáng)制冷卻汽輪機(jī)以加快機(jī)組的冷卻。強(qiáng)制冷卻汽輪機(jī)的持續(xù)時間不超過26-28 h，高壓汽缸的溫度降到可以打開汽缸為止。

2.1 強(qiáng)制冷卻的技術(shù)要求

(1) 強(qiáng)制冷卻汽輪機(jī)持續(xù)時間一般不超過26-28 h。

(2) 高壓內(nèi)上缸溫度在300 ℃以下才能投入強(qiáng)制冷卻。

(3) 在冷卻過程中，冷卻速度為6-8 ℃/h。

2.2 需投運(yùn)的設(shè)備

(1) 循環(huán)水泵，并且凝汽器要通有循環(huán)水。

(2) 凝結(jié)水泵。

(3) 高壓油泵。

(4) 軸封抽汽器。

(5) 軸封系統(tǒng)。

(6) 連續(xù)盤車。

2.3 系統(tǒng)檢查

(1) 主凝結(jié)水再循環(huán)門開啟調(diào)整水位。

(2) 檢查下列閥門應(yīng)關(guān)閉：電動主閘門；真空破壞門；高低加空氣門；1，2號熱網(wǎng)空氣門；加熱裝置疏水至2號熱網(wǎng)疏水門；軸封漏汽管道上的疏水門；電動主閘門前后疏水門及啟動旁路疏水門；高加及低加疏水至凝汽器疏水門；導(dǎo)管疏水、自動主汽門前疏水；1-8號抽疏水至疏水?dāng)U容器門。

3 空氣強(qiáng)制冷卻的技術(shù)措施

3.1 投入空氣強(qiáng)制冷卻時的措施

(1) 向軸封送汽，軸封溫度保持180-200 ℃，啟動冷卻抽汽器，保持進(jìn)汽壓力0.49 MPa，真空20-30 kPa，開啟空氣門。

(2) 汽輪機(jī)通流部分冷卻：自動主汽門、中壓調(diào)門、上下段隔板全開，高壓調(diào)門、防腐氣門開啟。

(3) 通流部分冷卻4-5 h之后才能打開法蘭冷卻系統(tǒng)。

(4) 開啟汽缸加熱裝置，疏水門關(guān)閉。

(5) 稍開冷卻空氣門。

(6) 監(jiān)視汽缸溫度有下降趨勢(每30 min對所有缸溫及脹差抄表1次)。

(7) 保證汽缸法蘭兩側(cè)溫差不大于20 ℃。

(8) 使汽缸溫度降至150 ℃。

(9) 汽缸缸溫下降速度為6-8 ℃/h。

(10) 根據(jù)缸溫下降情況適當(dāng)調(diào)整軸封。

(11) 用開大冷卻抽汽器進(jìn)汽門或空氣門的方法來控制空氣量。

3.2 停止空氣冷卻時的措施

關(guān)閉冷卻空氣門，停止冷卻抽汽器；停止軸封送汽，開啟真空破壞門；停止凝泵運(yùn)行，開啟所有疏水門，關(guān)閉加熱汽門；打閘，關(guān)閉高中壓調(diào)門及上下段隔板；停止高壓油泵，投交流潤滑油泵。

3.3 注意事項(xiàng)

(1) 高壓缸溫度在300 ℃以下時投入汽缸冷卻，冷卻速度小于6-8 ℃/h。

(2) 嚴(yán)密監(jiān)視高低壓缸脹差變化情況，排汽溫度不應(yīng)超過130 ℃，否則停止低壓缸軸封送汽。當(dāng)溫度降至120 ℃時，重新投入低壓缸軸封送汽。

(3) 對轉(zhuǎn)子的相對膨脹加強(qiáng)監(jiān)視，在高壓轉(zhuǎn)子脹差小于0.5 mm時，只使用法蘭螺栓空氣冷卻系統(tǒng)。當(dāng)高壓轉(zhuǎn)子脹差不小于0.5 mm時，可同時進(jìn)行汽機(jī)通流部分的冷卻工作。

(4) 當(dāng)高壓轉(zhuǎn)子相對膨脹等于-1.3 mm時，停止汽機(jī)通流部分的冷卻，保持高壓缸法蘭加熱系統(tǒng)的冷卻。當(dāng)轉(zhuǎn)子相對膨脹為-1.0 mm時，重新投入通流部分冷卻。

(5) 冷卻過程中，當(dāng)汽缸和法蘭的最大溫差達(dá)到75 ℃時，則停止法蘭冷卻系統(tǒng)。

(6) 在冷卻過程中，同時監(jiān)視左右法蘭對應(yīng)點(diǎn)的溫差不應(yīng)超過20 ℃，否則應(yīng)采取措施。

(7) 當(dāng)高壓內(nèi)缸溫度降至150 ℃以下時，停止冷卻抽汽器，停軸封系統(tǒng)。

為保證此項(xiàng)工作能夠安全進(jìn)行，要求工作中認(rèn)真操作，巡視檢查一定要到位，發(fā)現(xiàn)異常，及時匯報(bào)、及時處理。2號機(jī)停機(jī)前，汽機(jī)檢修人員需在前箱北側(cè)加裝膨脹指示器，在1-6號瓦加振動自動檢測裝置連續(xù)檢測。汽機(jī)運(yùn)行人員在停機(jī)前應(yīng)對所有數(shù)據(jù)認(rèn)真抄錄。

4 使用快速冷卻裝置實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)快速冷卻

為了加快汽輪機(jī)停機(jī)后的冷卻速度，縮短冷卻時間，該廠使用快冷裝置系統(tǒng)，利用通熱空氣的方式，在汽輪機(jī)停機(jī)后的高溫階段，輸送300 ℃左右干燥、潔凈的熱空氣，并保持與汽缸內(nèi)壁有一定溫差，由高溫階段的小流量逐漸調(diào)至低溫階段的大流量熱空氣。通過對汽輪機(jī)冷卻過程中汽缸應(yīng)力變化的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)高溫干燥潔凈的熱空氣對汽缸產(chǎn)生的熱沖擊和應(yīng)力破壞極小，是十分安全可靠的。

整個系統(tǒng)利用空氣壓縮機(jī)輸送氣源。空氣經(jīng)油水過濾器過濾后，由2套空氣加熱器將壓縮空氣加熱到一定溫度后輸送到集氣箱，然后送入汽輪機(jī)各個冷卻部位。通過控制閥及壓力、流量、溫度顯示裝置，隨時調(diào)節(jié)壓縮空氣溫度和流量，再配合汽輪機(jī)應(yīng)力監(jiān)視，在規(guī)定范圍內(nèi)按比例降低汽缸溫度，達(dá)到快速冷卻的目的。

4.1 快冷裝置設(shè)備參數(shù)

設(shè)備型號：YQL-II180型，臥式；空氣最大流量：60 m3/min(1個大氣壓，20-45 ℃)；加熱電源總功率：180 kW；最高加熱溫度：400 ℃；設(shè)計(jì)壓力：0.96 MPa；工作壓力：0.80 MPa。

4.2 快速冷卻裝置組成及工作原理

4.2.1 快速冷卻裝置組成

快速冷卻裝置由進(jìn)汽口法蘭、油水過濾器、空氣加熱器、管道、截止閥、壓力表、流量計(jì)、控制柜、測溫元件、集氣箱等組成，如圖1所示。

圖1 快速冷卻裝置示意

4.2.2 工作原理

快冷裝置的工作原理：壓縮空氣由進(jìn)氣口法蘭進(jìn)入油水過濾器，油水被過濾后排入地溝，壓縮空氣通過管道進(jìn)入空氣加熱器，空氣被加熱到一定溫度輸送到集氣箱。采用數(shù)字溫度調(diào)節(jié)儀，控制加熱元件的功率，達(dá)到均勻控制溫度的目的。集氣箱與2路快冷母管連接，2路快冷母管分別與快冷至1號機(jī)供汽母管和快冷至2號機(jī)供汽母管連接，如圖2所示。

圖2 集氣箱與快冷母管連接示意

快冷供汽母管A向A，B再熱蒸汽調(diào)門后管道供汽冷卻中壓內(nèi)缸，向高壓外缸疏水管道供汽冷卻高壓外缸，向中壓外缸疏水管道供汽冷卻中壓外缸?？炖淇諝饽腹蹷分別向1-6高調(diào)門后管道供汽冷卻高壓內(nèi)缸。

4.2.3 強(qiáng)制通風(fēng)快速冷卻方式的選用

汽輪機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)快速冷卻的主要對象是汽輪機(jī)的高、中壓汽缸。根據(jù)冷卻空氣與工作蒸汽流動方向的異同可分為順流和逆流2種。

順流空氣冷卻自高溫區(qū)引入，傳熱溫差大，比逆流空氣冷卻有大的熱沖擊風(fēng)險(xiǎn)。但由于是全周進(jìn)汽，對轉(zhuǎn)子、汽缸冷卻比較均勻，且進(jìn)汽區(qū)原來都有金屬溫度監(jiān)視測點(diǎn)可以利用，便于監(jiān)視和控制冷卻速率。

逆流冷卻雖然進(jìn)口溫差小，在汽輪機(jī)處于高溫階段冷卻時受熱沖擊的風(fēng)險(xiǎn)比順流冷卻小，但因不具有順流冷卻的均勻性優(yōu)點(diǎn)及進(jìn)汽區(qū)無現(xiàn)成的金屬溫度監(jiān)視測點(diǎn)，因此不便于監(jiān)視及調(diào)節(jié)。

通過理論論證和實(shí)踐證明，順流冷卻較方便，且汽缸的熱沖擊風(fēng)險(xiǎn)因空氣已在閥門及導(dǎo)汽管中吸熱，溫度已升高，故只要控制得當(dāng)是完全可以達(dá)到冷卻效果的。

為了防止冷卻開始階段在空氣引入處產(chǎn)生熱沖擊，在空氣引入前設(shè)置電加熱器，預(yù)先將冷卻空氣加熱到一定溫度。這樣使得冷卻空氣的初始溫度具備了可控條件，加上易于調(diào)節(jié)的空氣流量條件，使汽輪機(jī)冷卻速率自始至終更易控制在最佳值附近并較為均勻一致。

4.2.4 主要操作及其注意事項(xiàng)

(1) 對強(qiáng)制冷卻裝置進(jìn)行充分吹掃，排盡系統(tǒng)管道內(nèi)積水，吹去其污垢。

(2) 投電加熱器，調(diào)節(jié)出口氣溫，系統(tǒng)暖管。

(3) 汽輪機(jī)停機(jī)后10-12 h，汽缸內(nèi)疏水充分排盡后，關(guān)閉汽缸本體和l級、3級抽汽管氣動疏水閥。其目的是防止壓縮空氣短路。

(4) 待系統(tǒng)暖管充分，分氣箱內(nèi)壓縮空氣溫度和汽缸內(nèi)首級金屬溫度之差小于150 ℃時，可分別打開各分路隔離閥，開始通氣冷卻。

(5) 在冷卻過程中，嚴(yán)格按規(guī)定的溫度下降速率控制進(jìn)氣量及強(qiáng)冷裝置出口氣溫。加強(qiáng)監(jiān)視，隨時調(diào)整，按時記錄，控制各項(xiàng)參數(shù)在許可范圍之內(nèi)，確保設(shè)備機(jī)組安全。主要監(jiān)視參數(shù)有：高、中壓缸金屬溫度及下降速率；汽輪機(jī)上下缸溫差、軸向位移、高低壓脹差、偏心、盤車電流、缸脹；高、中、低壓缸排汽溫度、DEH應(yīng)力報(bào)警；壓縮空氣流量、壓力、溫度；強(qiáng)冷電加熱器電流等。

(6) 強(qiáng)冷過程中確保有關(guān)輔助系統(tǒng)運(yùn)行正常。

(7) 待汽輪機(jī)首級金屬溫度下降到130 ℃時，(一般有10-20 ℃溫度反彈)可停止強(qiáng)制冷卻，打開前面關(guān)閉的有關(guān)氣動疏水閥。

(8) 再盤車12 h左右，確認(rèn)汽缸內(nèi)金屬溫度停止反彈開始平穩(wěn)下降，各項(xiàng)參數(shù)均正常時，可停止盤車及潤滑油系統(tǒng)運(yùn)行，許可檢修工作。

(9) 溫度控制采用手動和自動方式，溫度控制偏差在±5 ℃，設(shè)置溫度超限報(bào)警和流量測量裝置、溫度測量裝置。

5 結(jié)束語

汽輪機(jī)快速冷卻不但能明顯縮短檢修周期，還可在強(qiáng)迫停機(jī)時汽輪機(jī)快冷后配合停機(jī)進(jìn)行設(shè)備缺陷排除工作，使設(shè)備可靠運(yùn)行。此快冷方法還能減緩汽輪機(jī)的腐蝕，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2015-12-22；

2016-05-08。

張建雙(1976-)，男，工程師，主要從事汽機(jī)檢修維護(hù)工作，email：zjshuang@sohu.com。