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600 MW汽轮机高压外缸温差过大现象的剖析 |
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| 600 MW汽轮机高压外缸温差过大现象的剖析 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-26 19:51:36  |
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摘 要：上海某汽轮机厂引进美国西屋公司技术制造的600 MW汽轮机，在吴泾第二电厂和山东聊城电厂的运行中，均存在高压外缸中间处上下部积水温差过大的现象，而且已经超过厂家给定的跳闸值。针对这种情况，根据其高压缸的结构特点，分析了高压缸运行时蒸汽流动的传热情况，并对这种高压缸温差过大的现象进行了解释，最后提出了相应的措施。由于台山发电厂的汽轮机属于同一类型，因此对汽轮机作了改进，解决了高压外缸上下缸温差过大的问题。
台山发电厂汽轮机组是上海某汽轮机厂引进美国西屋公司技术制造的亚临界600 MW机组。吴泾第二电厂和山东聊城电厂的该类型机组在运行中，均存在高压外缸中间处上下部积水温差过大的现象。在扬州第二发电厂同类型进口机组的运行过程中，也有这种现象。在额定工况下，下缸温度测点一般为390 ℃左右，较上缸高60～70 ℃，根据厂家提供的资料要求，高压外缸温差超过55.6 ℃，就应该停机。
为改善高压缸上下缸温差的问题，上海吴泾第二发电厂的2号机组利用大修机会，在高压缸隔板套下半挡汽板处加了半圈阻汽片，但是，上下缸温差变得更大，最大达到90 ℃。
1高压外缸温差大对汽封间隙的影响
由于汽缸上部温度低于下部，故会导致汽缸的下弯曲，使汽缸中部间隙变小。高压缸前后猫爪之间的距离L=4 700 mm，高压缸筒体直径D=3 200mm，高压缸材质为ZG15Cr1Mo，在24～540 ℃范围内其膨胀系数α=14.04×10－6℃-1。在温差Δt达到60 ℃时，由上下温差引起热弯曲的计算公式f=α×Δt×L2/8D，可以求得到高压缸的热弯曲量为0.72 mm。因高压缸的中部汽封间隙的设计值为0.76 mm，故在一般情况下会产生动静摩擦。
2高压外缸温差大的原因分析
2.1高压外缸结构
高压外缸沿水平中分面分开，形成上缸和下缸，靠发电机端有4个进汽口，高压缸排汽口在其调阀端的下部，左右侧各一个。在下缸还有一个1号抽汽口，直径273 mm。
在高压外缸中部的最高点和最低点,设有测量金属温度的热电偶，作为检测积水用。当高压缸出现上、下缸温差过大现象时，与其相对应的一对热电偶就可及时检测，发出报警信号。
2.2高压内缸结构
高压内缸为具有中分面的鼓状圆筒结构。在高压内缸内装有高压蒸汽室、高压平衡活塞汽封和高压隔板套。
2.3高压缸内蒸汽流动情况
高温蒸汽自蒸汽室内腔汽封，流经高压平衡活塞汽封，再流出高压内缸。此后分成两部分：一部分漏入高压缸轴封套（发电机端）；另一部分流过内外缸夹层，通过高压隔板套上的挡汽板与外缸之间的间隙，与高压缸排汽汇合。如下图1所示。
为确保高压转子的轴向力基本平衡，从平衡活塞漏出的高温蒸汽的压力，应与高压排汽压力基本一致。在高压隔板套的外表面有一圈挡汽板，与外缸上相对应的凸缘之间的间隙为15.5 mm。由于间隙不大且从平衡活塞漏出的高温蒸汽的压力基本与高压缸排汽压力一致，故以挡汽板为界，靠近高压内缸侧的蒸汽温度较高而形成高温区，靠高压排汽端侧的蒸汽温度较低形成低温区。高温区的蒸汽在挡汽板处附近与低温区的蒸汽进行自然对流换热。
2.4高压外缸温差大的原因分析
2.4.1平衡活塞漏汽的流动特点
在平衡活塞出口端的中分面处的两侧各有一块分流挡板，从平衡活塞漏出的蒸汽通过分流挡板上下分流，保证上、下蒸汽流量和温度等参数基本一致。由于内外缸之间的中分面处空间不大，蒸汽主要通道为顶部和底部的内外缸夹层之空间。
2.4.2蒸汽在夹层中的传热情况
高温区的蒸汽冷却内缸，同时加热外缸，低温区的蒸汽冷却高压隔板套，同时加热外缸，确保高压缸内、外缸合理的温度梯度。
因为从平衡活塞的漏汽与高压缸排汽压力基本一致，因此蒸汽在高压隔板套挡汽板附近主要是通过自然对流进行热交换。由于挡汽板与外缸凸缘之间缝隙很小，限制了蒸汽的热交换量，形成了一个稳态的温度场。
2.4.3蒸汽在底部夹层中的传热特点
a)从高压缸结构上可以看出，在低温区高压隔板套底部靠近挡汽板的位置，有1号抽汽管，其蒸汽温度大于漏汽蒸汽温度。由于从平衡活塞上、下半部漏出的蒸汽流量基本一致，因此在低温区底部蒸汽温度会高于顶部。
b)1号抽汽口的位置与高压缸隔板套挡汽板底部连起来，距离很近。对于底部1号抽汽管道周围的蒸汽流场，可以划分为热边界层区和主流区。根据传热学中热边界层的原理，由于高温区和低温区的蒸汽压力基本一样，其1号抽汽管道热边界层示意图如图2所示。由于高压缸下部温度测点很接近抽汽管道热边界层，因此在其温度测点处进行热交换蒸汽的热量损失较其它处小很多。
c)分析结论
综上所述，高压外缸下部积水温度主要是受了1号抽汽管道的热边界层的影响，它并不能反映其测温点周围主流区蒸汽的温度。由于温度高的部位范围小，故对缸体热变形影响不大，所以在高压外缸中部温差达到了60～70 ℃时，机组运行时振动情况尚好。
吴泾发电厂600 MW机组的高压缸隔板套下半挡汽板处加了半圈阻汽片后，使下部高温区的蒸汽与外界热交换更少，导致上下缸温差更大。
3防止高压外缸底部温度高的措施
3.1正确安装1号抽汽管道入口弹性密封环
在1号抽汽口与汽缸夹层之间，是依靠两道弹性密封环来密封，密封环在安装时有轴向和径向两个方向的密封。如图3所示。
从弹性密封环的缺口槽进入密封环的蒸汽，产生如图3箭头方向的轴向力和径向力，使密封环产生轴向和径向两个方向的密封。如果密封环安装方向不正确，就会从密封环处漏汽，引起下部测点温度偏高。
3.2取消高压缸隔板套下半挡汽板上阻汽片
取消高压缸隔板套下半挡汽板上阻汽片，可增大下部高温区的蒸汽与外界热交换。
4台山发电厂机组运行情况
台山发电厂1号、2号机组按照上述措施进行了改进，投产后高压缸上下缸温差数据如表1所示。
经过对机组运行参数的监视，发现高压缸上下缸温差已经基本控制在45 ℃以内。
5结束语
上海某汽轮机厂引进美国西屋公司技术制造的600 MW汽轮机存在高压外缸中间处下部积水温度较上部温度偏高的现象，而且已经超过厂家给定的跳闸值，这是目前该类型机组的一个通病。本文通过分析认为：汽轮机高压外缸下部积水温度高主要是受了1号抽汽管道的热边界层的影响，并不能反映其测温点周围主流区蒸汽的温度。通过采取正确安装1号抽汽管道入口弹性密封环和取消高压缸隔板套下半挡汽板上阻汽片等措施，可有效防止高压外缸底部温度偏高，减小高压外缸上下缸温差。
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