引言

电力市场发展规模的日趋扩大对于电力供应的稳定性提出了较高的要求，汽轮机上下缸温差大将会导致转子偏心幅度增大，进而造成叶片损毁、汽缸变形、大轴弯曲等问题，使发电厂蒙受严重的经济损失，甚至还会引发安全事故。如何精确排查上下缸温差大的原因并采取有效措施予以处理，值得我们进行深入探讨。

 

1 汽轮机组运行概况

某公司生产的型号为 N600/24.2/566/566 的 3、4 号超临界汽轮机组为三缸四排汽中间再热凝汽式结构，高中压合缸，低压缸为双流程结构。机组投产后的启动、停运期间，在高中压缸排汽口、三段抽汽口处出现上下缸温差超出 45℃的情况。鉴于在生产制造汽轮机的过程中要求进行汽轮机上下缸温差的动态监测，通常下缸温度要低于上缸且温差不超过45℃，防范汽缸进水问题，倘若温差超出报警值将会造成动静碰磨、汽缸变形、轴瓦振动大乃至汽缸漏汽等问题，造成严重的安全隐患。通过调取机组监测数据可以发现，在 4 号机某次启动、停运的过程中都发生了高中压缸排汽口、三段抽汽口处温差超过报警值的现象。在 4 号机启动后，自真空投运起中压缸排汽口上下缸温差便逐渐上升，待暖机结束后到达第一个高峰值 61.6℃，随着机组带负荷至 120MW 时到达第二个高峰值 68.1℃，随后温差逐渐减小至正常范围；在机组的三段抽汽口处，待暖机结束前由 3000r/min 至 120MW 负荷间温差呈迅速增大趋势，在 120MW 处到达较高值 95.8℃，随后温差逐渐回落至正常范围。

 

2 600MW 汽轮机上下缸温差大的原因分析

2.1 蒸汽在夹层中的传热情况分析

蒸汽通过分流挡板，上、下分流，并保证了上、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间。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中压隔板，同时加热外缸，确保高中压缸内、外缸合理的温度梯度。分析高中压缸夹层中高温区和低温区的蒸汽的热量传递。高压端的漏汽（高温区蒸汽）与中压缸排汽（低温区蒸汽）因为压力不一致，因此蒸汽在高中压缸挡汽板附近不能通过自然对流进行热交换。由于高温区的蒸汽流量远大于低温区的蒸汽流量，如果不控制从高温区到低温区的蒸汽流量，则高温区的温度维持不住。

 

2.2 温度测点与保温排查

汽轮机组一般在启停或低负荷时，汽缸因外界条件不同，下缸与很多管道相连接，散热面积大，保温困难，故一般下缸温度较上缸温度低。但是这种机组的高中压缸不论在启停或带负荷运行时，总是出现下部温度高于上部温度的现象。为排查汽轮机上下缸温差过大的原因，首先针对温度测点精度进行检验，在观察机组启动后的运行情况时，可以发现4 号机中压缸的排汽蒸汽温度为 350℃，排汽口上半部金属温度与之相匹配，但下半部金属温度为 320℃，二者温差约为30℃。事实上在中压缸运行过程中，其排汽下半部金属温度应与三段抽汽温度保持一致。在获取到温度测量数值后，进行排汽口下半部保温情况的排查，利用表计进行测点校验后未发现测量数值的异常变化情况，保温表面保持在 60℃范围内。因此拟进行表计的重新安装，安装后发现原有现象消除，由此可以初步证明温度测点与保温方面无故障问题，造成温差测量数值不精确的原因极有可能是表计未插好，导致热电阻测量端与套管底部连接不当。

 

2.3 汽缸进水问题排查

接下来进行汽缸进水问题的排查，在依次检验疏水系统中的不同阀门闭合状态、查看汽轮机停机后的惰走曲线、观察真空数据数值变化情况后，均未发现有异常情况，由此可以初步排除汽缸积水这一故障诱因。同时由于汽轮机在运行过程中缸内温度会保持较高数值，在停机后缸内压力逐渐转变为真空状态，因此缸内原有蒸汽并不会造成汽缸积水，且导气管、疏水门都处于正常开启状态，由此可以进一步排除汽缸进水这一故障问题。

 

2.4 疏水系统检查

内缸下半部开有疏水孔，通过环形挠性疏水管穿过外缸引出，用来排除内缸进汽腔的积水。通过观察 4 号机高压缸排汽口的温度变化数据可以发现，总体来看其温差保持在正常范围内浮动，而在汽轮机停机的 6 日后出现温差为 46.6℃的情况；汽轮机的中压缸排汽口在机组启动、停运过程中温差的峰值均超过 60℃，且这一温差数值在持续一段时间后才开始下降。由于真空系统与轴封系统在中压缸冲转前已完成投运，由此可以推断出轴封蒸汽是影响温差变化的较主要因素，轴封蒸汽在中压腔室加热上腔室，经由连通管从中压缸流入到低压缸中，导致中压缸排汽下腔室温度上升速率缓慢，进而加大上下缸温差数值。

 

具体来说，由于在该汽轮机组中三段抽汽口的上、下测点分别位于中压 1 号持环前部与中压外缸处，两个测点呈非对称状排布，因此在汽缸温度变化时必然会引起测点所处位置金属的温度变化，进而造成温差数值变化。在汽轮机组停运过程中，其温差变化只取决于轴封蒸汽这一个因素，然而以机组现有的保温条件无法规避停机温差增大的问题。在汽轮机启动过程中，冲转蒸汽在流经中压缸后必然流向低压缸，导致其排汽口上下腔室的加热速度不一致，下腔室略有延迟且升温速度较慢，加剧了温差增加幅度。此外，汽水混合物量会随冲转参数的升高而增大，在进入三段压力疏水罐后引发倒流现象，使冷蒸汽倒流进三段抽汽口下部，进一步导致上下缸温差增大，由此可以判断出该汽轮机的疏水系统布置存在问题。

 

3 针对汽轮机上下缸温差大的处理对策探讨

 

3.1 增加蒸汽在夹层的换热流量

取消高中压端中分面分流挡板同时将高中压内缸底部挡汽板的外圆直径减小，增加挡汽板与外缸凸缘之间缝隙，使底部高温区和低温区的蒸汽的换热流量增加，增大换热效果，使下半区主流区的温度与上半区的温度基本一致。

 

3.2 加强启动停运管控

针对汽轮机的启动过程进行优化，需在汽轮机挂闸后立即投运 3 号高压加热器汽侧，通过增加抽汽量使 3 号抽汽口下腔室金属温度上升，改善以往因疏水不畅造成的温差过大问题；同时注重增加冲转暖机时长，待汽轮机抽汽口下腔室金属温度保持恒定值后进行汽轮机升速，以免造成温差叠加问题。针对汽轮机停运期间进行优化，应当适当推后轴封与真空的退出时长，选取汽缸上腔室部分的快冷汽源投运，以此增加汽缸上部降温速率，同时配合关闭疏水阀操作，使汽缸下部缓慢降温，从而达到减小上下缸温差的目的。

 

3.3 改造疏水系统

针对汽轮机的疏水系统进行改造，应采用新集管辅助汽轮机本体疏水，规避其他管道影响本体疏水效果。具体来说，拟将 4 号机高中压缸平衡管、高中压缸外缸、中压导气管上下疏水管路、三抽与四抽逆止门前疏水等 6 条疏水管路与 4A凝汽器 26m3疏水扩容器备用集管口相连接。在完成疏水系统改造后，启动 4 号机并观察其温差变化情况，可以发现在真空与轴封投运后，汽轮机高压缸排汽口温差无明显变化，待冲转前出现峰值 41.5℃，直至达到 110MW 负荷后温差恢复到正常情况；在观察汽轮机中压缸时，可以发现其排汽口温差增幅较大且速度较快，短时间内迅速达到 42.5℃，在此过程中并未受到真空变化的影响，温差始终保持在 42℃左右；在 2350r/min暖机期间温差增至 43.7℃，而在 3000r/min 电气试验过程中温差又略微降至 41.7℃，经由后续打闸、冲转后温差再次增至44.5℃，机组带负荷运行至 3000MW 时温差降至 30℃左右，回归到正常的温差范围内；在三段抽汽口处，当汽轮机第一次升速至 3000r/min 时，其温差达到峰值 42℃，持续时间约在60min 之内，在后续冲转、带负荷状态下温差均保持在 30℃之下，由此可证实改造后的疏水系统能够有效起到减小上下缸温差的作用。其中选取 4 号机改造后某一日的上下缸温差变化情况，如图 1 所示。从图中可以观察到，在机组停机后、投运快冷前的一段时间内，其高压缸与中压缸的排汽口、三段抽汽口上下缸温差的峰值分别为 42℃、20℃和 41℃，处于正常状态。

4 结束语

汽轮机上下缸温差过大将会直接导致转子偏心幅度变大，加大汽轮机缸体内部的摩擦，使其内部温度大幅攀升，还会引发缸体变形、漏汽、轴承弯曲、机组振动等问题，对于汽轮机的安全运行造成严重影响。因此务必要严格加强对机组启停、疏水系统等环节的优化改造，较大限度保障机组安全运行。

 

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