印度150MW汽轮机组低压胀差值大的原因分析及处理

引言

低压胀差值偏大是国内150MW汽轮发电机组比较常见的一个问题,在国内电站项目中时有发生。汽轮机产生胀差主要是由于汽轮机转子和汽缸质面比不同,从而被加热或冷却的速率不同导致膨胀或收缩不同。转子质量轻,表面积大,质面比小:而汽缸质量大,表面积小,质面比大。在机组启动或停机过程中,转子的温度变化速率要快于汽缸,因此转子的热膨胀值大于汽缸,冷却时转子的收缩值也大于汽缸,由此导致转子与汽缸沿轴向的膨胀差称为转子与汽缸的相对膨胀差,简称胀差。胀差是很重要的运行参数,若胀差值达到报警值或跳机值,为了避免动静部分发生碰撞,损坏设备,热控保护动作会启动,致使机组跳机,给机组运行带来很大的安全隐患,影响机组的运行经济性。

1存在问题

印度MEPL2×150MW项目是中国某公司出口印度两台150MW机组项目。汽轮发电机组由南京汽轮电机(集团）有限责任公司生产,型号为N150-13.63/535/535/型中间再热冷凝式汽轮机组,是该公司吸收国内外先进技术制造生产的超高压、中间再热、单轴、双缸双排汽、凝汽式、冲动式汽轮机。

本项目机组在2014年大修之前低压胀差值过大,一直运行在7.6～8.1mm,介于报警值与跳机值之间(机组报警值为7.5mm,跳机值为8.5mm）。在机组停机启动过程中,由于低压胀差值偏大,难以控制,汽轮机低温暖机时间及中速暖机时间都很长,直到低压胀差值稳定运行在可控范围内才可以继续下一步的启动调试工作。一般低温暖机时间超过4h。而机组在升负荷过程中,同样面临低压胀差值超过报警值,需要操作人员长时间监测调试,以保证胀差值稳定运行后才可继续升负荷的情况,给机组的安全运行和经济运行造成了很大的影响,对操作运行人员的操作频率和运行技能也是一项严峻的挑战。由于机组低压胀差的影响导致机组一直无法达到满负荷状态,机组长期运行在90～100MW工况下,对于机组的经济效益产生巨大影响。

2原因分析

通常情况下影响汽轮机胀差的原因主要有:机组启动时暖机时间及升负荷快:汽缸夹层及法兰加热装置的加热汽温或流量较低:滑销系统的影响:轴封蒸汽对转子膨胀的影响:机组启动时,进汽参数的影响:推力轴承磨损:汽缸保温的影响:辅助蒸汽的参数影响:胀差测量元件准确度的影响:真空度:"泊桑效应"影响:抽汽量:轴承油温等。经过项目技术团队的实地测量考察及深入探讨分析,该机组低压胀差值偏大的主要原因有:(1）该机组转子的死点位于2#轴承箱推力轴承处,即高中压转子和低压转子连接处,而低压胀差探头设置于3#轴承箱内,同时3#轴承箱固定在汽机岛基础上,纵向没有设置滑销系统。故而该机组的低压胀差值实则是低压转子的绝对膨胀值。(2）印度业主方的操作团队对于机组运行参数控制不够严谨,再热蒸汽温度通常运行于额定参数以下,导致中低压缸的进汽温度偏低,汽缸膨胀不够充分。启机过程中轴封蒸汽温度较高,通常需要轴封进汽温度控制在140～170℃,而印度操作团队在启动过程中忽视该参数的控制,达到200～220℃,使得轴径过分膨胀,导致低压胀差值偏大。(3）该机组运行过程中的真空状况不佳,真空度降低,导致低压缸内尾汽排放不畅且温度较高,使得低压转子长期运行在额定温度以上,转子温升膨胀较大,致使低压胀差值趋于正常值以上。(4）经过多次现场考察与研究讨论,低压胀差探头灵敏度设置不准确,需要重新更改组态。(5）机组保温效果不佳,尤其是汽轮机下部的保温层存在脱落的可能性,机组启动与冷却过程中,上下缸温差最高可达到110℃(正常上下缸温差不可超过50℃）,导致汽缸的温升膨胀过慢,从而造成胀差值比较大。

3处理措施

针对以上问题的分析,项目团队制定了专门的技术方案并组织专业团队人员于2014年6月份进驻印度项目现场,进行为期3个月的项目大修工作,其中针对低压胀差值偏大的问题做了大量工作。

(1）针对低压转子胀差探头灵敏度进行了重新设定,由原来的组态灵敏度0.755V/mm更改为本特利标准灵敏度0.787V/mm,而更改后的低差压胀值应该变为7.7×(0.787-0.755）/0.755=0.33mm(假设原始显示值为7.7mm）。同时检查固定低压胀差探头的支架,重新设定低压胀差探头零位间隙,修改DCs系统的胀差信号量程。(2）对于机组真空度不好的问题,针对可能存在泄漏的漏点位置分别进行查漏工作,进行凝汽器换热管的泄漏检查、各个抽汽排汽气管道的查漏工作,进行低压缸及抽汽管道膨胀节的灌水实验,进行真空系统管道的泄漏检查等一系列工作。其中在对整个真空系统进行灌水实验检查时发现多达8处漏点并逐一进行维修和处理,同时更换了低压抽汽管道膨胀节。(3）将机组所有保温层拆除,在拆除过程中,发现汽轮机高压缸下部的保温棉确实有脱落的情况。项目团队更换了保温效果更好的保温棉,采用印度当地比较先进简单的喷射方式对整个机组的保温层重新做了一遍。在机组启动过程中,机组上下缸的温差也都维持在技术要求的50C之内。（4）打开2#轴承箱,取出推力轴瓦的过程中,发现推力瓦磨损比较严重,存在汽轮机转子整体后移的可能。项目团队对机组推力轴承的所有推力瓦进行了更换。(5）机组启动运行过程中,派遣国内专业的调试人员对印度方运行操作人员进行培训和现场运行指导,尤其是对于影响低压胀差转子膨胀的再热蒸汽进汽参数和轴封蒸汽温度控制,汽缸夹层辅助蒸汽的正确投入等,可以有效控制和监测机组启动和升负荷过程中由于低压胀差值给机组带来的安全隐患。

4处理效果

经过为期3个月的印度项目现场大修工作,最终将机组在启动运行过程中存在的顽疾一一排除。经过此次大修,机组的真空度由原来的-80kPa左右降低到-9lkPa左右,而低压胀差值也降低到5.5～6.5mm,解决了低压胀差值偏大带来的机组启动过程中存在的问题,消除了由此带来的机组启动运行中的安全隐患,避免了在升负荷过程中低压胀差值偏大带来的限制和影响,最终实现了机组的首次满负荷长期稳定运行工况。

5结语

国产150MW汽轮发电机组低压胀差值偏大是国内项目机组经常发生的问题。通过此次印度项目的机组大修发现,造成该项目1#机组的低压胀差偏大的主要原因是机组真空升高导致低压转子过度伸长、低压胀差探头测量程序设置不准确导致读数偏大、推力瓦磨损导致机组转子整体后移、保温层脱落致使汽缸膨胀不充分,同时由于印度方操作运行人员的专业水平和技能相对较低,在启动运行操作上不规范,蒸汽参数控制不够专业导致机组启动运行困难和胀差值增大。经过机组大修,在硬件方面从根本上解决了机组胀差值偏大的问题,同时通过对外方人员的操作运行培训和指导,使外方操作人员对于机组的启动运行更加规范化、合理化,解决了机组低压胀差值偏大带来的问题,最终实现了机组的满负荷长期稳定运行,大大提升了机组的运行可靠性,同时也提升了中国机组在国外应用的声誉,对于中印双方在后续项目的合作建立了更多的信心和信任。