引言

某電廠9號(hào)機(jī)為東方汽輪機(jī)廠制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī),型號(hào)為NZK660-28/600/620-1。2019年9月17日機(jī)組首次B級(jí) 檢修前,維持再熱蒸汽620℃運(yùn)行條件下中壓缸外上半內(nèi)壁溫度最高不到550℃,下半內(nèi)壁溫度最高不到540℃,內(nèi)壁上下溫差未超過(guò)25℃:2019年11月18日B修啟動(dòng)后,機(jī)組再熱蒸汽溫度升至額定溫度620℃后,中壓外缸進(jìn)汽室上半內(nèi)壁溫度最高升高至600℃,進(jìn)汽室下半內(nèi)壁溫度達(dá)545～555℃,外缸進(jìn)汽室內(nèi)壁上下溫差在53℃左右,汽缸溫差較檢修前增大20～30℃:將機(jī)組再熱蒸汽溫度降至590～600 ℃時(shí) ,汽缸溫差可保持在40 ℃以內(nèi)。本文針對(duì)機(jī)組結(jié)構(gòu)特征、相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行特性,對(duì)汽缸溫差超標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行分析、處理,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并提出相關(guān)優(yōu)化措施。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

1. 1 中壓缸總體結(jié)構(gòu) 9號(hào)機(jī)中壓缸為雙層缸結(jié)構(gòu) ,共計(jì)10級(jí)通流做功單元,

其中1～3級(jí)位于中壓內(nèi)缸處,4～7級(jí)位于中壓1號(hào)隔板套內(nèi) ,8～10級(jí)位于中壓2號(hào)隔板套內(nèi)。機(jī)組前端部汽封共計(jì)11列汽封圈,其中#1～#2列汽封為端把汽封,懸掛于中壓外缸端部外壁:#3～#6列汽封為中壓前內(nèi)汽封一,位于中壓外缸內(nèi)部:#7～#11列汽封為中壓前內(nèi)汽封二,位于中壓內(nèi)缸內(nèi)部,用于密封中壓進(jìn)汽與中壓一級(jí)隔板腔室間蒸 汽 。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中壓進(jìn)汽插管密封環(huán)

1.2中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)工作原理

中壓缸再熱蒸汽通過(guò)進(jìn)汽管穿過(guò)外缸,除外缸與進(jìn)汽管連接處溫度較高外,其余溫度相對(duì)較低,采用高壓缸1段抽汽（抽汽溫度約407℃）,通過(guò)節(jié)流孔板減壓后進(jìn)入中壓外缸進(jìn)汽腔室降低中壓外缸處溫度,以保證中壓進(jìn)汽腔室內(nèi)壁溫度在530～535℃,最高溫度不超過(guò)566℃,冷卻后的蒸汽由3段抽汽管道流出。具體流程如圖2所示。

1.3中壓進(jìn)汽插管密封環(huán)工作原理

再熱蒸汽由中壓外缸間的插管（中壓進(jìn)汽插管）進(jìn)入中壓內(nèi)缸做功,外缸進(jìn)汽管道與插管之間設(shè)有密封環(huán),防止蒸汽泄漏。中壓進(jìn)汽插管與中壓內(nèi)缸上半水平結(jié)合面通過(guò)螺栓固定,該插管與外缸配合形成腔室,在腔室內(nèi)設(shè)有密封環(huán) ,避免蒸汽泄漏。中壓進(jìn)汽管密封環(huán)采用疊片式密封,密封環(huán)分為緊環(huán)與松環(huán)兩種:緊環(huán)、松環(huán)截面呈"o"型,均為整圈無(wú)缺口、無(wú)開(kāi)口形式:密封環(huán)與外缸內(nèi)壁、插管外壁保持較小的圓周徑向間隙,建立密封隔離功能:且密封環(huán)間保持適當(dāng)?shù)妮S向間隙,以便在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中沿軸向滑動(dòng),適應(yīng)內(nèi)外缸之間的軸向脹差。

2原因分析及處理措施

針對(duì)9號(hào)機(jī)中壓外缸進(jìn)汽室內(nèi)壁超溫原因,主要對(duì)設(shè)備狀態(tài)劣化情況及中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)進(jìn)行檢查,分別為:（1）利用2021年B修揭缸后對(duì)中壓缸內(nèi)部相關(guān)部套性能狀態(tài)進(jìn)行檢查:（2）檢查中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。具體檢查內(nèi)容如下:

2.1中壓缸內(nèi)部部套性能檢查

主要檢查部位(圖1):(1）中壓進(jìn)汽管、密封環(huán);(2)中壓進(jìn)汽管法蘭結(jié)合面;(3)中壓內(nèi)缸水平中分面間隙;(4）中壓前內(nèi)汽封性能情況。

2.1.1中壓內(nèi)缸汽缸嚴(yán)密性檢查

對(duì)中壓內(nèi)缸嚴(yán)密性進(jìn)行檢查,測(cè)量?jī)?nèi)缸中分面間隙均0.05mm塞尺不入,滿足汽缸嚴(yán)密性要求,可排除由內(nèi)缸中分面泄漏造成汽缸內(nèi)壁上下溫差超標(biāo)的因素。

2. 1.2中壓進(jìn)汽插管密封環(huán)檢查

對(duì)進(jìn)汽插管表面涂層、密封環(huán)表面檢查無(wú)損傷,進(jìn)汽插管與中壓內(nèi)缸結(jié)合面0.05mm塞尺不入;但左側(cè)中壓進(jìn)汽插管密封環(huán)由上到下間隙分別為0.19/0.29/0.37mm,右側(cè)中壓進(jìn)汽插管密封環(huán)由上到下間隙分別為0.20/0.29/0.33mm(設(shè)計(jì)值:0.017～0.05 mm);中壓進(jìn)汽管密封間隙超標(biāo),導(dǎo)致部分蒸汽無(wú)法有效密封,該因素為中壓外缸進(jìn)汽室上半內(nèi)壁溫度超標(biāo)原因之一。

2. 1.3中壓前內(nèi)汽封汽封塊性能檢查

(1）中壓內(nèi)缸未解體前檢查工作:解體中壓前內(nèi)汽封一上半(圖1）后,檢查#3～#6列汽封圈上半汽封塊汽封齒有的被沖刷成鋸齒形狀,其中#6列汽封圈上部第二道汽封高齒最為嚴(yán)重,汽封塊鋸齒狀與汽流沖刷有關(guān)。

(2）在內(nèi)缸未解體狀態(tài)下測(cè)量中壓前內(nèi)汽封二最外側(cè)汽封齒間隙,即#7列汽封塊,敲擊汽封前、后,汽封間隙分 別為0.65～2.00mm、0.15～1.00 mm ,汽封塊退讓間隙分別 為1.45～1.80 mm、2.20～2.50 mm ,上半汽封塊膨脹總間隙 分別為4.10 mm、1.50 mm ,汽封塊存在未回落現(xiàn)象。

(3）中壓內(nèi)缸解體后相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)量:1）徑向間隙測(cè)量記錄:汽封間隙超標(biāo)主要表現(xiàn)為#3～#10汽封圈左側(cè)間隙偏小 ,右側(cè)間隙偏大,且右側(cè)汽封間隙在1 .00～1 .50 mm。2）周向間隙測(cè)量記錄:中壓前軸封汽封周向間隙超標(biāo)(設(shè) 計(jì)0.40～0.90 mm）,實(shí)測(cè)汽封周向總間隙在1.42～2.70 mm。3)汽封退讓間隙記錄:中壓前軸封汽封退讓間隙超標(biāo),實(shí)測(cè)汽封退讓間隙在1.50～2.10mm,較設(shè)計(jì)值2.50～3.00mm 偏小,且內(nèi)缸段同一圈汽封左右偏差接近1 mm。

根據(jù)汽封塊工作特性,當(dāng)汽封間隙超標(biāo)時(shí),汽封齒腔室的蒸汽節(jié)流性能下降,會(huì)造成蒸汽泄漏;且汽封塊退讓間隙偏小、汽封塊周向膨脹偏大,也說(shuō)明了在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中汽封塊處于非整圓狀態(tài),蒸汽由汽封塊接口外泄,進(jìn)一步加大了汽封塊密封性能的惡化趨勢(shì);結(jié)合#3～#6汽封圈汽封塊表面呈鋸齒狀態(tài),判斷汽封塊工作性能惡化是造成汽缸內(nèi)壁上下溫差超標(biāo)的主要原因之一。

2. 1.4 處理措施

(1）針對(duì)中壓進(jìn)汽插管密封環(huán)間隙超標(biāo):中壓進(jìn)汽插管密封環(huán)返廠加工,復(fù)測(cè)密封間隙,其中左側(cè)中壓進(jìn)汽插管密封環(huán)由上到下間隙分別為0.01～0.08mm、0～0.10mm、0～0.10mm,右側(cè)中壓進(jìn)汽插管密封環(huán)由上到下間隙分別為-0.03～0.15mm、0.03～0.09mm、0.02～0.09mm(設(shè)計(jì) 值 :0 .017～0 .05 mm)。從返修后數(shù)據(jù)來(lái)看 ,密封間隙數(shù)據(jù) 總體向良好趨勢(shì)發(fā)展,但局部間隙仍超標(biāo),考慮到中壓進(jìn)汽管道、插管局部變形,與東汽廠家確認(rèn),現(xiàn)狀可以滿足機(jī)組安全運(yùn)行要求。

(2）針對(duì)中壓前內(nèi)汽封體汽封塊性能劣化:對(duì)中壓前內(nèi)汽封一、中壓前內(nèi)汽封二汽封塊徑向間隙、周向膨脹間隙、汽封塊退讓間隙超標(biāo)缺陷 ,本次檢修更換了#3～#11汽封塊 ,調(diào)整汽封間隙、周向膨脹間隙至合格范圍內(nèi)。另外,此次檢修更換了所有汽封塊彈簧,以保證汽封塊的回彈力。

2.2中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)檢查

2021年B級(jí)檢修啟機(jī)后,維持再熱蒸汽溫度在590～600℃時(shí) ,中壓外缸進(jìn)汽室內(nèi)壁上下溫差為25～40℃,汽缸內(nèi)壁上下溫差無(wú)明顯改善。因此 ,對(duì)9、10號(hào)機(jī)組進(jìn)行短時(shí)間中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)全關(guān)實(shí)驗(yàn)及各測(cè)點(diǎn)溫度穩(wěn)定后重開(kāi)中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),對(duì)比相關(guān)參數(shù),以進(jìn)一步對(duì)中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)內(nèi)部管路分配問(wèn)題進(jìn)行診斷和分析,具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:

(1）將9、10號(hào)機(jī)組中壓進(jìn)汽參數(shù)均穩(wěn)定在580℃,等待 參數(shù)和相關(guān)溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

(2）完全關(guān)停9、10號(hào)機(jī)組的中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)閥門,消除冷卻蒸汽擾動(dòng)的影響,保持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行48h,以保證全部溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,用以評(píng)估本次改造后9號(hào)機(jī)汽缸內(nèi)部蒸汽泄漏情況;在實(shí)驗(yàn)期間,保持中壓進(jìn)汽溫度、外缸內(nèi)壁溫度控制在570 ℃。

(3）全開(kāi)9、10號(hào)機(jī)組中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)管路閥門,保持該運(yùn)行狀態(tài)48h,以保證全部溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,用以觀測(cè)各測(cè)點(diǎn)的變化趨勢(shì)和變化幅度,用以評(píng)估冷卻蒸汽對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的影響 ,以分析冷卻蒸汽在各個(gè)管道內(nèi)的流動(dòng)分布情況,評(píng)估冷卻蒸汽管路是否出現(xiàn)問(wèn)題或確認(rèn)問(wèn)題出現(xiàn)的位置。

2.2. 1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(1）全關(guān)中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)手動(dòng)門:2021年4月1日,全關(guān)中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)手動(dòng)門進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn) ,控制9、10號(hào)機(jī)再熱汽溫至580℃ ,選取較穩(wěn)定的4月2日00:00一4月3日18:00時(shí)間段做對(duì)比,由數(shù)據(jù)可得:1）再熱蒸汽溫度:9號(hào)機(jī) 571～593 ℃ ,10號(hào)機(jī)567 ～591 ℃ ,數(shù)據(jù)基本一 致;2）中壓 外缸進(jìn)汽室上半內(nèi)壁溫度:9號(hào)機(jī)562～566℃,10號(hào)機(jī)528～535 ℃ ,9號(hào)機(jī)整體高于10號(hào)機(jī)27～ 38℃;3）中壓外 缸進(jìn)汽室下半內(nèi)壁溫度:9號(hào)機(jī)541～551℃,10號(hào)機(jī)532～535℃ ,9號(hào)機(jī)整體高于10號(hào)機(jī)6～19℃;4）中壓進(jìn)汽溫度: 9號(hào)機(jī)545～550 ℃ ,10號(hào)機(jī)559～563 ℃;5）上下缸溫差:9號(hào) 機(jī)13～18℃,10號(hào)機(jī)-5～2℃,9號(hào)機(jī)溫差高于10號(hào)機(jī)11～23℃。

(2）全開(kāi)中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)手動(dòng)門:2021年4月3日,全開(kāi)中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)手動(dòng)門,4月5日16:00,將再熱汽溫升至600℃,檢查冷卻蒸汽對(duì)各測(cè)點(diǎn)的影響,由數(shù)據(jù)可得:1）再熱蒸汽溫度:9號(hào)機(jī)596～ 605℃ ,10號(hào)機(jī)596～ 604 ℃ ,數(shù) 據(jù)基本一致:2）中壓外缸進(jìn)汽室上半內(nèi)壁溫度:9號(hào)機(jī)556～569℃,10號(hào)機(jī)529～534℃,9號(hào)機(jī)整體高于10號(hào)機(jī)22～40℃:3）中壓外缸進(jìn)汽室下半內(nèi)壁溫度:9號(hào)機(jī)514～ 516℃, 10號(hào) 機(jī)506～512 ℃ ,9號(hào)機(jī)整體高于10號(hào)機(jī)2～10 ℃:4）中壓進(jìn) 汽溫度:9號(hào)機(jī)492～494 ℃ ,10號(hào)機(jī)446～462 ℃:5）內(nèi)壁上 下溫差:9號(hào)機(jī)40～53℃ ,10號(hào)機(jī)17～28℃ ,9號(hào)機(jī)溫差高 于10號(hào)機(jī)12～36 ℃ 。

(3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論:通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,全關(guān)中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)后9號(hào)機(jī)中壓進(jìn)汽溫度整體低于10號(hào)機(jī),全開(kāi)中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)后9號(hào)機(jī)中壓進(jìn)汽溫度整體高于10號(hào)機(jī)。另外,全開(kāi)、全關(guān)中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)手動(dòng)門后 ,通過(guò)9號(hào)機(jī)與10號(hào)機(jī)中壓外缸進(jìn)汽室內(nèi)壁上下溫差對(duì)比可知,全開(kāi)中壓蒸汽冷卻門后 ,汽缸上下溫差增加1～13℃。因此,可判斷9號(hào)機(jī)中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)管路中冷卻蒸汽分配出現(xiàn)異常,相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示(注:9號(hào)機(jī)溫度整體高于10號(hào)機(jī)）。

2.2.2處理措施

針對(duì)中壓蒸汽冷卻系統(tǒng)管路分配異常,現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)將中壓蒸汽冷卻管路所屬節(jié)流孔板由Φ5mm補(bǔ)充加工至Φ8mm,以增加冷卻蒸汽流量。

2.2.3效果檢驗(yàn)

加工中壓蒸汽冷卻管路所屬節(jié)流孔板后,可將再熱蒸 汽溫度提高至620 ℃ ,在典型工況下汽缸上下溫差在3～8 ℃ , 較未加工節(jié)流孔溫差下降30～40℃,效果較為明顯,具體運(yùn)行參數(shù)如表2所示。

3 優(yōu)化措施

依據(jù)該電廠660MW超超臨界汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)特性及中壓冷卻蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行狀況,從檢修過(guò)程的工藝手段、系統(tǒng)管路布置兩方面進(jìn)行防范優(yōu)化,并擇機(jī)進(jìn)行實(shí)施、改造,具體措施如下:

3.1 汽封間隙調(diào)整

汽封間隙偏大、偏小的傳統(tǒng)調(diào)整方法為汽封塊車削背弧、打漲點(diǎn),但調(diào)整量過(guò)大容易導(dǎo)致汽封塊由"整圓"變?yōu)?立橢圓",導(dǎo)致汽封退讓間隙、膨脹間隙出現(xiàn)異常,影響汽封塊的工作性能。因此,在調(diào)整汽封間隙時(shí),應(yīng)首先保證汽封套洼窩中心在合格范圍內(nèi)。另外,汽封間隙偏小時(shí),建議采用刮齒工藝進(jìn)行調(diào)整,以保證汽封塊的"整圓"特性。

3.2取消冷卻蒸汽管路逆止閥結(jié)構(gòu)

冷卻蒸汽管路逆止閥主要作用在于保證機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)3抽蒸汽返流進(jìn)入冷卻蒸汽系統(tǒng)及高壓通流。該閥為彈簧結(jié)構(gòu),機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行后可能產(chǎn)生卡澀、逆止門開(kāi)度不穩(wěn)定、關(guān)閉不嚴(yán)等情況,均可能導(dǎo)致冷卻蒸汽在各個(gè)管路中分布不均勻,與東汽廠家溝通后可以取消該閥門。另外,在機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行操作過(guò)程中,可明確要求機(jī)組切缸前或帶負(fù)荷至30%前,全部關(guān)閉冷卻系統(tǒng)閥門,可達(dá)到逆止閥的效果。

3.2冷卻蒸汽管路優(yōu)化布置

目前,冷卻蒸汽管路分為兩路:左側(cè)上下冷卻蒸汽為一路 ,右側(cè)上下冷卻蒸汽為一路。優(yōu)化方案是上半缸兩個(gè)蒸汽改為一路,下半缸兩個(gè)蒸汽改為一路,并分別采用相應(yīng)閥門進(jìn)行控制,或?qū)?個(gè)蒸汽管路均改為單路控制,分別控制后,可依據(jù)機(jī)組情況進(jìn)行單項(xiàng)控制,達(dá)到降低上下內(nèi)壁溫度和溫差的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

某電廠9號(hào)機(jī)中壓外缸進(jìn)汽室內(nèi)壁上下溫差偏大是安裝、檢修及中壓冷卻蒸汽系統(tǒng)管路流量分配不均綜合導(dǎo)致的結(jié)果。檢修過(guò)程中,若忽略對(duì)汽封塊膨脹間隙、退讓間隙的檢查 ,將對(duì)汽封塊密封性能產(chǎn)生致命影響。另外,中壓冷卻蒸汽系統(tǒng)管路內(nèi)部的光潔度、管路走向均對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能起著重要作用,在機(jī)組安裝、檢修中應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行檢查、關(guān)注。