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1.1左右主汽門載荷不均 汽輪機的高壓缸為圓筒形結構，左右主汽門臥式對稱布置在高壓缸兩側，通過大型罩螺母直接與高壓缸連接，中間沒有導汽管，主汽門通過彈簧支座支撐。汽輪機帶負荷後，特別是在達到高負荷參數後，出現了左右主汽門一側抬升，另一側下降的現象。某電廠百萬機組汽輪機在首次啟動調試時發現負荷達到800MW以上時，根據主汽門彈簧支座指示器的數值，出現右側主汽門抬升，左側主汽門下降，兩側主汽門高低變化相差10mm的現象，右側主汽門抬升後造成下部的墊片受力很小甚至發生滑移，並引起高壓缸右側貓爪防跳壓塊頂部間隙消失的現象，直接影響到汽輪機內部的同流間隙，對機組的安全運行構成威脅。 分析有以下幾方面原因：(1)主蒸汽管道及高壓排汽管道單側布置，均位於汽輪機一側或轉向同一側，機組運行時管道的膨脹和應力除限位裝置承受以及管道自身吸收外，仍有一部分被傳遞到主汽門和高壓缸上;(2)從鍋爐過來的兩根主蒸汽管道長度不一，膨脹量不同，極易對汽輪機造成側向應力;(3)在運行中，鍋爐左右側主蒸汽的溫度有偏差，也造成主蒸汽的管道膨脹量不一樣，進而影響管道應力;(4)基建安裝中存在的偏差及應力，如主汽門安裝時標高差，主蒸汽管道的焊接應力，管道支架調整後的應力等，均會對汽輪機左右側載荷造成不利的影響。相對於汽輪機軸線，這些應力會轉化為力矩，最後作用在氣缸和主汽門上，造成左右汽門載荷不均勻。同理中壓主汽門也一樣。 解決措施：(1)重視所有與汽輪機連接管道的設計和布置，防止管道應力傳遞到汽輪機上，特別需要計算熱態時管道應力對汽輪機的影響;(2)保證管道的安裝與焊接質量，尤其是限位裝置以及支吊架的安裝與調整，除了冷態調整外，在機組帶負荷後必須進行熱態調整;(3)運行過程中注意鍋爐兩側主蒸汽溫度的偏差。 安裝時，氣缸立銷和貓爪防跳塊的安裝十分重要，特別是壓塊頂部防跳間隙的調整，必須控制在設計範圍內。 1.2中壓主汽門螺栓斷裂 在中調門與中主門閥殼與閥蓋連接處螺栓，材料為GH783替代材料為Alloy783，斷裂位置在與螺母配合的螺紋處，個別螺栓斷裂在腰部變截面處。這與螺栓材料的膨脹係數小，螺栓緊力大，螺栓在安裝時受力不均及加熱工藝不當，國產化材料質量欠穩定及機組起停過大，變負荷較快等因素有關。重新緊固時製造廠要求縮短螺栓伸長量，並對螺栓加熱工藝進行改進。 1.3中壓調門進汽插管出現裂紋 中壓汽門與中壓缸採用法蘭連接，中壓調門閥座與進汽插管聯為一體，該進汽插管位於法蘭連接段的內部出現斷裂的情況。如某電廠機組A側中調門進汽插管下部開裂，裂紋起始與端部疏水口，沿插管底部氣流方向延伸，裂紋長度為500mm，端部開裂寬11mm。造成中壓主蒸汽泄漏到進汽插管與法蘭連接之間的夾層，最終泄漏到中壓缸的排汽，即降低了機組運行的經濟性，又對機組的安全運行構成威脅。 原因：插管端部開有疏水孔以及插管底部沿縱向加工定位銷孔引起的應力集中，加上快冷裝置的頻繁投入使用，導致插管出現裂紋。 解決：製造廠已對插管進行更換，取消底部疏水孔的結構。 1.4主汽門濾網破損 不同於鋼絲網和鑽孔濾網的結構，西門子主汽門的濾網由波紋狀鋼帶在濾網框架外側纏繞組裝而成，蒸汽由外側向內部流入，為永久濾網。在一些機組停機檢修過程中大顯高壓主汽門濾網的波紋狀鋼帶破損脫落，被衝進高壓缸的情況。 1.5中壓調門閥碟背部密封面裂紋 中壓調門閥碟背部的自密封面焊有一層硬質合金層，以便在閥門全開時形成密封，防止蒸汽通過閥杆間隙泄漏出去。多台機組在檢修中發現該密封面的硬質合金層出現裂紋甚至剝落現象，直接影響到密封效果，從裂紋的宏觀形貌判斷具有熱疲勞裂紋特徵。可能原因有:硬質合金層與基體的結合程度欠佳、硬質合金與基體的熱膨脹係數存在差異等。雖然製造廠對密封面進行了修復，但也表明在堆焊層材料選擇以及焊接工藝上有待改進。 2通流設計及氣缸結構問題 2.1六抽支管流量與溫度不均 汽輪機第6級抽汽從兩低壓缸的第2級葉片後抽出，分別穿過凝汽器內部空間接到外部，經過逆止閥後，兩根支管合併成母管去6號低加。運行中發現的問題有: (1)兩支管的逆止閥開度不一致，相差較大，例如，某電廠機組在500MW負荷時，低壓缸A抽汽逆止閥的開度為72.4%，低壓缸B抽汽逆止閥的開度為62.8%。 (2)兩支管的抽汽溫度偏差較大，例如，某電廠機組的六抽溫度在75%THA時，A、B兩側支管為168℃/190℃;在100%THA時，為127℃/174℃;在TRL時，為142℃/177℃。 (3)抽汽管道上下溫度偏差大，有時下部溫度已接近飽和溫度，說明底部有積水可能。兩抽汽逆止閥開度不同反映了從低壓缸A和B的抽汽量不同，造成逆止閥開度和溫度不同的原因有： (1)雙背壓凝汽器的兩低壓缸排汽壓力不同，相差1kPa以上，會影響到低壓缸第2級後的參數; (2)兩低壓轉子軸向膨脹量不同，低壓B轉子要疊加A轉子的膨脹量，尤其是低壓轉子的泊桑效應，對轉子軸向通流間隙的影響很大，雖然汽缸也採用了推拉杆結構，但仍會造成兩低壓缸內部軸向通流間隙的不對稱; (3)兩支管在凝汽器內部以及外部的布置不對稱，管道長的阻力大，會造成管內流量減少並影響逆止閥開度，而且逆止閥開度變小後又反過來增大阻力; (4)抽汽管在凝汽器內部為裸管布置，受低壓缸排汽冷卻，由於管內蒸汽流量不同以及外部冷卻程度不同，也將造成兩支管內蒸汽溫度不一致。在汽輪機的通流設計中是否還存在其它因素引起兩低壓缸抽汽參數不同有待製造廠進一步分析。第6級抽汽從支管到母管，由於現場布置關係，多數存在母管標高高於支管的現象，容易造成管道底部積水。抽汽管道底部積水對汽輪機的安全運行構成很大危險，是汽輪機防進水的重點，要消除這種危險，可以從幾方面進行改進: (1)六抽管道布置要有順坡度設計，防止積水，如果管道布置無法避免低點存在，則應在最低點處增設疏水管; (2)對疏水閥的控制邏輯進行改進，當管道下部溫度降低到相應飽和溫度之上10K以內時，疏水閥自動打開; (3)採用不鏽鋼板對凝汽器內的抽汽管道進行隔熱保溫，以防止冷卻，提高汽溫。例如某電廠百萬機組對抽汽管加裝隔熱保溫後，在滿負荷時，六抽支管溫度由127℃/174℃提高了162℃/193℃，從而降低了管道底部積水風險。 2.2低壓轉子軸向碰摩 低壓缸B調端第3級靜葉圍帶(進汽側)與轉子凸肩的軸向間隙為低壓部分軸向通流間隙的最小值處，多台汽輪機在此處發生了靜葉圍帶與轉子凸肩碰摩情況。例如，某電廠兩台機組均在首次檢查性大修時發現此處靜葉圍帶與轉子凸肩發生了嚴重碰摩，其圍帶(進汽側)的軸向磨損量約4mm，磨損深度約7mm，轉子凸肩磨損區寬度約6mm，迫使對轉子凸肩重新進行車削加工，以擴大此處的軸向間隙。其主要原因就是此處的軸向間隙設計值偏小，加上轉子運行後的泊桑效應，以及機組運行中存在的再熱蒸汽溫度降低、排汽壓力升高等情況，使此處的軸向間隙變得更小，造成動靜部件碰摩。 2.3熱態停機時盤車抱死 由於汽輪機進汽參數高，汽封間隙的設計值又小，西門子汽輪機要求熱態工況下軸封蒸汽溫度達到280℃～320℃，輔助蒸汽往往沒有這麼高的溫度，因而很多機組在高負荷跳閘後，汽輪機在盤車過程中發生轉子抱死現象.這主要是因為軸封蒸汽的溫度太低，對汽缸兩端的金屬產生了冷卻，造成汽缸變形，使汽封間隙變得更小，引起動靜部件碰摩，最終造成轉子被卡住抱死。這種情況發生後可進行悶缸處理，待汽缸溫度下降後汽封隙逐漸恢復，再投盤車即可。徹底的解決方法是要提高汽輪機軸封蒸汽的溫度，可考慮增加軸封電加熱器裝置，當機組高負荷跳閘後馬上投入電加熱器，防止汽缸兩端金屬溫度下降，降低汽缸變形的可能。 2.4低壓內缸隔熱罩發生破裂脫落 低壓缸為雙層缸、雙分流結構，為減少內缸內外壁溫差，內缸的外表面襯有一層可拆卸的不鏽鋼隔熱鋼板，多台機組在運行後發現鋼板焊接處出現裂紋，甚至在運行中發生鋼板破裂脫落，損壞凝汽器管子的現象。目前製造廠已對低壓內缸外襯鋼板的固定和焊接方式進行了改進，同時將鋼板的厚度由2mm改為3mm，改進後運行情況良好。 2.5中壓內缸發生變形 由於再熱蒸汽溫度達到600℃甚至更高，同時中壓缸排汽溫度又比常規機組要低，造成了中壓內缸的內外壁溫差比常規機組要大，雖然內缸採用了耐高溫的高強度合金鋼鑄件(材料GX12CrMoVNbN9-1)，但在某電廠機組的首次中壓缸開缸檢查中發現了內缸中分面內側有汽流沖刷痕跡，中分面存在有較大變形，在合缸後螺栓全部熱緊狀態下其中部進汽部位內側的最大間隙仍達到1.8mm，為防止中分面泄漏，在缸體復裝時加大了中分面螺栓緊力，缸體的變形情況以及引起的其它影響有待於繼續觀察。建議對中壓缸進行設計和結構優化，譬如，加大螺栓緊力、提高內缸材質、在內缸的外側增裝隔熱罩等。 3控制系統問題 3.1控制油泵容量小 西門子汽輪機的控制油泵容量特別小，雖然比較節能，並且在機組正常運行時也能滿足閥門控制需要，但在事故工況下顯得容量不夠。例如，ATT試驗時若發生快關電磁閥卡澀，會造成控制油壓下降，如果控制油泵容量足夠大，就可以延緩壓力下降速度，爭取故障處理時間，甚至能維持控制油壓力，防止跳閘事故。另外，控制油泵採用浸沒式設計，在油泵發生故障或出口連接管泄漏時均無法處理，必須停機後才能處理。因此，很多電廠對控制油的供油裝置進行了改造，將控制油泵移到油箱外面，並增大油泵容量。 3.2測速裝置故障 汽輪機測速裝置位於2號軸承座靠近中壓缸側，由於汽輪機結構緊湊，安裝測速裝置的地方空間很小，缸體保溫後空氣流動受阻，冷卻效果較差，並且此處汽缸的熱輻射很大，造成測速裝置周圍溫度很高，嚴重影響測速裝置運行的可靠性，多台機組發生過測速信號故障問題，甚至造成汽輪機跳閘事故。現場採取的措施是專門設置風機或採用空氣對測速裝置進行吹掃冷卻，以防止溫度過高產生故障，也可以考慮採用專門耐高溫型的測速探頭。 4結束語 國產西門子超超臨界汽輪機，儘管在主汽門結構與材料、通流設計與汽缸結構、蒸汽管道布置、軸封系統、控制系統等方面存在這樣那樣的問題，但一直在不斷的改進和優化之中，仍不失為技術最先進、性能最優秀的汽輪機。超超臨界汽輪機技術的引進和消化需要一個過程，汽輪機優化的目的就在於不斷地改進和解決已經存在和出現的問題，提高汽輪機的技術水平。 |
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