汽轮机高压缸上、下缸温差大的原因分析及处理措施（广州市旺隆热电有限公司，广东广州511340）摘要：针对广州市旺隆热电有限公司两台N110/C68-8.83/0.981汽轮机开机过程和停机后高压缸上、下缸温差大的现象，详细分析造成此现象的原因，在机组检修和开、停机过程中采取有针对性的处理措施，控制高压缸上、下缸温差。

广州市旺隆热电有限公司（以下简称旺隆公司）两台汽轮机为哈汽生产的N110/C68-8.83/0.981双缸、单轴、冲动式、单抽、凝汽式汽轮机，分别于2005年9月和10月投入运行。

自投产后两台汽轮机多次在开机过程和停机后出现高压缸上、下缸温差大的现象，特别是当机组故障停机后三小时内汽轮机高压缸上、下缸温差就超过50℃，致使机组无法快速恢复运行。

1. 旺隆公司汽轮机高压缸上、下缸温差大现象1.1 2006年12月24日1点31分，＃2机保护动作机组掉闸，机组停运后在3点30分时左右汽缸温差已扩大到50℃，机组停定后3小时内，下缸温度降幅10℃/h以上。

1.2 2008年5月8日15点35分，＃1机保护动作机组掉闸，掉闸前汽机上缸内壁温度502.6℃，下缸内壁温度498.5℃。

17点34分上缸内壁温度降至477.4℃，下缸内壁温度降至426.4℃，上下缸温差51℃，机组停定后3小时内，下缸温度降幅10℃/h以上。

1.3 通过收集2009年两台机滑参数停机后缸温数据发现，机组停定8小时后两台机上、下缸温差均会超过50℃，机组停定后3小时内，下缸温度降幅10℃/h以上。

1.4 2006年至2009年期间，机组热态开机过程中有数次高压缸上、下缸温差超过50℃，机组被迫打闸停机。

2. 缸温差大的影响和危害当出现缸温差时，转子偏心会出现一定程度的变化。

当出现较大偏心尤其异常性反弹时，可能会发生缸体内部的动静部分摩擦，摩擦处产生热量温度升高，动静部分间隙进一步减小，碰磨加剧，给机组带来严重损害。

另外，当缸温差较大时，缸体将发生“猫拱背”变形，轻则破坏汽机结合面的严密性，导致漏汽，重则致使动、静部分间隙变小，导致动静摩擦，另外缸体变形会使轴承中心发生变化，使机组发生剧烈振动。

因缸温差大会对汽轮发电机组产生严重危害，一般来讲，运行规程规定机组启动前当上、下缸温差超过50℃时机组不得启动，机组启动过程中上、下缸温差超过50℃应打闸停机，如机组启动过程中或热态停机后缸温差超标，则机组将被迫停机或延迟启动，特别是热态停机后如缸温差超标，通常只得等缸温下降至冷态水平上、下缸温差才降低到50℃以下，延误时间至少3天以上，给电厂带来极大的经济损失。

3. 旺隆公司汽轮机高压缸缸温差大形成的原因分析3.1 热态开机缸温差大原因分析汽轮机在启动初期蒸汽在汽缸内壁凝结放热，凝结水在重力作用下沿汽缸内壁向下流动，在下缸形成水膜，影响下缸传热，造成下缸温升比上缸慢，因此在机组启动初期会出现上缸温度高于下缸，且差值迅速增大。

但是在机组带上一定的负荷之后，汽缸内壁已有较高的温度，蒸汽凝结放热过程逐渐结束，且由于此时机组进汽量明显增加，汽缸内蒸汽流量增大，冲刷及卷带作用显著加强，水膜不易形成，下缸传热相对加强，同时随着高、低压加热器随机投入，各抽汽口起到很大的导流作用，加速了汽缸下部的传热，下缸温升会高于上缸，所以机组启动到一定阶段时下缸温度会逐渐超过上缸，且差值不断增大。

从旺隆公司2006年~2009年间两台机组历次正常开机过程中搜集到的缸温数据来看，启动初期上缸温度最高比下缸温度高20℃左右，并网后暖机过程中下缸温度最高比上缸高25℃左右，这说明开机过程中出现缸温差超过50℃的现象应有其他异常原因。

通过查看DCS历史曲线和报警历史发现这几次开机过程中运行人员在机组挂闸、开启自动主汽门和中调门（该型汽轮机中调门在自动主汽门全开后自动开启）准备冲转时发现中调门大幅摆动，根据以往操作经验来看中调门大幅摆动原因为中压油动机油室内积存空气，运行人员解决方法为冲转前一小时启动高压油泵赶空气或是在中调门出现摆动后打闸，然后重新挂闸后再次开启自动主汽门和中调门，摆动即可消失。

在这几次开机过程中运行人员均采用打闸后重新挂闸的方法解决中调门摆动问题，通过查看缸温历史曲线发现在打闸至重新挂闸这段时间调节级汽温和下缸内壁温度出现30℃以上的大幅异常降低，可以断定这段时间汽缸进入冷水或冷汽。

查看DCS内汽缸电动疏水门操作记录发现高压缸各疏水门并未开启，从汽缸疏水管倒入冷水或冷汽这一原因可以排除，进一步排查发现从挂闸到打闸再到重新挂闸这个阶段导汽管和调速汽门座电动疏水门处于开启状态，那么问题是否出在导汽管和调速汽门座疏水上呢？2010年3月份#2机开机时做实验发现冲转前当自动主汽门未开启时开启导汽管或调速汽门电动疏水门后调速级汽温和下缸内壁温度（实验前下缸内壁温度120℃）即开始下降，降幅较快，关闭疏水门后调速级汽温和下缸内壁温度便可稳定住。

分析认为，因主蒸汽管和A、B电动主汽门前疏水及高旁疏水与导汽管和调速汽门座疏水布置在同一疏水扩容器，而机组冲转前主蒸汽管和A、B 电动主汽门前及高旁疏水门均处于开启状态，疏水量较大，使得疏水扩容器产生正压，因调速汽门存在少许泄漏（虽然调速汽门在机组大修后经严密性试验检验合格，但很难保证100%严密，这少许泄漏量不足以影响严密性试验结果，但对缸温有明显的影响），如自动主汽门未开启，导汽管和汽缸同样都处于负压状态，当导汽管或调速汽门座疏水门开启后，处于正压状态的扩容器内的低温汽水从疏水管倒入导汽管，再从调速汽门漏入汽缸，造成调速级汽温和汽缸下缸温度迅速降低。

在以往的开机操作中，运行人员开启导汽管和调速汽门座疏水门后一般立即开启自动主汽门，导汽管内压力迅速升高到与主蒸汽压力一致，远远高于疏水扩容器内的微正压，因此低温汽水无法倒入导汽管。

在这几次出现缸温差大的开机过程中，运行人员按常规操作先开启导汽管和调速汽门座疏水门，然后立即开启自动主汽门和调速汽门，当发现中调门大幅摆动后采取打闸再重新挂闸的方式，打闸后自动主汽门全关，导汽管内压力迅速降至负压，但运行人员未及时将导汽管和调速汽门座疏水门关闭，致使扩容器内低温汽水通过导汽管倒入汽缸，使得下缸温度迅速降低30℃以上（上缸温度基本未变），而运行人员未能及时察觉，冲转初期因下缸传热效率低，因此上下缸温差继续扩大直至超过50℃。

3.2 停机后缸温差大原因分析N110/C68-8.83/0.981汽轮机高压缸下缸抽汽管道较多，散热面积相对较大，且形成一定的肋片散热效应，因此停机时下缸温降速度高于上缸，机组开始滑停到打闸缸体上、下部会产生一定温差。

从旺隆公司两台机组历次停机缸温数据来看，机组打闸前，上、下缸温差最大一般为15℃左右。

汽轮机打闸后，汽缸上部基本处于自然冷却状态，而凝汽器真空和重力疏水及下缸较大的散热面积和肋片散热效应使下缸在打闸后具备高于上缸的冷却能力，因此机组打闸后高压缸上、下缸温差继续拉大。

如缸体下部和抽汽管道保温存在缺陷，高压缸两端的对流通风等将使下缸冷却能力进一步增强，打闸后高压缸上、下缸温差会异常增加。

该公司两台机组热态停机后三小时内高压缸上、下缸温差即超过50℃，滑参数停机后八小时后高压缸上、下缸温差也会超过50℃，且无论采用何种停机方式机组停定后三小时内下缸温降都超过10℃/小时，从缸温数据基本可以认定造成停机后缸温差大的原因为下缸过大的冷却效应。

2008年该公司#2机A修时更换过高压缸下缸和抽汽管道保温，并严格按标准工艺施工，#1机A修时检查过下缸保温，基本正常。

两台机组正常运行中下缸和抽汽管道保温表面温度不超规定值，此后历次机组停机后仍出现上、下缸温差大的现象，因此造成下缸冷却效应过大的原因可以排除保温不良和下缸肋片散热效应问题。

下面从凝汽器真空和重力疏水方面着重分析造成下缸冷却效应大的原因：（1）查看旺隆公司DCS历史曲线发现机组打闸前、后一段时间一、二、四、五段抽汽温度均有大幅降低后再回升现象，该汽轮机一、二段抽汽分别供#1、2高加，四段抽汽供#4低加，五段抽汽供#3低加，抽汽温度有较大降幅说明抽汽管倒入低温汽水。

通过分析运行人员的操作习惯发现大部分运行人员在停高加汽侧（运行规程规定当#2高加进汽压力低于除氧器压力0.2Mpa时停高加汽侧）后未开启#1、2段抽汽管疏水门，导致#1、2段抽汽管内积水。

另外运行人员错误的在机组打闸后才关闭各低加进汽门，因低压加热器和#1、2段抽汽管道内部存在温度较高的疏水，汽轮机开始减负何后各部压力迅速降低，至机组打闸时高压缸内降为负压，在降压过程中，这部分疏水会不断汽化，汽化产生的蒸汽通过抽汽管窜入高压缸内，导致抽汽管道和下缸温度迅速降低。

（2）查DCS内三段抽汽至辅汽母管温度发现停机后八小时内该温度一直处于上升趋势，分析认为机组停运后，运行人员虽解列辅汽母管，但未及时开启辅汽母管疏水泄压，辅汽母管内仍残留一定量有压力的蒸汽，打闸前高压缸已处于负压，辅汽母管内蒸汽通过不够严密的三段抽汽至辅汽电动门和逆止门窜入汽缸，导致上、下缸温差大。

特别是机组故障跳机时，因两台机组辅汽联络手动门由于安装位置处于九米层上方3米悬空位置，下方无操作平台，而辅汽联络电动门内漏严重，运行人员无法及时地彻底解列辅汽母管，辅汽母管内大量蒸汽通过不够严密的阀门窜入汽缸，而辅汽温度大概为190℃左右，与极热态的汽缸温差达300℃，因此导致机组故障跳机后上、下缸温差迅速增大。

（3）为防止缸温差大，运行人员在机组滑参数停机过程和机组打闸后错误地采取密闭汽缸措施，致使汽缸疏水不充分，缸体内部残留大量汽水混合介质（旺隆公司两台机组历次大修时均发现低压缸内残留大量积水，且低压转子各隔板汽封和低压缸两侧汽封齿均有新锈迹），这些介质在上缸凝结放热后因重力作用流至下缸，通过疏水口流入疏水或抽汽管道，致使上缸不能自然冷却，而下缸在低温疏水的流动冷却作用下，温度降幅非常快，从而导致上、下缸温差异常增大。

（4）另外高压缸内残留的汽水介质在凝结的同时，缸体内部局部产生负压，使外界低温大气通过轴封进入高压缸，介质不断凝结，冷空气便不断进入汽缸，如此循环，更进一步加剧上、下缸温差。

3、防止异常性缸温差产生的对策根据上文的分析和探讨，本人对防止旺隆公司异常性缸温差的产生提出了以下几个方面的对策。

（1）机组开机过程中特别是热态开机如出现异常导致机组打闸，应立即关闭导汽管、调速汽门和汽缸疏水，防止低温汽水通过疏水管倒入汽缸。

如上述疏水门存在内漏缺陷，机组检修时应彻底处理。

（2）机组停机时当高加汽侧停运后因适当开启#1、2段抽汽逆止门前、后疏水，防止抽汽管内积水。

（3）机组滑停时，在机组缸温滑至规定值后准备减负何停机时应先关闭各低加进汽门和抽汽逆止门，防止低加疏水汽化后倒入汽缸。