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汽缸金属温度急剧下降的原因分析及预防

某厂1台哈尔滨汽轮机厂生产的三缸三排汽200MW汽轮机组，长期存在热态、温态启动时高压内缸下壁金属温度急剧下降、上下缸温差拉大的现象，有时甚至由于高压内缸下壁温度下降幅度太大，高压内缸上下壁温差太大，使机组无法启动。

1 冲转时缸温急剧下降的现象

热态、温态启动冲转时，高压调速汽门一打开，高压内缸下部的内壁金属温度就开始急剧下降，一般在2~3min就下降至最低点；高压内缸下部的外壁金属温度也跟着下降，只是稍稍有点延时，下降幅度比内壁金属温度的下降幅度小（一般小10℃左右）；随着机组暖机，高压内缸下壁金属温度应逐步回升。在高压内缸下壁金属温度急剧下降期间，高压内缸上壁和高压外缸各温度测点的金属温度都基本上保持不变。每次高压内缸下壁金属温度下降的幅度都不一样，一般在15~30℃；且缸温越高、暖管时间越长，高压内缸下壁金属温度下降的幅度也有增大的趋势。有几次就因下降幅度较大（最大的一次下降幅度达54℃）造成机组无法启动。为安全起见，在上下缸温差拉大后，应经较长的一段时间（一般为20~30min）暖机，待高压缸下壁温有所回升，上、下缸温差小于20℃后，机组再继续升速。图1为启动时的高压内缸下部金属温度变化曲线。

1 高压内缸下缸内壁金属温度变化曲线

2 高压内缸下缸外壁金属温度变化曲线

图1 启动时金属温度变化示意图

2 原因分析

根据上述现象判断，造成高压内缸下壁金属温度下降的原因为：在开始冲转的瞬间有水进入高压内缸，造成高压内缸下部金属温度急剧下降。且从下缸金属温度下降幅度和随即的下缸金属温度回升速度判断，进入汽缸的水不会太多。

但水从什么地方来，是怎样进入汽缸的呢？针对这个问题进行了多次的检查分析和研究。

（1）从运行人员操作分析，没发现什么可疑之处。每次开机有关管理人员都到现场监督，运行人员也能严格按《运行规程》要求操作，没有发现什么操作差错。

（2）对主蒸汽系统、高压缸本体疏水、和高压缸相连的其他管道的疏水进行多次割管检查餐垫，也没有发现什么问题，所有疏水管都是通畅的，阀门开关正常，严密性也好。

（3）在排除了上述2个可能性后，认为造成机组启动过程中高压内缸下壁金属温度急剧下降的原因极可能是热力系统的连接方式有问题。经对机组高压缸相连的所有管道、系统的连接方式进行认真检查、分析，逐一排除疑点，最后认为高压导汽管的疏水管连接方式确有问题。

该汽轮机的4根高压导汽管都是一大“U”形管，疏水管从各高压导汽管的最低点引出，汇总成一条管后再与高压自动主汽门门座疏水管、高压调速汽门门座疏水管并在一起，再经一总门排到疏水联箱，最后和其他疏水一起排到疏水扩容器中去，如图2所示。分析认为，在冲转前的暖管阶段，高压自动主汽门门座疏水管可能有较大的蒸汽排出，使得高压导汽管的疏水管、高压自动主汽门门座疏水管、高压调速门门座疏水管的汇集处压力较高，为小正压。而高压导汽管和高压缸直接相连，在机组抽真空后，处于负压状态。这样，高压自动主汽门门座疏水管排出的蒸汽有一部分会沿高压导汽管的疏水管倒流至导汽管中。因高压导汽管的保温较差，倒流进来的蒸汽在导汽管中会凝结成水，所以这一阶段导汽管中的积水是无法排出的，且越积越多。汽机冲转时，高压导汽管中的积水就会进入高压内缸，造成高压内缸下壁金属温度急剧下降。

1 疏水扩容器 2 其他疏水管

3 高压调速汽门门座疏水管

4 高压自动主汽门门座疏水管

5 高压导汽管的疏水管

图水辊2 原高压疏水系统

3 问题的解决

根据上述分析，在机组启动暖管过程中对高压导汽管的疏水管、高压自动主汽门门座疏水管、高压调速汽门门座疏水管进行了监视，结果发现在开启电动主汽门进行主蒸汽管二段暖管后，高压自动主汽门门座疏水制砖机管果然有大量蒸汽排出，并且确实有一部分蒸汽沿高压导汽管的疏水管倒流进导汽管，高压导汽管的疏水管的壁温有较大上升，并最后稳定在80℃左右（与导汽管相连接处的疏水管壁温）。

根据上述分析判断，为了保证机组能安全启动，决定采取以下的措施：因高压主汽门门座壁温经过暖管已加热至约200℃，决定把高压自动主汽门门座疏水门、高压调速汽门门座疏水门全关，单独让高压导汽管进行充分疏水，确认高压导汽管的积特种管材、磁性材料、光学锗元件、核级锆等小金属、新材料有望受益；节能减排催生新能源汽车、汽车轻量化、汽车尾气催化和高铁、城轨等领域投资水疏干净后再冲转。

全关门座不含住宿费用疏水后，发现高压导汽管的疏水管壁温下降较快，约10min就下降并稳定在56℃左右。再经20min观察，发现高压导汽管的疏水管壁温没有再继续下降。这次机组启动过程高压导汽管的疏水管壁温变化曲线如图3。判断此时高压导汽管的积水已疏干净，进行汽轮机冲转。结果高压内缸下壁金属温度真的就没有下降。

1 凝结器抽真空 2 主汽管二段暖管

3 全关门座疏水 4 汽机冲转

图3 高压导汽管疏水管温度变化示意图

汽轮机冲转时高压内缸下壁金属温度下降的真正原因找到了，于是电厂利用停机机会对高压导汽管的疏水进行改造，将高压导汽管的疏水管与高压自动主汽门门座疏连裤袜水管、高压调速汽门门座疏水管分开、并单独接入疏水扩容器（如图4）。改造后的几次机组启动都没有再出现高压内缸下部金属温度急剧大幅下降的现象。

1，2，3，4，5同图2

图4 改后高压疏水系统

4 结束语

机组的疏水系统虽然是辅助系统，但若结构不合理，也会危及机组的安全运行。且因疏水管道多、系统复杂，连接方式出现问题很难查找，建议设计和施工单位要认真对待机组“但是的疏水系统的设计和安装，防止给运行单位留下安全隐患。 (伍根庆 卢建农)