快冷装置在660MW超超临界汽轮机的应用发表时间：2018-12-21T09:33:03.480Z 来源：《电力设备》2018年第23期作者：唐春飞胡小波[导读] 摘要：介绍并分析了某电厂660MW超超临界汽轮机快冷装置投用操作及冷却效果，与自然冷却进行了比较，并提出了快冷系统投入的风险及控制措施，可为同类型机组快冷装置投入提供参考。
（重庆三峰百果园环保发电有限公司重庆 404100）摘要：介绍并分析了某电厂660MW超超临界汽轮机快冷装置投用操作及冷却效果，与自然冷却进行了比较，并提出了快冷系统投入的风险及控制措施，可为同类型机组快冷装置投入提供参考。
关键词：超超临界；汽轮机；快冷装置；控制措施1概述某发电公司2×660MW机组汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机(型号：N660-25/600/600)。
汽轮机的高排蒸汽从高压缸排出后，经由带有逆止阀的冷再热管道到达再热器，再进入中压缸，中压缸排汽不经任何阀门直接进入低压缸。
高压缸设有通向凝汽器的高排通风系统；如果高排通风系统开启，则高排逆止阀关闭，这就意味着高、中压缸的快冷系统可单独带真空泵运行。
为了能尽早对汽轮机进行检查，必须减少冷却过程的时间以提高汽轮机的可用性，所以很有必要投用快冷系统使冷却过程的时间尽量缩短。
整个冷却过程必须考虑到机组的轴向与径向间隙，还必须要考虑到机组各部件之间的最大允许温差，避免对汽轮机造成任何损伤。
2快冷系统介绍2.1快冷装置“汽轮机快速冷却”简称快冷，是指通过强迫方式快速冷却汽轮机内部部件，其作用是尽可能快地使汽轮机冷却以便尽早停用盘车，缩短汽轮机冷却时间。
快冷的投用有效地提高了机组的可用性。
我厂快冷装置如图一。
图一快冷装置为了保证冷却的效果，很有必要投用真空泵使外界空气通过高压主汽门后、调节汽门前的快冷接口和中压主汽门后、调节汽门前的快冷接口按顺流方式进入通流部分进行快速冷却、为了避免环境中的颗粒进入汽轮机必须在快冷接口处安装滤网装置。
整个快冷系统的设计和过程必须保证可以同时冷却所有的高温部件，例如调节汽门、转子、内缸、外缸等。
图二高压缸快冷空气流向高压缸的结构设计决定了高压内、外缸夹层之间为高压第五级后的蒸汽（根据各个项目的差异，夹层蒸汽参数可能略有差别），因此在稳态的情况下高压内、外缸的整体的平均温度会比高压转子的平均温度高、因此在冷却过程中，高压转子会比高压内、外缸冷却得快，这就意味着。
在快冷过程末期，模拟的转子温度要比外缸（进汽部分）上下半测量的温度低、这种情况对TSE（汽轮机应力分析）在高压缸进汽区域的测点同样适用。
由于高压内、外缸之间的辐射，因此高压外缸对冷却速率的影响是很显著的。
图三中压缸快冷空气流向中压缸的结构设计决定了中压内缸外表面包围在中压排汽中，因此在稳态情况下中压内缸的平均温度会比中压转子的平均温度低，只要内缸与转子平均温度的差值不超过允许值，则内缸与转子的径向间隙就不会影响快冷的进行。
因此在冷却过程中，由于内缸的内、外表面都有冷空气通过，所以可以认为中压内缸会比转子冷却得快.因此，在快冷过程末期，模拟的转子温度会比外缸上、下半测量的温度高.这种情况对TSE（汽轮机应力分析）在中压缸进汽区域的测点同样适用。
可以忽略中压外缸对冷却速率的影响。
2.2快冷投入条件2.2.1当高压缸转子TAX温度<300℃时，中压缸转子TAX温度<290℃时，可以允许投用汽轮机快冷系统。
2.2.2检查主机油系统、密封油系统及盘车运行正常。
投入循环水系统、开式水系统、闭冷水系统，确认系统正常。
真空泵备用。
2.2.3按汽轮机快冷装置阀门操作卡准备阀门状态，开启高排逆止门前疏水门。
关闭高排通风阀。
2.3盘车停运条件2.3.1快冷过程中，高压转子的冷却速度比高压内、外缸快，在一定时间内，高压外缸温度高于转子温度的情况是存在的。
因此，与自然冷却相比较，快冷的盘车停止时间需要重新定义：高压内缸温度约120℃，即可以认为高压转子温度低于100℃。
2.3.2快冷过程中，中压内缸的冷却速度比转子快。
中压内缸温度低于转子的温度在一定时间内是存在的。
因此，与自然冷却相比较，快冷的盘车停止时间需要重新定义：中压内缸温度约80℃，即可以认为中压转子温度低于100℃。
2.4快冷和自然冷却的时间比较表1 快冷和自然冷却的时间比较上汽660MW超超临界汽轮机的高温部件包括高压缸与中压缸，在没有外界干扰的自然冷却情况下，高压转子最少需要11天（至少260小时）才能冷却到100℃以下，约需要8天（大约200小时）冷却到150℃以下（此温度为允许手动盘车代替自动盘车的最高温度）；中压转子最少需要6天(约150小时）才能冷却到100℃以下，约需要4天（约100小时）冷却到150℃以下（此温度为允许手动盘车代替自动盘车的最高温度）。
由于高、中压缸的转子通过联轴器相互连接，所以高压缸的冷却速度决定着整个汽轮机冷却的进程。
3应用分析3.1快冷投入操作3.1.1完成快冷系统投入前阀门检查。
3.1.2在汽机疏水画面中关闭左右侧高压调门前疏水门、左右侧中压调门前疏水门、中压调门后疏水门、高压缸夹层疏水门、轴封母管疏水门。
3.1.3在汽机疏水画面中开启高排逆止门前疏水门。
3.1.4手动关闭轴封供汽调门和溢流调门。
3.1.5执行快冷程序，停留在第7步；关闭高排通风阀。
3.1.6将所有高、中压调门开度阀位限制设为0％。
3.1.7启动一台真空泵。
使用真空泵入口门电动门控制凝汽器压力在96-97kPa。
3.1.8根据高中压缸温下降速度开启高中压调门，每次开启量＜1%。
3.1.9随着汽轮机转子温降速度的降低，汽轮机转子温降速度降低至相应控制温度的下限，首先逐渐采取开打调门增加汽轮机进冷空气流量，保持降温速度。
3.1.10汽轮机进冷空气流量增至最大，汽轮机转子温降速度降低至相应控制温度的下限，再逐渐开大真空泵入口门，保持降温速度。
3.1.11第一台真空泵入口门全开，汽轮机转子温降速度降低至相应控制温度的下限，再逐渐开大高中压调门（此期间开启高排通风阀，使用调门控制温降速度），保持降温速度。
3.1.12高中压调门开度超过15%，汽轮机转子温降速度降低至相应控制温度的下限，增开第二台真空泵，再逐渐开大真空泵入口门，保持降温速度。
3.1.13检查所有温度裕量>0℃（即为转子应力计算正常）。
高、中压上下缸温差<±50℃。
3.1.14停用快冷系统条件高压缸转子温度<100℃，所有高压缸温<120℃；中压缸、中压转子温度<100℃。
3.1.15关闭汽轮机高、中压调门。
3.1.16停用真空泵，开启破坏真空门，真空至零，关闭破坏真空门。
3.2温降速度控制方法3.2.1高压缸内壁90%温度300℃（两个测温点同时满足）以下开始投入快冷。
3.2.2快冷投入过程运行人员注意监盘，当转子温度在200℃以上降温速率控制在3-4℃/h，转子温度在200℃以下降温速率控制在5-6℃/h；发现降温速率超过7℃/h，或者发现转速下降2-3r/min，立即降低抽气量，必要时破坏真空。
3.2.3将高压调门阀位限制设定为-5%。
3.2.4真空控制在98kPa。
3.2.5根据高压缸温下降速度开启高压调门，每次开启量＜1%。
3.2.6随着汽轮机转子温降速度的降低，汽轮机转子温降速度降低至相应控制温度的下限，首先逐渐采取开打调门增加汽轮机进冷空气流量，保持降温速度。
3.2.7汽轮机进冷空气流量增至最大，汽轮机转子温降速度降低至相应控制温度的下限，再逐渐开大真空泵入口门（开打真空泵入口门前先适当关小高调门，凝汽器压力稳定后再开打高调门），开大真空入口门幅度要小，每次＜1kPa。
保持降温速度。
3.2.8第一台真空泵入口门全开，汽轮机转子温降速度降低至相应控制温度的下限，再逐渐开大高压调门（此期间开启高排通风阀，使用调门控制温降速度），保持降温速度。
3.2.9高压调门开度超过15%，汽轮机转子温降速度降低至相应控制温度的下限，增开第二台真空泵，再逐渐开大真空泵入口门，保持降温速度。
3.3自然冷却与快冷效果比较3.3.1高压缸、高压转子冷却效果比较自然冷却方式下，228小时后高压缸缸温、高压转子温度均为124℃，见图四。
图四高压缸、高压转子自然冷却快冷投入时，52小时后，高压缸缸温、高压转子温度分别降至85.7℃、86.7℃，见图五。
图五高压缸、高压转子快冷3.3.2中压缸、中压转子冷却效果比较自然冷却方式下，138小时后中压缸内缸、中压转子温度降至100℃以下，见图六。
图六中压缸、中压转子自然冷却快冷方式下，约52小时后，中压缸内缸、中压转子温度降至100℃以下，见图7。
通过对比分析，投入快冷比自然冷却提前176个小时（7.3天）停运盘车，为汽轮机检修争取了充裕的时间。
3.4风险控制措施3.4.1运行人员监盘，降温速率控制在0.3℃/5分钟。
发现降温速率超标，或者发现转速下降2-3r/min，立即降低抽气量，必要时破坏真空。
3.4.2快冷分两个阶段操作，第一阶段投入高压缸快冷，待高压缸温度降到200度后一并投入中压缸快冷。
高压缸快冷以高排逆止门前疏水门为通路，暂不开启高排通风阀。
图七中压缸、中压转子快冷 3.4.3快冷初次投入，开一台真空泵控制入口阀门开度50%，观察温度降速情况，再逐渐到全开。
严格控制高调门开度为1%，观察30分钟以检查抽气量是否匹配，在考虑是否增加调阀开度，每次阀门调整开度不大于1%。
3.4.4开始抽真空前做好人工盘车的准备。
一旦转子卡住，按两米加长杆和两人力为准人工盘查，如不能盘动，则闷缸处理。
3.4.5主机轴封周围清理干净，防止杂物进入汽封。
3.4.6汽轮机膨胀加装千分表，观察汽缸收缩情况。
3.4.7250℃到200℃时容易卡涩，降温速度要降低。
3.4.8两个高压调门开度必须保持一致，两个中压调门开度必须保持一致。
3.4.9如果高压转子TM温度与高压外缸50％温度的差值>80℃，暂停快冷系统运行（停用真空泵）。
3.4.10汽轮机上下缸温差超过±35℃检查疏水门是否严密，超过±50℃停止冷却。
4结语由于检修需要，港电公司2*660MW汽轮机已多次使用快冷装置，已经形成了较为完善的投入操作票、降温操作方法、风险控制措施，规范了汽轮机不同的转子温度区间对应的温降速度。
快冷系统必须考虑各缸本身的限制，来保证不同温度梯度下的同步冷却。
从投入情况及冷却效果分析，上汽660MW超超临界汽轮机快冷装置能够实现停机快速冷却降温，达到提前停运盘车条件，为检修争取充裕的时间，提高了汽轮机组可用性。
参考文献[1]高振东.汽轮机快速冷却装置的应用[J].电站辅机,1997,(2):12 -14.Gao Zhendong. Application of fast cooling device for steam turbines [J]. auxiliary power station, 1997, (2): 12-14.[2]徐贞禧,张正海,焦建清,李振凯.大型汽轮机停机快速冷却技术的应用[J].电力建设,1993,(12):38-40,55.Xu Zhenxi, Zhang Zhenghai, Jiao Jianqing, Li Zhenkai.Application of Rapid Cooling Technology for Large Steam Turbine Shutdown[J].Electric Power Construction, 1993, (12): 38-40,55.。
