關（guān）於氯氣流（liú）量計在汽輪機改造中（zhōng）的應用及安裝調試

摘要: 汽輪機通流改造是（shì）一項技術集（jí）成度高的係統工程，既要提高設備的（de）經濟性、安全（quán）性，又要適應非改造部件和（hé）係統，還要滿足如深度（dù）調峰、低頻保護等的新（xīn）要（yào）求。梳（shū）理了通流改造可研階段、設計和製造階段、安裝調試與試驗階（jiē）段的改造範圍確定（dìng）、螺（luó）栓材料選（xuǎn）用、軸向（xiàng）定位（wèi）等常見問題，總（zǒng）結提出了有效處理及預控（kòng）措施，有利於發電企業今後更好地實施汽輪機通流（liú）改造工作。
前 言
我國資源特點導致煤（méi）電長期以（yǐ）來一直占（zhàn）據電源結構的核心地位，2017 年煤電裝機量為10．2億千瓦，占裝機總量58% ，煤電全年發電量（liàng）為42 000 億千瓦時，占比更是（shì）高達（dá）67% ，因此，提高煤電機組效率對我國能源發展戰（zhàn）略及環境保護具有重大意義。**《煤電節（jiē）能減排升級（jí）與改造行動（dòng）計劃( 2014) 》明確了現役燃煤發電機組改造後的總體目標，對 300MW 和 600MW 等級亞臨界、超（chāo）臨界機組的節能（néng）改造推薦因廠製宜采用汽輪機通流部分改造。
國內 300MW 和 600MW 等級（jí）汽輪機主要（yào）為早期引進型產品，或者是早期引進型機型國產優化改進型產品，汽輪機普遍存在高中低壓缸效（xiào）率低於設計值、汽輪機熱耗率偏高、汽（qì）輪機高效（xiào）負荷區間狹窄等問題，嚴（yán）重（chóng）影響機（jī）組經濟（jì）性（xìng）。同時，近（jìn）年來國內煤電機組有效利用小時數（shù）持（chí）續下降，煤電機組平（píng）均負荷率不斷下降，並且需要經常性參與深度調峰。隨著（zhe）技術的不斷進步，國內主（zhǔ）要廠家先後采用了不同的先進的（de）通流設計技術對（duì） 300MW 和 600MW 等級（jí）汽輪機進行了通流改（gǎi）造。2007 年至 2012 年前（qián）後，早期（qī）投產的 300MW 等級汽輪機已較大規模地進行（háng）了通流改造（zào）。2012 年 起， 600MW 等級汽輪機開始進行了通流改造。
汽輪（lún）機通流改造一般主（zhǔ）要目的是提效、增容、大流量供熱，目前相關文獻（xiàn）主要（yào）側重於通流改造的經濟性研究和振動治理上。汽輪機通流改（gǎi）造是一項技術集成度高的係統性工程，從可（kě）研階段、項目執（zhí）行階段到性能試驗階段，各階（jiē）段工作中一（yī）點小小的紕漏都有（yǒu）可能導致通流改造效（xiào）果打折。本文梳理了通流改造過程中一些常見問題，並提出了處（chù）理及預控措施，方便發電企業今後更好地實施汽輪機通流（liú）改造（zào）工作。
1 可研（yán）階段
1． 1 改造範圍確定
在（zài）對經濟性和（hé）安全（quán）性影響較小的情況下（xià），汽輪機通流改造應盡可能保留現（xiàn）有設備，改造設備與保留設備的機（jī）械接口基本保（bǎo）持（chí）不（bú）變，改造後（hòu）的各技（jì）術參（cān）數應基本保持不變。改造範圍一般包括（kuò）高中低壓缸內缸、隔（gé）板( 持環（huán）) 、轉子等，更準確的範圍確定（dìng）應取決於原（yuán）設備性能狀況和通流（liú）改造的技術路線。
進行通流改造（zào）的汽（qì）輪機（jī）經濟性方麵（miàn）總體表現為熱耗率偏高，不同的汽輪機熱耗率偏高的原因會（huì）有所不同，除了高中低壓（yā）缸效率偏低外，有些還（hái）有高壓閥組壓損偏大、背壓偏大等（děng）問（wèn）題。通流改造時需一並解決安全性問題，安全性問題一般有: (1) 汽門振動與閥杆斷裂問題; ( 2) 缸體及軸係振動偏大問題; (3) 軸承溫偏高問題; (4) 螺栓、缸體等各部件裂紋問題; (5) 滑銷係（xì）統膨脹不暢問題。通流改造範圍應針對性地涵蓋原設（shè）備問題的解決。
發電企業對汽輪機通流改造的（de）個性化需求越（yuè）來越突出，出現了單獨提高（gāo）再熱蒸汽溫度和同時提高主汽、再熱（rè）蒸汽（qì）溫度的汽輪機通流改造，也出現了冷再（zài）和熱再超大抽汽流（liú）量供熱的汽輪機（jī）通流改造。這些個性化需求勢必擴（kuò）大（dà）改造範圍，如更換高中（zhōng）壓外缸、更換高中壓導汽管、更換高中壓閥組（zǔ）、中壓調門參調等。蒸（zhēng）汽（qì）參數的提高會導致抽汽參數的變化，結合抽汽回（huí）熱係統設備的狀況對加熱器及管道進行評估並針對性地更換。
1． 2 邊界條件確（què）定
邊界條件是設備廠家設計（jì）和性能考（kǎo）核（hé）試驗的基準，應通過試驗測試獲取擬考核（hé）工況點的實際值，尤其是高中壓閥組壓損、再熱器壓損、給水泵汽輪機效（xiào）率、加熱器端差等。給定的邊界條件如（rú）與實際值偏差較大，將誤導設計及（jí）決（jué）策，影響通流（liú）改（gǎi）造的效果。如再熱器壓損給定值偏大會導致通流設計（jì）偏大，降低部分負荷時效率; 給水泵汽輪機效（xiào）率給定值偏大會導（dǎo）致設計嚴重偏離實際運行，某機組給水泵汽輪機效（xiào）率給定值為83% ，實際試驗值 THA 工況為62． 4% 、75% THA 工況為60． 8% 、50% THA 工況為38． 9% 。
1． 3 熱耗（hào）率考核條款製（zhì）定
隨著火（huǒ）電機組利用小時數降低（dī），發電（diàn）企業一般都會根據不同負荷工況下的實際（jì）運（yùn）行小時數，確定機組熱耗率考核權重，形成*終的加權（quán）熱耗率考核值。考核（hé）加權熱耗（hào）率對設備廠家末級葉片選型、高壓調門（mén）與高壓缸匹配性提出了更高的要求，在當前負（fù）荷率偏低的情況（kuàng）下增強了發電（diàn）企業的競爭力。然而，僅（jǐn）僅對加權熱耗率進行考核（hé）是不夠的，設備廠（chǎng）家為了增強自身的競爭力，往往會把全部重點放在如何降低（dī）占比（bǐ）大（dà）的低負荷熱耗率上而犧牲高負荷的熱耗率，這無疑削弱（ruò）了發電企業的適應性。某（mǒu）廠一台 600MW 汽輪機通流改造時僅對加權熱耗率進行考核，THA 熱耗率要高出設計值43． 7 kJ/( kW·h) ，詳見表（biǎo） 1。通流改造時既要對加權熱耗（hào）率進行考核，也要對 THA工況時熱耗率進行考核。

2 設計、製造階段
2． 1 螺栓材料選用（yòng）
汽輪機通流改造（zào）設計時會盡可（kě）能（néng）利用現有的空間（jiān），如果同時又提升了參數（shù），這勢必（bì）會使得設計（jì）上需要高強度、耐高溫（wēn）的材料，尤其是一些高溫（wēn）區域的螺（luó）栓。應慎重使用鎳基材料和鈷基材料的螺栓，這類材料普遍存在缺口敏感性，對（duì）冶（yě）金質量、熱處理（lǐ）工藝（yì）、螺栓製造工（gōng）藝和檢修工藝要求較高，部分鎳基材料在某一溫度區間會出現負蠕變現（xiàn）象，這些問題都是導致螺栓斷裂的原因。
當出現必須使用鎳基或鈷基螺栓時，應優化螺栓設計和嚴控檢修工藝: ( 1) 設計（jì）配置厚墊圈，以降低各工況下螺栓緊（jǐn）力變化; ( 2) 螺栓伸長量（liàng）盡量控製（zhì）在下限，緊固過程中伸長量不應（yīng）超出上限; ( 3) 嚴格規範（fàn）螺（luó）栓解體、安裝工藝（yì），嚴禁使用火焰加熱、管子鉗（qián）、大榔頭，杜絕野蠻施工; ( 4) 采用專用的螺栓加（jiā）熱（rè）棒，加熱螺栓有效長度段（duàn），控製螺（luó）栓內（nèi）壁加熱溫度，防止加熱（rè）棒過熱受損致使螺栓內壁（bì）高溫氧化; ( 5) 對螺（luó）栓進行光譜分（fèn）析、硬度測試、超聲測試和螺紋著色檢查，對光譜分析和硬度測試處打磨光（guāng）滑; ( 6) 禁止使用含（hán） Cl、S 等（děng）氧化元素的清洗劑、防咬劑。
2． 2 轉子重量增加
為（wéi）了確保設計更加精準，汽（qì）輪機（jī）通流改造（zào）方案大多增加（jiā）通流級數，有時會采用反動式設計取代原有的衝動式（shì）設計，如此（cǐ）轉子重量會大幅增加。轉子重量增加帶來的問題（tí）有: ( 1) 基礎承載、軸承懸掛在缸體上的低壓缸結構強（qiáng）度需要校核; ( 2) 盤（pán）車功率適應性需要校核，必要時增加頂軸油係統（tǒng）; ( 3) 對軸承（chéng）進行降低比壓和提高巴氏合金溫（wēn）度等級的改造，根據經驗，常規的可傾瓦軸承設（shè）計比壓（yā）應小於1． 45MPa，橢（tuǒ）圓（yuán）瓦軸承設（shè）計比壓應（yīng）小於2． 0MPa; ( 4) 軸承比壓變化後，需要對各軸承的潤滑油和頂軸油進行重新分（fèn）配，甚（shèn）至需要調（diào）整潤滑油供油母管壓力; ( 5) 低壓（yā）轉子重量增加後起吊重量( 包括起吊設（shè）備) 超出行車荷載限值（zhí），某 600MW 亞臨界汽輪機通流改造時低壓（yā）通流采用（yòng）反動式技術，新的低壓轉子重量加上起吊裝置（zhì）重量（liàng）分別為77． 2t、78． 5t，原配置的兩（liǎng）輛（liàng）行車設計荷載均為 80t，對行車進行改（gǎi）造，將兩輛行車合並，對低壓轉子進行抬吊操作。
2． 3 軸係振（zhèn）動控製（zhì）
汽輪機通流改造後常常存在振動問題，如汽封（fēng）間隙過小引起的動靜碰磨、質量不平（píng）衡、汽（qì）流激（jī）振等，嚴重（chóng）影響機組安（ān）全運行。針對這些常見的引起軸係振動異常的因（yīn）素，在通（tōng）流（liú）改造設（shè）計、製造階段應做好以下幾方麵工作: ( 1) 設計采用合適的汽封（fēng）及汽封間隙，發電企業應將保留（liú）設備（bèi）的特性詳實地反（fǎn）饋給改造廠家，切（qiē）莫盲目地采（cǎi）用小間隙汽封及減少汽封間隙; ( 2) 盡可能減少轉子（zǐ）的剩餘不平衡量，單根轉子高速動平衡（héng）的試驗精度為不低於1． 0mm/s，過臨界及超速時（shí）的振動值均要符（fú）合標準; ( 3) 選擇非（fēi）常好的配（pèi）汽方（fāng）式，兼顧機組經濟性、軸（zhóu）承瓦溫和轉子振動，以*大程度減小蒸汽靜態力; ( 4)采用防汽（qì）流激振汽（qì）封（fēng）並合理設計汽封間隙，減少運行期間汽流激振力，如采（cǎi）用碎波技術的汽封; ( 5) 選用油膜（mó）動特性係（xì）數交叉耦合（hé）項小、穩定性好的軸承，增大軸承阻尼力。
2． 4 深度調（diào）峰適應性
大型煤電（diàn）機（jī）組深度調峰已成為普遍現象，浙江省大型煤（méi）電機組（zǔ）的深度調峰至40% THA 基本全部實（shí）現。為適（shì）應機組深度調峰的需要，通流改造需在經濟（jì）性、安全性兩方麵開展如下工作: (1) 將低負荷熱耗率納入考核範疇，改造廠家設計時（shí）充分降（jiàng）低低負荷熱耗率; (2) 采用合適的末級（jí）葉片表麵硬化措施，設置合理的低（dī）負荷（hé）運行方式，以防止低排汽流量下（xià）末級葉片出汽側發生的回流汽蝕; (3) 增加低壓缸外缸剛性，合（hé）理調整低（dī）壓軸封間隙，避免低（dī）負（fù）荷時高真空（kōng）下低壓軸封處的碰磨，某 600MW 機組通流改造後曾發生低壓（yā）軸封碰磨導致軸（zhóu）振高而跳機事件; (4) 通流（liú）改造配置熱（rè）應力控製模塊，避免（miǎn）出現機組深度調峰時，運行人員因操作量大而忽視對主機參數的監視，出現（xiàn）汽溫大幅下（xià）降、缸體溫度差偏大等異常時（shí）沒有及時（shí）發（fā）現並調整的現象。
2． 5 低頻保護
如果電網係統頻率下降時處理不當而將機組跳閘（zhá），則此時機組跳閘造成的電網功率（lǜ）短缺將進一步導致頻率降（jiàng）低，因（yīn）而形成連鎖反應，嚴重時*終導致電網崩潰。1996 年 7 月（yuè）及8 月美國西部電（diàn）力（lì）係統大停電、1999 年 7 月 29 日台（tái）灣大停電都是機網嚴重不協調的典型案例。限製汽輪機頻率異常運行的（de）主要因素是汽輪機葉片諧振問題（tí），通流改造時應明確提出低頻保護的要求: ( 1) 低頻保護不投（tóu）跳; ( 2) 即使投跳閘，低頻保護（hù）投跳（tiào）定值應低於電網（wǎng）低頻減載裝置*後一輪定（dìng）值; ( 3) 特殊情況下（xià）當低（dī）頻保護需要跳閘時，保護動作（zuò）時間必須符合《GB/T31464 電網運行準（zhǔn）則》中（zhōng）關於汽輪發（fā）電機頻率異常允許時間規定。
2． 6 新舊設備接口匹配
任何改造與非改造部件（jiàn）間的配（pèi）合或係（xì）統中改（gǎi）造後的熱力參數與原參數之間的配合，在（zài）銜接處即形成接口，一般遵循（xún）改造（zào）部件適應（yīng）非改造部件原則。
常見的係統接口及處理方法有: ( 1) 改造後抽汽參數變化，尤其在（zài）提參數通流改造中重點關注，應結合（hé）對加熱器、抽汽管路、疏水管路的評估，針對性地更換加熱器、抽汽管道、疏水調節閥、疏水管道，避免通流改造後出（chū）現加熱器和（hé）抽汽管（guǎn）路超溫超壓運（yùn）行、管道壓損大、疏水不暢等現象; ( 2) 通流改造機組增容後，額定負荷時發電機的發熱量（liàng）增加，原有的定（dìng）子冷卻水係統及氫氣冷卻係統（tǒng）應進行適應性評估，尤其是對夏（xià）季工況的評估，必要時進行兩個冷卻係統的擴容改（gǎi）造; ( 3) 高度（dù）關注熱（rè）工測點安裝特性（xìng）的變化，防止出（chū）現測點接錯、定值設定錯誤等問題，如（rú）獲取（qǔ）各轉子材質（zhì）相同的靶板（bǎn）以校核軸係位移、差脹、振動等測點特性，對比改造後轉速盤齒數，區分新舊軸向定位（wèi）方式等。
常（cháng）見的機械接口及處理（lǐ）方法有: ( 1) 汽門改造（zào）及外缸更換時保證各管道（dào）接口外，還應校核接口處的（de）推力（lì）和力矩，並校核鋼結構及（jí）支吊架載荷; ( 2) 高壓轉子與（yǔ）機頭小軸( 主油泵小軸（zhóu）或盤車小軸) 接口、低壓（yā）轉子與發電機轉子( 或（huò）盤車齒輪) 接口，可先采用現場加工小軸和盤車齒輪凸肩的辦（bàn）法（fǎ），時間允許也可以將其（qí）返至改造廠家裝配並隨轉子進行高速動平衡; ( 3) 保留（liú）外缸時，內缸與外缸裝配接口是（shì）影響安裝質量和工（gōng）期的關鍵所在，盡可能地給（gěi）設備廠家創造精確接（jiē）口測繪的條件，*一時間完成新（xīn）舊設備（bèi）的試裝工作，檢查各螺栓孔是否（fǒu）對應、軸向定（dìng）位是否到位、膨脹間隙是否充（chōng）足等。
3 安裝（zhuāng）、調試、試驗階段
3． 1 軸向定位
軸向定位包括軸係軸向定（dìng）位和缸體軸向（xiàng）定位兩方麵內容，軸向定位堅持（chí）三大原則: 改造部件適應非（fēi）改造部件、可調部件適應非可（kě）調部件、靜止部件適應轉動部件。非改造部件（jiàn）軸向定位應在全冷（lěng）態收縮到位（wèi）後進行（háng），必要（yào）時需要滑銷係統檢修後重（chóng）新吊（diào）回轉子裝複推力軸承進行。以圖 1 所示的某600MW 四缸汽輪（lún）機通流改造為例，軸向定位的常規工序如下: ( 1) 根據發電機轉子定位尺寸及改造後前後差脹變化定位低壓 2 轉子，並調整（zhěng）低（dī）壓 2 軸向通（tōng）流間隙定位低壓內缸 2; ( 2) 由低壓內缸 2 通過中低壓連通管定（dìng）位低壓內缸（gāng） 1 和中壓外缸，並（bìng）調整低壓 1 軸向通流間隙定位低壓 1 轉子，調整中壓軸封軸向（xiàng）間隙定位中壓轉子並調整推力軸承位置，調整中壓（yā）通流間隙定位中壓內缸; ( 3) 根據中壓轉子的位置定位（wèi）高壓轉（zhuǎn）子，調整外（wài）缸上高壓軸封軸向間隙定位高壓外缸，調整高（gāo）壓軸向通流間隙定位高壓內缸; ( 4) 調整主油（yóu）泵小軸軸向間隙定位前軸承箱。這些設備的（de）定（dìng）位一般通過靠（kào）背輪墊片（piàn）、軸向定位鍵( 環) 、貓（māo）爪（zhǎo）橫銷等實現（xiàn），鑒於（yú）中低壓連通（tōng）管螺栓孔、膨脹節有一定的間隙補償（cháng）量及各環節（jiē）調整手段（duàn）豐富，一般可優化為分缸初調、軸係複核。

3． 2 保護（hù）邏輯修訂
通流改造後新的設計、新的設備會有（yǒu）新的（de）保護邏輯和定值修（xiū）訂，如修（xiū）訂不合適，或達不（bú）到保護設備的目的，或容易導致機組跳閘。常見的保護邏輯修訂有: (1) 軸（zhóu）向位移、差（chà）脹定值修訂; ( 2) 保護末（mò）級（jí）葉片用的凝汽器背壓保護邏輯修訂及後缸減溫（wēn）水投運邏輯修訂（dìng）; ( 3) 為保護調節級葉片，特殊閥序下主蒸汽壓力保護邏輯修訂; ( 4) 中調（diào）參調供熱時，大流量供熱情況下中調門開度保護邏輯修訂、中壓閥組壓差保護邏輯修訂、一抽與高排壓力保護邏輯修（xiū）訂。
3． 3 性能考核試驗
通（tōng）流改造（zào）後的性能考核試驗雖然和新機組的性能考核試驗內容是相同的，但是試（shì）驗條件遠沒有新機組的試驗條件理想。為給通流改造創造良好的試驗條件（jiàn），可做好如下幾方麵: (1) 做好閥門檢修工作，將係統外漏和內漏控製在 ASME標（biāo）準控製範圍內，重點有凝結（jié）水氯氣流量計後的各疏（shū）水和放水閥、加熱器的事故疏水閥、各氣動疏（shū）水（shuǐ）閥、定（dìng）排和連排（pái）閥門、安全閥等; (2) 做好關鍵性能試驗測點的整治工作，重點是各氯氣流（liú）量計的校核，氯氣流量計一般有凝結水氯氣流量計、主汽和再熱汽減溫水氯氣流量計、密封水進回水氯氣流量計、給水泵汽（qì）輪機進汽氯氣流量計、軸封係（xì）統氯氣流量計等，確保凝結水氯氣流量計旁路隔離嚴密及氯氣（qì）流量計後無水回流至氯氣流量計前;(3) 試驗宜安排在環境溫（wēn）度較（jiào）低的（de）季（jì）節進（jìn）行，避免（miǎn）出現試驗期（qī）間背壓偏高且無法調（diào）低、試驗（yàn）背壓修正曲（qǔ）線無法獲得、熱耗率的背壓修（xiū）正量偏大現象; (4) 為了深度挖掘通流改造的節能成果，需進行包括滑壓優化試驗、冷端優化試驗、變背壓試驗（yàn）在內的（de）性能診斷試驗。
4 結（jié） 論
本文梳理了汽輪機（jī）通流改造各個階段的常見問題，總結提出了處理（lǐ）及控製措（cuò）施。通流改造是一（yī）項係統性工程，隻有將可研階段、設備采購階段、設計階段、生產（chǎn）製造階段、施工階段、調試（shì）階段和性能考核階段的每一項工作做到盡善盡美，才（cái）能*大程度地發（fā）揮改（gǎi）造的效果、提高設備本質安全。

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