[科普中国]-汽轮机汽缸

简介

汽轮机为火力发电厂的三大主力设备之一，其转子和汽缸具有很高的加工精度，主要部件在高温、高压环境中工作。汽轮机组一旦突发进水故障，机组下缸通常会被快速冷却，上、下缸温差急剧增大，导致汽缸产生较大的热变形，严重时甚至会因动静间隙消失而引发碰磨、大轴弯曲，造成叶片损伤或断裂、阀门及汽缸结合面漏汽、动静部分碰磨、推力瓦烧损、高温金属部件产生永久变形和由热应力引起的金属裂纹，严重影响机组的安全稳定运行。

由于汽轮机汽缸进水的危害巨大，有关事故调查规程中规定将大型汽轮机机组进水产生的上述故障均定性为重大设备事故。因此，分析汽轮机组汽缸进水故障的现象、原因，总结事故处理经验，制定完善的防进水措施，对机组的安全稳定运行具有非常重要的意义1。

汽缸的作用汽缸的作用主要是将汽轮机的通流部分（喷嘴、隔板、转子等）与大气隔开，保证蒸汽在汽轮机内完成做功过程。此外，它还支承汽轮机的某些静止部件（隔板、喷嘴室、汽封套等），承受它们的重量，还要承受由于沿汽缸轴向、径向温度分布不均而产生的热应力。
汽轮机的汽缸一般制成水平对分式，即分上汽缸和下汽缸。为合理利用钢材，中小型汽轮机汽缸常以一个或两个垂直结合面分为高压段、中压段和低压段。大功率的 汽轮机根据工作特点分别设置高压缸、中压缸和低压缸。高压高温采用双层汽缸结构后，汽缸分内缸和外缸。汽轮机末级叶片以后将蒸汽排入凝汽器，这部分汽缸称排汽缸。

汽缸进水原因分析从上述故障中机组进水方式可以看出，汽缸进水的水源主要来自给水和凝结水。由于给水压力很高，一旦形成进水通道后，进水量会比较大，造成的后果也较严重。一般情况下，汽轮机汽缸进水的原因主要有以下方面。

1.设备状态不良

重要阀门（如高旁减温水阀门、再热器减温水阀门）长期运行后因腐蚀、杂质进入，出现关闭不严或卡涩情况，过量减温水随蒸汽进入汽缸。汽缸的抽汽电动门不严，湿蒸汽逆流入汽缸中。某些机组中与汽缸相连容器或管道的温度测点不全或故障，无法监测重要管道内部工质的状态，运行人员不能及时发现有低温工质进入缸内。

2. 运行操作不当

汽轮机停运、停止抽真空后，若汽轮机系统中的一些疏水门操作失误，缸内疏水排出不畅，也会造成汽缸下缸温度快速下降的情况。

3.监督检查不力

机组停运后，运行人员容易放松警惕，忽略对重要对象的监视。机组停运、启动盘车后，运行人员对汽缸温度及相关设备、运行参数监视不足，加热器水位、凝汽器水位上升及汽缸温度变化大等异常情况没有被及时发现或迅速处理，直到盘车突然跳闸时才被发现，造成了事故的扩大。

4.运行参数控制不当

运行人员经验不足，运行各专业间沟通不够，各系统交叉作业等，容易发生因运行参数控制不当而造成汽缸进水故障。如辅汽联箱汽源切换时偶发蒸汽参数低时，会引起轴封供汽参数降低，运行人员没有及时调整运行方式导致轴封进水；又如在锅炉进行上水、打压试验时，汽轮机侧往往会因没有采取足够的防范措施而引发汽缸进水2。

汽缸进水后的处理措施1.常规处理措施

发现汽轮机汽缸进水后，一定要按照事先制订的事故处理措施及时处理，避免事故扩大。如果机组在运行期间发生了汽缸进水，应立即破坏凝汽器真空紧急停机。若由于加热器满水或除氧器满水引起汽缸进水，应立即停用加热器及除氧器。停机时要注意观察、记录机组惰走时间，仔细听机内声音。

如果发现轴位移超限、惰走时间缩短应及时停机检查。如惰走时间正常，且无其他异常，机组可重新启动，但启动时要充分疏水，冲转前连续盘车时间应≥4 h。

发现汽轮机进水后要进行闷缸处理，及时关闭所有本体疏、放水门。当上下缸之间温差变小、能够手动盘车时，应先将转子转动180°，1h后再次翻转180°。确认手动盘车不费力时，才可以投运电动盘车。

2. 盘车无法启动时的处理措施

当缸内动静部件间隙发生很大变化，出现动静接触时，可能会导致盘车无法正常启动。

盘车掉闸后无法再次启动时，可能是汽轮机大轴已经弯曲，因碰磨叶顶汽封造成了盘车电机过电流。此时应当记录各轴瓦振动探头间隙电压值，根据间隙电压的变化判断大轴的弯曲程度。盘车无法启动期间，建议顶轴油泵继续运行，便于分析判断大轴的弯曲位置。

当电动盘车不能盘动转子时，首先应尽量维持高、中压缸上、下缸温差，每隔1h试启动盘车1次或适度手动盘车1 次（严禁用吊车强行盘车），直至电动盘车能够投入。热态停机后，盘车不能正常投入时，应考虑及时进行闷缸处理。

若盘车能够自动投入或者手动盘车能够使转子顺利转动后，每隔15～20min 翻转转子180°，但前提条件是需要维持高、中压缸上、下缸温差在允许范围内（≤35 ℃）。

在能维持高、中压缸上、下缸温差在允许值的前提下， 将转子弯曲高点置于最高位置，适时翻转180°，观测转子弯曲度是否有减小的趋势。待偏心度、弯曲度稳定后，可改为连续盘车方式。

3.维持汽缸上、下缸温差（不增大）的方法

维持汽缸上、下缸温度不增大（闷缸）的实质就是切断进入汽缸的冷源，争取维持或减小汽缸上、下缸温差，排除温差对转子弯曲度造成进一步影响。

闷缸操作的基本步骤和要求如下：

（1）破坏真空到0 kPa，关闭汽轮机本体疏水门，进行闷缸。

（2）关闭各段抽汽管的隔离门和疏水阀。

（3）停止轴封供汽。在汽缸轴封或汽缸的漏气处，用保温棉进行封堵，防止进冷气。

（4）油系统、顶轴系统维持运行，减轻瓦面损伤。

若采取上述措施后，转子仍无法盘动，说明转子可能发生永久弯曲变形，不可贸然启动机组，应做好揭缸检查的准备2。

汽缸进水的防范措施（1） 汽轮机组运行中应加强重要设备、部件的维护，保证重要阀门（如主蒸汽进汽阀、再热蒸汽进汽阀，轴封、抽汽、高排等与汽缸系统连接的阀门及重要减温水阀门）的动作灵活可靠、关闭严密，发现缺陷及时消除。

（2） 完善缸温和与汽缸相连管道的温度测点，确保指示正确。机组启动、停运过程中不得放松对主要缸温测点、与汽缸相连管道温度测点的监视，以及对高、低压加热器、排汽装置的水位监视，发现问题及时汇报、排查处理。

（3） 运行人员应加强业务学习，熟练掌握防止汽缸进冷汽（冷水）的相关技术措施。在停机后缸温低于150 ℃前，要严密监视、定时记录汽缸内缸壁温、大轴弯曲值、盘车电流、汽缸膨胀、胀差等参数，加强对加热器、排汽装置的水位监视，坚持对汽水系统巡回检查，发现异常应认真分析、及早汇报、尽快处理。

（4） 有关人员应当具备和熟练掌握以下知识：转子安装原始弯曲的最大晃度值、机组正常运行的波特图和盘车电流、正常停机惰走曲线、正常停机后汽缸金属温度下降曲线、通流部分轴向和径向间隙，以处理故障。

（5） 机组启、停过程中投高旁时，要严密监视高旁后温度和高旁逆止阀附近温度，根据温度情况及时关闭减温水阀门。机组停运过程中，高旁汽侧关闭后，应及时关闭高旁减温水手动阀。机组启动和低负荷时，不得投入再热蒸汽减温水，在锅炉灭火或机组甩负荷时，应及时切断减温水。

总结汽轮机汽缸进水是危害机组安全稳定运行的重大故障，《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》（国电发[2000]589 号）中明确要求电力生产企业应制订严格措施予以防范，对火电机组汽缸进水案例的分析，可为电厂预防和处理机组类似故障提供参考和帮助3。