大型氣輪機強迫冷卻關(guān)鍵技術(shù)淺談

　　評論：　更新日期：2018年12月22日

摘要：近年來，大型汽輪機停機后強迫冷卻這一研究課題越來越得到重視。論文對某汽輪機及其系統(tǒng)的實際情況和特點，通過對國內(nèi)外大量的汽輪機加速冷卻系統(tǒng)實例的分析和研究，提出了汽輪機停機后加速冷卻的方案，并提出了應(yīng)該注意的問題。

Abstract: In recent years, after the forced shutdown of large turbine cooling has been more attention to this research.?Thesis of a steam turbine and the actual situation and characteristics of the system by a large number of domestic and international examples of turbine cooling system to accelerate the analysis and research, the turbine accelerated cooling after the shutdown program, and suggests that we should pay attention to.

關(guān)鍵詞：大型氣輪機?? 強迫冷卻?? 設(shè)計

汽輪機參數(shù)、容量及其保溫材料性能的提高和保溫工藝的改進，使得汽輪機停機后自然冷卻速度降低，導致在停機檢修時需要很長的等待冷卻時間，減少了有效檢修時間，直接影響檢修工期的充分利用和機組的可用率，機組容量越大，矛盾越為突出，因此縮短大型汽輪機檢修時停機時間，提高機組投運率，在我國目前電力緊缺的情況下，具有重大的意義和經(jīng)濟效益。

1現(xiàn)有強迫冷卻方法的比較

停機以后加速冷卻的方法，各發(fā)電廠由于根據(jù)其各自系統(tǒng)的特點采用不同的方法，根據(jù)所采用的冷卻工質(zhì)，目前可分為蒸汽冷卻和空氣冷卻兩大類。

1）蒸汽冷卻法。利用低溫低壓蒸汽快速冷卻，目前國內(nèi)報導的有鄰機抽汽冷卻法和鍋爐余汽冷卻法，這些方法在125mw機組成功地應(yīng)用過。山東辛店電廠125mw機組在高壓缸排汽管上接有鄰機二級抽汽和除氧器平衡汽源，目的在冷態(tài)啟動前用來加熱汽輪機。2）空氣冷卻法。利用空氣的強迫通風冷卻有抽真空冷卻法和壓縮空氣冷卻法兩種。壓縮空氣冷卻法已有二十多年的歷史，英、法等西歐國家普遍采用，國內(nèi)亦有成功的報導；抽真空冷卻法在國內(nèi)實際用得最多，近年來正式報導卻沒有見到，在國外，前蘇聯(lián)在這方面有研究。壓縮空氣冷卻根據(jù)冷卻空氣與工作蒸汽流動方向的異同，冷卻方式可以是順流，亦可以是逆流。采用壓縮空氣冷卻又有對壓縮空氣進行預(yù)熱和直接通入壓縮空氣兩種。

采用蒸汽作為工質(zhì)的冷卻方法諸如鄰機抽汽冷卻和鍋爐余熱冷卻其優(yōu)點是不增加設(shè)施、冷卻效果好，但是由于蒸汽的傳熱系數(shù)遠大于空氣且過熱度低有相變的危險，蒸汽的壓力和溫度控制和監(jiān)視很困難，具有很大的風險性，在大機組很少使用。采用逆流抽真空法有一個擔心就是吸入的低溫潮濕的空氣對轉(zhuǎn)子和汽缸的腐蝕。壓縮空氣冷卻法需要增加設(shè)備和管道而且需要大量的壓縮空氣，但是具有下述明顯的優(yōu)點：壓縮空氣冷卻法可配備空氣加熱器，這種方法技術(shù)上切實可行、安全可靠，可控性強；以干燥潔凈的空氣作為冷卻介質(zhì)，由于其對流換熱系數(shù)小，無相變換熱問題，比低溫蒸汽作為冷卻介質(zhì)要方便和安全；若壓縮空氣容量足夠，可以通過調(diào)節(jié)空氣的溫度和流量保持平穩(wěn)均勻地控制在最優(yōu)冷卻速率下全過程冷卻；壓縮空氣冷卻是正壓冷卻，不需投軸封汽，且能保證低溫階段的冷卻速率，可控手段多于抽真空冷卻法，比抽真空冷卻法明顯優(yōu)越；總之，從安全性角度出發(fā)，大容量汽輪機停機后加速冷卻采用帶預(yù)熱的壓縮空氣強迫通風方式比較合適。

2電廠汽輪機強迫冷卻方案設(shè)計

2.1壓縮空氣量的確定

汽輪機的快速冷卻，最優(yōu)先考慮的是安全性。冷卻速率是按膨脹性能和機械應(yīng)力并使壽命消耗可忽略不計來考慮的，確定冷卻空氣的流量是最重要的一件事，國內(nèi)、外在這方面進行了大量的、系統(tǒng)性的試驗和研究，通過在大小不同機組上的現(xiàn)場試驗及大型計算機的仿真計算，得出了最優(yōu)化冷卻所需的最佳空氣量。表1所示為BrownBoveri的研究成果，不論汽輪機的容量大小，冷卻速率可達10～12 。

表1 不同容量汽輪機強迫冷卻時的最佳空氣流量

汽輪機容量（MW）	200	300	350	500	600～700
空氣流量（m³/min）	45	54	66	78	108
冷卻時間(小時）	30～40

2.2順流與逆流方式的選擇

采用壓縮空氣強迫冷卻可以有順流和逆流兩種方法:順流冷卻空氣自高溫區(qū)引入，傳熱溫差大于逆流冷卻，故有比逆流冷卻大的熱沖擊可能。但由于順流冷卻是全周進氣，在汽缸內(nèi)沿圓周流動比較均勻，對轉(zhuǎn)子和汽缸的冷卻亦比較均勻；汽缸高溫段沿流程原來都有的金屬溫度監(jiān)視測點可以利用，便于監(jiān)視和控制冷卻速率；即使空氣在室溫狀態(tài)下被引入，但因空氣經(jīng)較長的管道加熱后進入汽缸，不會使轉(zhuǎn)子和汽缸受到過大的熱沖擊；順流冷卻傳熱溫差大，冷卻效果好，因此，采用順流冷卻方式比較合適。

2.3壓縮空氣管道的設(shè)計

1）主空氣管道的設(shè)計。設(shè)在主要冷卻過程中的空氣溫度為150℃，壓力為0.6MPa表壓，流速為30m/s，則所需的空氣管通流面積為9800mm²，。為減少空氣管的銹蝕，主管道選用 127x5.0mm的YB232—70鍋爐鋼管。但應(yīng)考慮到有可能氣壓不足，則主管道選用中 200mm。

2）機側(cè)引入管的設(shè)計。機側(cè)壓縮空氣引入管的設(shè)計原則是在滿足通流截面的基礎(chǔ)上盡可能地減少管子數(shù)量、減少焊口和閥門以最大限度的減少高溫、高壓蒸汽泄漏的可能性。由于中壓缸排汽口通過連通管與低壓缸相連，雖然中壓轉(zhuǎn)子及汽缸的質(zhì)量大于高壓缸，但冷卻條件優(yōu)于高壓缸，因此，要使高、中壓缸保持相同的冷卻速度，高壓缸的冷卻空氣流量應(yīng)不小于中壓缸。該汽輪機的實際停機自然冷卻曲線，在缸溫較高的時段，中壓缸的自然冷卻明顯快于高壓缸，但在冷卻的主要時段即缸溫在200℃以下時，高、中壓缸的冷卻速度基本相等，若用相同流量的壓縮空氣進行強迫冷卻，估計高壓缸的冷卻速度會快于中壓缸，因此，設(shè)計時，高、中壓缸取相等的冷卻空氣流量，即取相等的引入管通流面積，各為2500mm²左右(最大流速為60m/s）。

2.4強迫冷卻系統(tǒng)

空氣預(yù)熱溫度的控制設(shè)備裝在配套的電氣控制柜內(nèi)，采用手動設(shè)定。自動調(diào)節(jié)的方式控制預(yù)熱溫度，在設(shè)定溫度相應(yīng)最大流量以下時，調(diào)節(jié)偏差在士3℃左右。因空氣對缸壁的換熱系數(shù)比蒸汽小得多，又不存在相變換熱，故在自動調(diào)節(jié)正常波動范圍內(nèi)，此溫度波動對冷卻不會發(fā)生明顯影響，因而溫度設(shè)定后，在相應(yīng)最大流量以下時可看作是恒定的。由于設(shè)置了汽輪機快速冷卻裝置，對冷卻空氣可根據(jù)停機后金屬溫度水平及換熱溫差要求預(yù)加熱，故冷卻汽輪機的進氣口位置可任意選擇，而且不僅可用于滑參數(shù)停機后的繼續(xù)冷卻過程，亦可直接用于新汽額定溫度條件下緊急停機后即開始的冷卻過程。

冷卻過程應(yīng)注意的問題：1）為保證高中壓缸實現(xiàn)上述流程，冷卻時應(yīng)利用進氣和排氣門有意識作些調(diào)整，使高缸排氣壓力稍高于中缸進氣壓力，否則機組會有部份區(qū)域無氣冷卻。2）左、右側(cè)高壓調(diào)門后疏水均經(jīng)節(jié)流孔板后再合并為一，因節(jié)流孔板孔徑小，故壓縮空氣均應(yīng)從節(jié)流孔板后送入。送氣管未端均設(shè)有法蘭堵板，在與汽機導汽管的疏水管相連的送氣閥未開前供沖管用，沖管結(jié)束后即復裝。3）高中壓缸送氣管電動門前均裝有Dg25就地排氣閥，供暖管時排氣用，同時吹出銹屑等雜物，冷卻開始后則逐漸關(guān)閉。4）壓縮空氣與導汽管疏水管的送氣接點，高壓缸采用兩只串接高壓閥，中壓缸用一只，均只須手動閥。但為防止正常運行中漏汽造成空氣管中超壓，故在壓縮空氣管道適當位置加一Dg15泄壓閥，保證安全。5）冷卻系統(tǒng)的排氣口，除二抽管上采用電動閥實現(xiàn)遠動調(diào)整高缸排汽壓力外，其余均采用手動閥。安裝時應(yīng)避免因閥門泄漏造成積水可能，可在閥后管子最低部位裝一考克或鉆一小 5孔。

3結(jié)語

本著安全可靠、經(jīng)濟實用、操作簡單、易于維修等原則，從冷卻空氣流量、壓縮管路、冷卻流程和冷卻過程中參數(shù)監(jiān)測與調(diào)整等多方面入手，設(shè)計出一套適合于發(fā)電廠汽輪機強迫冷卻系統(tǒng)。并給出了快冷裝置的技術(shù)指標及在安裝調(diào)試過程中應(yīng)注意的問題。