300MW機(jī)組高中壓缸間軸封漏汽量變氣溫測量法

　　國產(chǎn)引進(jìn)型300MW汽輪機(jī)高、中壓缸為合缸結(jié)構(gòu)，高壓缸調(diào)節(jié)級為反流式，正常運(yùn)行情況下，調(diào)節(jié)級后蒸汽經(jīng)過高壓缸前軸封后，一路通過高壓內(nèi)外缸夾層進(jìn)入高壓缸排汽管;另一路經(jīng)過中壓缸前軸封與再熱蒸汽混合后進(jìn)入中壓缸做功。這種結(jié)構(gòu)布置使得高申壓缸間存在較大的漏汽量。設(shè)計(jì)額定負(fù)荷狀況下，高壓缸前軸封總漏汽量約17t/h，其中13.6t/h進(jìn)入中壓缸*級前，占再熱蒸汽流量的1.835%。高中壓缸間軸封漏汽量的大小直接影響汽輪機(jī)的熱耗和汽缸效率，因此對于高精度的性能考核驗(yàn)收試驗(yàn)而言，準(zhǔn)確測得這部分蒸汽量成為確保試驗(yàn)精度的一個(gè)重要因素。高中壓缸間軸封的漏汽由于其特殊的位置，目前尚無直接測量的手段，通過變汽溫法可以間接測得這部分蒸汽流量。
　　
　　一、變汽溫法測量方法
　　
　　1.1基本原理
　　
　　在高、中壓主汽門、調(diào)門開度、主蒸汽流量、再熱蒸汽流量及相關(guān)蒸汽參數(shù)基本接近情況下，可以認(rèn)為高中壓缸間軸封漏汽量和中壓缸實(shí)際內(nèi)效率是不變的。通過改變再熱蒸汽溫度或主蒸汽溫度，可以使中壓缸*級前混合點(diǎn)溫度發(fā)生變化，中壓缸排汽溫度也隨之改變，通常以中聯(lián)門前參數(shù)和中壓缸排汽點(diǎn)參數(shù)為依據(jù)的中壓缸效率計(jì)算值會發(fā)生相應(yīng)變化[1]。根據(jù)高中壓缸間軸封漏汽量和中壓缸效率計(jì)算值的關(guān)系，利用軸封漏汽點(diǎn)流量和熱量平衡方法，可通過計(jì)算得到高中壓缸軸封漏汽量。
　　
　　1.2測試方法
　　
　　兩個(gè)相同負(fù)荷工況（如額定工況），分別降低主蒸汽和再熱蒸汽溫度，保持其它條件和參數(shù)不變，通過簡化熱力試驗(yàn)的方法測得調(diào)節(jié)級后、再熱蒸汽、中壓缸排汽等參數(shù)。假定高中壓缸間軸封漏汽量與經(jīng)過中聯(lián)門的再熱蒸汽流量之比δi為某一值，計(jì)算出中壓缸*級前混合參數(shù)，進(jìn)而算出實(shí)際中壓缸效率ηi。δi取不同數(shù)值可以得到不同的ηi，從而在兩個(gè)變汽溫工況分別得到一條ηi-δi關(guān)系曲線。因兩工況實(shí)際中壓缸效率相等，則兩條曲線必有一個(gè)交點(diǎn)，該交點(diǎn)對應(yīng)的δi和ηi分別為實(shí)際高中壓缸間軸封漏汽量和實(shí)際申壓缸內(nèi)效率。
　　
　　1.3測試要點(diǎn)
　　
　　該方法的使用前提是兩工況除主汽溫和再熱汽溫外，其余參數(shù)均相等，以此認(rèn)為高中壓缸間漏汽量和中壓缸實(shí)際效率相同，因此務(wù)必使兩工況嚴(yán)格滿足試驗(yàn)要求。操作上要求兩工況試驗(yàn)間隔時(shí)間盡可能短，工況和相應(yīng)參數(shù)應(yīng)穩(wěn)定，同時(shí)根據(jù)機(jī)組實(shí)際允許情況盡可能增大主蒸汽和再熱蒸汽的溫差，一般應(yīng)保持30℃～50℃，以使兩條曲線有較明晰的交點(diǎn)。
　　
　　二、應(yīng)用實(shí)踐
　　
　　某30OMW機(jī)組投產(chǎn)后性能考核驗(yàn)收試驗(yàn)期間，進(jìn)行了變汽溫法測高中壓缸軸封漏汽量的試驗(yàn)，以獲得較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為性能考核試驗(yàn)提供參考依據(jù)，并作為新機(jī)組熱力性能的原始數(shù)據(jù)。試驗(yàn)采用考核試驗(yàn)的高精度儀表和采集系統(tǒng)，確保了試驗(yàn)數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性。
　　
　　2.1試驗(yàn)工況
　　
　　變汽溫試驗(yàn)共安排了兩個(gè)工況，為與考核試驗(yàn)工況保持基本一致，試驗(yàn)在五閥點(diǎn)迸行。實(shí)測數(shù)據(jù)為:變再熱汽溫工況主汽溫534.37℃，再熱汽溫496.38℃，變主汽溫工況主汽溫、再熱汽溫分別為497.67℃和529.83℃。兩工況負(fù)荷均為30lMW，主汽和再熱汽溫溫差分別為37.99℃和32.16℃，其余參數(shù)基本接近，較好地滿足了試驗(yàn)要求。兩工況之間時(shí)間間隔50min左右，每個(gè)工況穩(wěn)定后記錄30min。
　　
　　2.2數(shù)據(jù)處理及計(jì)算
　　
　　試驗(yàn)結(jié)束后，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理，溫度進(jìn)行校驗(yàn)偏差修正、壓力進(jìn)行儀表位差修正，取30min平均值。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出兩工況調(diào)節(jié)級后、中聯(lián)門前和中壓缸排汽點(diǎn)的蒸汽焓，見表1。假定不同的高中壓缸間軸封漏汽量δi，計(jì)算出兩工況相應(yīng)的實(shí)際中壓缸效率ηi，見表2。根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，可以作出圖1所示兩條ηi-δi關(guān)系曲線。
　　
　　三、試驗(yàn)結(jié)果
　　
　　由圖1可見，實(shí)際中壓缸效率ηi隨著漏汽量δi的增加而下降，ηi-δi關(guān)系曲線近似為一條直線，兩條直線有一個(gè)明晰的交點(diǎn)。該點(diǎn)對應(yīng)的δi為0.025，ηi為0.9136。因此，該300MW機(jī)組五閥全開額定負(fù)荷工況下，高中壓缸間軸封漏汽量為再熱蒸汽流量的2.5%，中壓缸實(shí)際效率為91.36%。試驗(yàn)實(shí)測得到的高中壓缸軸封漏汽量為設(shè)計(jì)值的1.36倍。　　
　　四、結(jié)果分析
　　
　　4.1對熱耗率計(jì)算結(jié)果的影響
　　
　　發(fā)電熱耗率是評價(jià)汽輪機(jī)熱力性能的zui重要的技術(shù)指標(biāo)，對于高中壓合缸機(jī)組而言，高中壓缸間軸封漏汽量的大小，對調(diào)節(jié)級后通流部分各級流量的確定，以及汽輪機(jī)發(fā)電熱耗率的zui終確定有較為明顯的影響。汽輪機(jī)性能考核試驗(yàn)結(jié)果，有時(shí)需要進(jìn)行軸封漏汽量的修正，以便與設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行對比。此時(shí)，軸封漏汽量中數(shù)量zui大的高中壓合缸處流量的確定，對于試驗(yàn)結(jié)果有著更大的影響。ASME規(guī)程規(guī)定[2]，如果無法測量軸封、門桿漏汽量，有必要使用設(shè)計(jì)值。上述300MW機(jī)組性能試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算時(shí)，如使用實(shí)測得到的1.36倍設(shè)計(jì)值的高中壓缸軸封漏汽量數(shù)據(jù)，并修正至設(shè)計(jì)狀態(tài)，與直接采用設(shè)計(jì)值相比，發(fā)電熱耗率將下降19kJ/kWh。這一結(jié)果將直接影響汽輪機(jī)性能考核試驗(yàn)結(jié)果與性能保證值間的差異，甚至由此產(chǎn)生巨額的性能保證賠款。　　
　　4.2對中壓缸效率計(jì)算值的影響
　　
　　圖2為上文所述300MW機(jī)組性能考核試驗(yàn)五閥點(diǎn)工況中壓缸進(jìn)、排汽狀態(tài)點(diǎn)焓-熵圖，狀態(tài)點(diǎn)1為中聯(lián)門前，　　
　　2為中聯(lián)門后混合前，2'為混合后，3'為實(shí)際排汽點(diǎn)，3為不計(jì)軸封漏汽影響的理論排汽點(diǎn)。高中壓缸間軸封漏汽量的存在，使得焓值較低的調(diào)節(jié)級后蒸汽進(jìn)入中壓缸，降低了每一級段的蒸汽焓，使中壓缸進(jìn)、排汽狀態(tài)點(diǎn)由2—3移至2'—3'，導(dǎo)致基于1和3'參數(shù)計(jì)算的中壓缸效率產(chǎn)生"虛假"提高，同時(shí)也使中壓缸效率對汽輪機(jī)熱耗率影響的分析產(chǎn)生誤差。根據(jù)變汽溫法實(shí)測得到的高中壓缸間軸封漏汽量，以及基于2'和3'參數(shù)計(jì)算的中壓缸實(shí)際效率，可以推算出在不中壓缸效率為90.39%。這一數(shù)據(jù)是包含中聯(lián)門壓損的中壓缸效率真實(shí)值，真正反映了實(shí)際中壓缸通流效率水平。考核試驗(yàn)工況下包含軸封漏汽的中壓缸效率計(jì)算值為91.03%，因軸封漏汽而使中壓缸效率產(chǎn)生了0.64個(gè)百分點(diǎn)的"虛假"提高。　　
　　五、結(jié)語
　　
　　對于新投產(chǎn)高中壓合缸機(jī)組而言，由于設(shè)計(jì)、制造、安裝以及調(diào)試期間多次啟停等原因，加上高中壓轉(zhuǎn)子在前軸封處撓度zui大，高中壓缸間軸封漏汽量往往比設(shè)計(jì)明顯偏大。通過變汽溫試驗(yàn)實(shí)測得到某300MW機(jī)組額定負(fù)荷工況高中壓缸間軸封漏汽量約為設(shè)計(jì)值的1.36倍。該結(jié)果較客觀地反映了機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的高中壓前軸封漏汽狀況。隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增長，啟停次數(shù)的增多，以及軸承振動等其它不利因素的出現(xiàn)，軸封漏汽量會逐漸增加，不僅使機(jī)組熱耗增大，同時(shí)也使中壓缸效率“虛假”增大的程度加劇。變汽溫法測高中壓缸軸封漏汽量的應(yīng)用，為確定高中壓合缸機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況下高中壓前軸封漏汽狀況提供了一種簡單實(shí)用的方法，可作為新投產(chǎn)和改造機(jī)組熱力性能考核試驗(yàn)的輔助測量手段，同時(shí)也可為機(jī)組日常運(yùn)行時(shí)高中壓前軸封運(yùn)行狀況監(jiān)測提供一種途徑。
　　
　　需要注意的是，該結(jié)果是通過間接的方法測試得到的，其準(zhǔn)確性與試驗(yàn)工況的一致性、參數(shù)的穩(wěn)定性、主汽溫和再熱汽溫溫差以及測量數(shù)據(jù)的度存在較大的依賴性。如主汽溫和再熱汽溫溫差不夠大，將會擴(kuò)大試驗(yàn)過程中各環(huán)節(jié)的偏差對試驗(yàn)結(jié)果的影響程度。因此，試驗(yàn)時(shí)就嚴(yán)格滿足各項(xiàng)試驗(yàn)要求，以期獲得相對準(zhǔn)確的結(jié)果。