#1机高压缸上下缸温差异常原因分析

＃1机高压缸上下缸温差超限原因分析
一、问题的提出
1、高压缸温差监测方法。

华能岳阳电厂汽轮机高压缸的温差监测有中段上下缸温差、排汽端上下缸温差、中段左右法兰温差、顶部与左侧法兰温差、顶部与左侧法兰温差。

每个测点均为双支布置。

2、中段上下缸温差异常
在2003年5月17日，＃1机组冷态开机，并网发电，正常运行后发现高压缸外缸上下温差TDTX020点报警，达到－25℃，下缸温度高；6月1日再次开机后，该点温差达到－38℃，TDTX018点达到-34℃，TDTX020点已超出了±35℃的限制标准，且该温差随高压缸进汽温度变化而出现波动，TDTX018点的波动范围在-26～-38℃，TDTX020点的波动范围在-30～-42℃。

3、其他温差及转子振动
排汽端上下缸温差、中段左右法兰温差均未出现变化，并且相对很稳定，波动幅度未超过3℃；轴系各轴承的振动未出现明显变化。

二、检查分析
1、运行变工况比较
分别比较不同负荷、不同高压进汽参数的运行工况对该温差的影响；负荷变化及进汽压力与上下缸温差的变化未发现明显规律，但是高压缸进汽温度变化的影响却很明显，由于高压缸进汽会受高压调门开度变化的影响而出现波动，进汽温度升高，上下缸温差减小，进汽温度降低，则上下缸温差增大。

通过将机组运行方式调整为滑压运行进行试验，高压缸进汽温度稳定在530～534℃，上下缸温差波动幅度减小，TDTX018点稳定在-32～-34℃，TDTX020点为-35～-37℃。

从上述检查中可知高压缸的进汽温度变化会造成温差的波动，由此可以知道该负温差的出现与内缸的蒸汽外漏存在必然关系。

内缸的正常外漏蒸汽为进口端内缸轴封漏汽，此为整圈均匀的漏气，该部分的漏汽一部分通过内外缸夹层引至高压排气，另一部分进入外缸轴封抽汽。

造成上下缸负温差的原因必然是出现了额外的不均匀的漏汽。

可能出现的漏气处有内缸与进汽管的密封环处、内缸轴封轴向压力面、八段抽汽连接密封环处。

由于缺乏内缸图
纸，内下缸底部是否有法兰密封的堵板尚无法确认。

2、高压外缸保温检查，
经检查高压外缸的保温，发现上缸保温表面较下缸低20℃，分别为62℃和82℃，经过检查各处保温层厚度，确认较均匀，在表面再增加敷设保温层后，上下缸保温表面温度分别为55℃和70℃，并且上下缸温差未见明显变化。

故保温层不对该温差产生影响。

3、测点检查
检查各处温度测点的热电偶测量准确，测点布置与设计均相符无误：
A.检查高压外上缸中段测点
005TE：1点：353.7℃ 2点：354.6℃
007TE：1点：358.3℃ 2点：358.2℃
下缸测点
017TE：1点：388.3℃ 2点：388.3℃
019TE：1点：387.3℃ 2点：387.3℃
TDTX018=007TE -017TE=358.3－388.3＝－30℃
TDTX020=005TE -019TE=353.7－387.3＝－33.6℃
B.将温度计布置在外缸温差测点处表面，测得对称两组温度，分别为：在温差测点处的外
缸表面上下缸温差为-21～-25℃，
C.在离测点往后端400mm处的上下缸表面侧的对称一组数据，分别为：上下温差达-41～
-44℃。

三、其他同类型机组电厂汽轮机高压缸的上下缸温差问题
香港青山电厂A厂和B厂机组均为ALSTOM制造，有680MW和350MW的机组各四台，经调查得知高压缸的上下缸负温差问题在青山电厂的两台680MW均出现过一次，1989年和1991年各一次，其原因是由于高压缸底部进汽管与内缸的活塞密封环处卡涩，造成顶部与底部进汽口蒸汽泄漏不均匀，从而导致外缸上下负温差增大，ALSTOM于1991年6月18日专门就此问题进行过说明，提出了处理方法（附后），并表示将青山电厂的经验传真通知各个具有相同结构的电站。

之后，青山电厂在其他机组大修中陆续进行了改进。

四、制造厂家ALSTOM的意见
将上下缸负温差的问题以及所作的检查工作通报ALSTOM，ALSTOM其答复内容如下：1、温差对机组运行的影响；
限制温差的原因是：温差会造成缸体临时变形，可能致使汽封很快与转子出现碰磨。

超过－35℃就意味着很可能出现碰磨，会使转子的轴振动增加，但也或许不会影响振动，这是由于负荷高、汽封蒸汽流量大，转子得到及时冷却，而不致出现临时热弯曲，也就不会影响轴振动。

2、建议监视运行
ALSTOM建议：在这样的温差水平，＃1机组能继续投入运行，同时进一步研究分析问题，但必须严密监视上下缸温差及轴系运行参数。

机组运行时，尽可能在温差测点处使用温度计测量记录温度，同时还在测点往排汽端（比方说1m）和往中分面（比方说1m）处进行测量记录。

必须注意温度计汽缸表面金属接触良好。

3、负温差问题的经验反馈
ALSTOM告诉我们如下经验，曾经由于下述局部蒸汽泄漏产生上下缸负温差：
A.高压进汽管与高压内缸顶部、底部的连接处采用密封活塞环密封，岳阳电厂该密
封环在槽内的轴向间隙是基于制造要求间隙，可能是0.002～0.010″（0.05～
0.25mm）。

顶部进口管该间隙要求是没有问题，但在底部，由于锈垢堆积，冷态
时会使密封环阻塞在槽内，而开机时该密封环不能胀开密封。

现在ALSTOM的标
准要求是：最小间隙0.010″（0.25mm）。

另外，甚至顶部连接密封处的蒸汽泄漏
也还会产生负温差。

B.参考高压后端轴封图，内缸轴封座的调整垫片（R212(A0)2637／12）处可能出现
漏汽，这是因为轴封座的密封面并不平。

他们已确认造成密封面鼓起不平的一种
原因：即在内缸法兰螺栓解开后，进汽口环型区域的残余应力松弛的结果。

因此
需要知道上次开缸检查的时间。

C.抽汽管道的连接处也可能出现泄漏，但好象不会造成影响，因为它靠近排汽端，
温度差别不大，而且其密封环间隙很大，不太可能造成卡涩。

5、设计说明
机组运行一个时期后，高压内缸会出现变形，特别是在进汽口环型区域更容易发生。

这种变形主要是由于运行中进汽口环型区域的压应力会因蠕变而得到释放，处于固定不变的应力状态，因此在缸体冷态时，进汽口区就会出现变形。

通常情况下，这个变形不会有问题，因为仅仅出现在冷态时，而且这个变形大部分被汽缸螺栓限制住。

但是由于检修的需要，高压缸螺栓被解开后，这个变形就会出现问题。

解开螺栓后的变形足以使内缸轴封座的顶部和底部的对中键处产生轴向小间隙，见附图，对中键受阻会使轴封座压力面与键槽之间的很薄的连接处产生变形，从而造成轴封座压力面鼓起变形。

要解决这一问题，ALSTOM建议在高压缸的下次计划开缸检查中，执行以下工作：
A.检查轴封座压力面顶部和底部是否存在鼓起变形，在这一片区域出现的任何变形都应就
地手工磨平，并进行红丹接触检查，要求与整个压力面平齐。

B.轴封座顶部和底部的键与键槽端部的间隙增大到0.040″（1mm），原设计为0.005″。

五、综合分析
1、上下缸负温差产生原因
分析产生上下缸温差的原因，我们可以初步得出一个结论，即高压缸底部进汽管与内缸的密封活塞环在开机过程卡涩，膨胀不畅，造成底部蒸汽泄漏量增加，从而在每次开机后导致负温差增加，这一原因的可能性更大一些。

理由如下：
A.外保温层的影响已排除。

B.测量元件故障和错误已排除
C.＃8段抽汽由于其位置靠排汽端，且温度差别不大，其泄漏的影响不大。

D.＃1机组高压缸是2000年4月份的A级检修中开缸检查的，在2000年至2002年的整
整两年中，该温差测量并未出现异常，则内缸轴封座轴向压力面的变形造成顶部或底部泄漏并未产生影响，因此即便是出现泄漏，也并未影响温差，而且在未进行开缸检查之前，该处泄漏不会变化太大，因此轴封座轴向压力面泄漏可能性较小。

E.负温差增加总是发生在每一次开机后，而在正常运行中不再随运行时间增长而增加，这
与进汽管密封活塞环卡涩影响汽缸负温差的机理相符。

密封活塞环与槽的轴向间隙越
小，则密封越严密，蒸汽泄漏量小，但在冷态收缩后，由于蠕变和氧化皮的堆积，极易造成活塞环卡涩，在开机过程中其膨胀受阻，便不能充分胀开，反而会造成蒸汽的泄漏，加大密封环的轴向间隙，虽然泄漏量会大些，但顶部和底部的蒸汽泄漏量很均匀，且不再会出现密封环的卡涩现象，更不会引起上下缸温差异常。

F.从香港青山电厂的两次负温差增大的680MW机组密封结构来看，其密封活塞环均为整圈
式的，而其350MW机组的为三段式的，从其机理上来看整圈式的密封环要更容易出现卡涩现象。

我厂机组该处的密封活塞环均为整圈式的，因此从机理和实际调查来看，我厂高压缸的进口管密封活塞环出现卡涩的可能性会很大。

2、现状及运行风险
A.本次停机（6月10日）前，＃1机组高压缸正常运行时负温差为：TDTX018点的波动范
围在-26～-38℃，TDTX020点的波动范围在-30～-42℃，这已超出了±35℃的限制标准。

B.ALSTOM建议在这样的温差水平，＃1机组能继续投入运行，同时进一步研究分析问题，
但必须严密监视上下缸温差及轴系运行参数。

C.在最近的两次开机过程中，此负温差均有较大幅度的增加，下次开机后温差是否会出现
进一步的大幅增加；如果确实是进汽管密封活塞环卡塞原因这一根本原因，那么负温差继续增加的可能性很大，这也有不可预测性。

如果是轴封座轴向压力面泄漏造成的，则负温差很可能不会继续增加。

D.现在的这一温差水平，已经超过了限制标准，限制目的是为了避免轴振动增加。

但从
2002年7月12日开机后，负温差由开机前的－6～－9℃增加到了－12℃，之后的几天内增加到了－22℃，而＃3瓦轴振动振幅也由开机前的0.05mm增加到0.099mm，之后慢慢稳定在0.07～0.08mm。

无法排除这二者之间的联系。

换而言之，由于我厂＃1机组的高压汽封间隙很小，负温差的增加已使汽封和转子出现了早期碰磨，由于汽封齿很易被磨去，因此轴振动处于一个相对稳定的状态。

最近的两次开机后，＃3瓦轴振动并未见明显的增加，是由于汽封齿被磨去，间隙增大，转子的汽封处蒸汽流量也随即增加，冷却及时，转子未出现临时热弯曲。

E.如果再次开机后上下缸负温差继续增大，由于无法确认破坏这一平衡的负温差点是多
高，那么振动值是否会变化也不一定。

但有一点可以肯定，一旦达到破坏这一平衡的负
温差，汽封与转子的碰磨会立即进入中期碰磨阶段。

这个时候振动会随时间增加不断增大，必须及时采取措施，打闸停机，减小碰摩，避免大轴弯曲。

F.如再次开机投运后，除必须监视高压缸温差、金属温度、轴系运行参数（振动、轴承温
度、胀差、偏心率、缸胀值等），还要做好严密的事故预想，制定规范，严格控制机组运行状态，甚至包括一旦打闸停机后转子不能盘动的应对处理方法（如封缸措施、＃3座手动盘车等）。

六、进一步的检查处理
1.现在问题原因并未完全确定，必须全面收集数据并请ALSTOM一起深入分析，尽快找出
根本原因。

2.如果机组不能投入运行而转入检修，则需全面解体检查高压缸的，顶部和底部进汽管道
密封活塞环、内缸轴封座轴向压力面、高压汽封间隙等需要重点检查的工作必须安排。

3.作为特殊项目，吊出内下缸、进汽管密封活塞环的处理工作必须取得ALSTOM的技术支
持。

4.特殊物资准备：高压内、外缸法兰螺栓、环管螺栓及密封垫等特殊物资必须尽块准备。

5.在确认原因后，中压缸的进汽管密封活塞环甚至＃2机的同样工作均应在以后的高中压
缸计划开缸时安排检查。