汽輪機汽缸

汽輪機汽缸是汽輪機的外殼。汽輪機為火力發電廠的三大主力設備之一，其轉子和汽缸具有很高的加工精度，主要部件在高溫、高壓環境中工作。由於汽輪機汽缸進水的危害巨大，有關事故調查規程中規定將大型汽輪機機組進水產生的上述故障均定性為重大設備事故。

基本介紹

• 中文名：汽輪機汽缸
• 外文名：Steam turbine cylinder
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 範圍：電力系統
• 釋義：汽輪機的外殼

汽輪機介紹

汽輪機為火力發電廠的三大主力設備之一，其轉子和汽缸具有很高的加工精度，主要部件在高溫、高壓環境中工作。汽輪機組一旦突發進水故障，機組下缸通常會被快速冷卻，上、下缸溫差急劇增大，導致汽缸產生較大的熱變形，嚴重時甚至會因動靜間隙消失而引發碰磨、大軸彎曲，造成葉片損傷或斷裂、閥門及汽缸結合面漏汽、動靜部分碰磨、推力瓦燒損、高溫金屬部件產生永久變形和由熱應力引起的金屬裂紋，嚴重影響機組的安全穩定運行。

由於汽輪機汽缸進水的危害巨大，有關事故調查規程中規定將大型汽輪機機組進水產生的上述故障均定性為重大設備事故。因此，分析汽輪機組汽缸進水故障的現象、原因，總結事故處理經驗，制定完善的防進水措施，對機組的安全穩定運行具有非常重要的意義。

汽缸的作用

汽缸的作用主要是將汽輪機的通流部分（噴嘴、隔板、轉子等）與大氣隔開，保證蒸汽在汽輪機內完成做功過程。此外，它還支承汽輪機的某些靜止部件（隔板、噴嘴室、汽封套等），承受它們的重量，還要承受由於沿汽缸軸向、徑向溫度分布不均而產生的熱應力。
汽輪機的汽缸一般製成水平對分式，即分上汽缸和下汽缸。為合理利用鋼材，中小型汽輪機汽缸常以一個或兩個垂直結合面分為高壓段、中壓段和低壓段。大功率的 汽輪機根據工作特點分別設定高壓缸、中壓缸和低壓缸。高壓高溫採用雙層汽缸結構後，汽缸分內缸和外缸。汽輪機末級葉片以後將蒸汽排入凝汽器，這部分汽缸稱排汽缸。

進水原因分析

從上述故障中機組進水方式可以看出，汽缸進水的水源主要來自給水和凝結水。由於給水壓力很高，一旦形成進水通道後，進水量會比較大，造成的後果也較嚴重。一般情況下，汽輪機汽缸進水的原因主要有以下方面。

1.設備狀態不良

重要閥門（如高旁減溫水閥門、再熱器減溫水閥門）長期運行後因腐蝕、雜質進入，出現關閉不嚴或卡澀情況，過量減溫水隨蒸汽進入汽缸。汽缸的抽汽電動門不嚴，濕蒸汽逆流入汽缸中。某些機組中與汽缸相連容器或管道的溫度測點不全或故障，無法監測重要管道內部工質的狀態，運行人員不能及時發現有低溫工質進入缸內。

2. 運行操作不當

汽輪機停運、停止抽真空後，若汽輪機系統中的一些疏水門操作失誤，缸內疏水排出不暢，也會造成汽缸下缸溫度快速下降的情況。

3.監督檢查不力

機組停運後，運行人員容易放鬆警惕，忽略對重要對象的監視。機組停運、啟動盤車後，運行人員對汽缸溫度及相關設備、運行參數監視不足，加熱器水位、凝汽器水位上升及汽缸溫度變化大等異常情況沒有被及時發現或迅速處理，直到盤車突然跳閘時才被發現，造成了事故的擴大。

4.運行參數控制不當

運行人員經驗不足，運行各專業間溝通不夠，各系統交叉作業等，容易發生因運行參數控制不當而造成汽缸進水故障。如輔汽聯箱汽源切換時偶發蒸汽參數低時，會引起軸封供汽參數降低，運行人員沒有及時調整運行方式導致軸封進水；又如在鍋爐進行上水、打壓試驗時，汽輪機側往往會因沒有採取足夠的防範措施而引發汽缸進水。

處理措施

1.常規處理措施

發現汽輪機汽缸進水後，一定要按照事先制訂的事故處理措施及時處理，避免事故擴大。如果機組在運行期間發生了汽缸進水，應立即破壞凝汽器真空緊急停機。若由於加熱器滿水或除氧器滿水引起汽缸進水，應立即停用加熱器及除氧器。停機時要注意觀察、記錄機組惰走時間，仔細聽機內聲音。

如果發現軸位移超限、惰走時間縮短應及時停機檢查。如惰走時間正常，且無其他異常，機組可重新啟動，但啟動時要充分疏水，沖轉前連續盤車時間應≥4 h。

發現汽輪機進水後要進行悶缸處理，及時關閉所有本體疏、放水門。當上下缸之間溫差變小、能夠手動盤車時，應先將轉子轉動180°，1h後再次翻轉180°。確認手動盤車不費力時，才可以投運電動盤車。

2. 盤車無法啟動時的處理措施

當缸內動靜部件間隙發生很大變化，出現動靜接觸時，可能會導致盤車無法正常啟動。

盤車掉閘後無法再次啟動時，可能是汽輪機大軸已經彎曲，因碰磨葉頂汽封造成了盤車電機過電流。此時應當記錄各軸瓦振動探頭間隙電壓值，根據間隙電壓的變化判斷大軸的彎曲程度。盤車無法啟動期間，建議頂軸油泵繼續運行，便於分析判斷大軸的彎曲位置。

當電動盤車不能盤動轉子時，首先應儘量維持高、中壓缸上、下缸溫差，每隔1h試啟動盤車1次或適度手動盤車1 次（嚴禁用吊車強行盤車），直至電動盤車能夠投入。熱態停機後，盤車不能正常投入時，應考慮及時進行悶缸處理。

若盤車能夠自動投入或者手動盤車能夠使轉子順利轉動後，每隔15～20min 翻轉轉子180°，但前提條件是需要維持高、中壓缸上、下缸溫差在允許範圍內（≤35 ℃）。

在能維持高、中壓缸上、下缸溫差在允許值的前提下， 將轉子彎曲高點置於最高位置，適時翻轉180°，觀測轉子彎曲度是否有減小的趨勢。待偏心度、彎曲度穩定後，可改為連續盤車方式。

3.維持汽缸上、下缸溫差（不增大）的方法

維持汽缸上、下缸溫度不增大（悶缸）的實質就是切斷進入汽缸的冷源，爭取維持或減小汽缸上、下缸溫差，排除溫差對轉子彎曲度造成進一步影響。

悶缸操作的基本步驟和要求如下：

（1）破壞真空到0 kPa，關閉汽輪機本體疏水門，進行悶缸。

（2）關閉各段抽汽管的隔離門和疏水閥。

（3）停止軸封供汽。在汽缸軸封或汽缸的漏氣處，用保溫棉進行封堵，防止進冷氣。

（4）油系統、頂軸系統維持運行，減輕瓦面損傷。

若採取上述措施後，轉子仍無法盤動，說明轉子可能發生永久彎曲變形，不可貿然啟動機組，應做好揭缸檢查的準備。

防範措施

（1） 汽輪機組運行中應加強重要設備、部件的維護，保證重要閥門（如主蒸汽進汽閥、再熱蒸汽進汽閥，軸封、抽汽、高排等與汽缸系統連線的閥門及重要減溫水閥門）的動作靈活可靠、關閉嚴密，發現缺陷及時消除。

（2） 完善缸溫和與汽缸相連管道的溫度測點，確保指示正確。機組啟動、停運過程中不得放鬆對主要缸溫測點、與汽缸相連管道溫度測點的監視，以及對高、低壓加熱器、排汽裝置的水位監視，發現問題及時匯報、排查處理。

（3） 運行人員應加強業務學習，熟練掌握防止汽缸進冷汽（冷水）的相關技術措施。在停機後缸溫低於150 ℃前，要嚴密監視、定時記錄汽缸內缸壁溫、大軸彎曲值、盤車電流、汽缸膨脹、脹差等參數，加強對加熱器、排汽裝置的水位監視，堅持對汽水系統巡迴檢查，發現異常應認真分析、及早匯報、儘快處理。

（4） 有關人員應當具備和熟練掌握以下知識：轉子安裝原始彎曲的最大晃度值、機組正常運行的波特圖和盤車電流、正常停機惰走曲線、正常停機後汽缸金屬溫度下降曲線、通流部分軸向和徑向間隙，以處理故障。

（5） 機組啟、停過程中投高旁時，要嚴密監視高旁後溫度和高旁逆止閥附近溫度，根據溫度情況及時關閉減溫水閥門。機組停運過程中，高旁汽側關閉後，應及時關閉高旁減溫水手動閥。機組啟動和低負荷時，不得投入再熱蒸汽減溫水，在鍋爐滅火或機組甩負荷時，應及時切斷減溫水。

總結

汽輪機汽缸進水是危害機組安全穩定運行的重大故障，《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》（國電發[2000]589 號）中明確要求電力生產企業應制訂嚴格措施予以防範，對火電機組汽缸進水案例的分析，可為電廠預防和處理機組類似故障提供參考和幫助。