300MW机组高中压缸间轴封漏汽量变气温测量法

　　国产引进型300MW汽轮机高、中压缸为合缸结构，高压缸调节级为反流式，正常运行情况下，调节级后蒸汽经过高压缸前轴封后，一路通过高压内外缸夹层进入高压缸排汽管;另一路经过中压缸前轴封与再热蒸汽混合后进入中压缸做功。这种结构布置使得高申压缸间存在较大的漏汽量。设计额定负荷状况下，高压缸前轴封总漏汽量约17t/h，其中13.6t/h进入中压缸*级前，占再热蒸汽流量的1.835%。高中压缸间轴封漏汽量的大小直接影响汽轮机的热耗和汽缸效率，因此对于高精度的性能考核验收试验而言，准确测得这部分蒸汽量成为确保试验精度的一个重要因素。高中压缸间轴封的漏汽由于其特殊的位置，目前尚无直接测量的手段，通过变汽温法可以间接测得这部分蒸汽流量。
　　
　　一、变汽温法测量方法
　　
　　1.1基本原理
　　
　　在高、中压主汽门、调门开度、主蒸汽流量、再热蒸汽流量及相关蒸汽参数基本接近情况下，可以认为高中压缸间轴封漏汽量和中压缸实际内效率是不变的。通过改变再热蒸汽温度或主蒸汽温度，可以使中压缸*级前混合点温度发生变化，中压缸排汽温度也随之改变，通常以中联门前参数和中压缸排汽点参数为依据的中压缸效率计算值会发生相应变化[1]。根据高中压缸间轴封漏汽量和中压缸效率计算值的关系，利用轴封漏汽点流量和热量平衡方法，可通过计算得到高中压缸轴封漏汽量。
　　
　　1.2测试方法
　　
　　两个相同负荷工况（如额定工况），分别降低主蒸汽和再热蒸汽温度，保持其它条件和参数不变，通过简化热力试验的方法测得调节级后、再热蒸汽、中压缸排汽等参数。假定高中压缸间轴封漏汽量与经过中联门的再热蒸汽流量之比δi为某一值，计算出中压缸*级前混合参数，进而算出实际中压缸效率ηi。δi取不同数值可以得到不同的ηi，从而在两个变汽温工况分别得到一条ηi-δi关系曲线。因两工况实际中压缸效率相等，则两条曲线必有一个交点，该交点对应的δi和ηi分别为实际高中压缸间轴封漏汽量和实际申压缸内效率。
　　
　　1.3测试要点
　　
　　该方法的使用前提是两工况除主汽温和再热汽温外，其余参数均相等，以此认为高中压缸间漏汽量和中压缸实际效率相同，因此务必使两工况严格满足试验要求。操作上要求两工况试验间隔时间尽可能短，工况和相应参数应稳定，同时根据机组实际允许情况尽可能增大主蒸汽和再热蒸汽的温差，一般应保持30℃～50℃，以使两条曲线有较明晰的交点。
　　
　　二、应用实践
　　
　　某30OMW机组投产后性能考核验收试验期间，进行了变汽温法测高中压缸轴封漏汽量的试验，以获得较准确的数据，为性能考核试验提供参考依据，并作为新机组热力性能的原始数据。试验采用考核试验的高精度仪表和采集系统，确保了试验数据测量的准确性。
　　
　　2.1试验工况
　　
　　变汽温试验共安排了两个工况，为与考核试验工况保持基本一致，试验在五阀点迸行。实测数据为:变再热汽温工况主汽温534.37℃，再热汽温496.38℃，变主汽温工况主汽温、再热汽温分别为497.67℃和529.83℃。两工况负荷均为30lMW，主汽和再热汽温温差分别为37.99℃和32.16℃，其余参数基本接近，较好地满足了试验要求。两工况之间时间间隔50min左右，每个工况稳定后记录30min。
　　
　　2.2数据处理及计算
　　
　　试验结束后，对测试数据进行了整理，温度进行校验偏差修正、压力进行仪表位差修正，取30min平均值。根据试验数据，分别计算出两工况调节级后、中联门前和中压缸排汽点的蒸汽焓，见表1。假定不同的高中压缸间轴封漏汽量δi，计算出两工况相应的实际中压缸效率ηi，见表2。根据表2中数据，可以作出图1所示两条ηi-δi关系曲线。
　　
　　三、试验结果
　　
　　由图1可见，实际中压缸效率ηi随着漏汽量δi的增加而下降，ηi-δi关系曲线近似为一条直线，两条直线有一个明晰的交点。该点对应的δi为0.025，ηi为0.9136。因此，该300MW机组五阀全开额定负荷工况下，高中压缸间轴封漏汽量为再热蒸汽流量的2.5%，中压缸实际效率为91.36%。试验实测得到的高中压缸轴封漏汽量为设计值的1.36倍。　　
　　四、结果分析
　　
　　4.1对热耗率计算结果的影响
　　
　　发电热耗率是评价汽轮机热力性能的zui重要的技术指标，对于高中压合缸机组而言，高中压缸间轴封漏汽量的大小，对调节级后通流部分各级流量的确定，以及汽轮机发电热耗率的zui终确定有较为明显的影响。汽轮机性能考核试验结果，有时需要进行轴封漏汽量的修正，以便与设计状况进行对比。此时，轴封漏汽量中数量zui大的高中压合缸处流量的确定，对于试验结果有着更大的影响。ASME规程规定[2]，如果无法测量轴封、门杆漏汽量，有必要使用设计值。上述300MW机组性能试验结果计算时，如使用实测得到的1.36倍设计值的高中压缸轴封漏汽量数据，并修正至设计状态，与直接采用设计值相比，发电热耗率将下降19kJ/kWh。这一结果将直接影响汽轮机性能考核试验结果与性能保证值间的差异，甚至由此产生巨额的性能保证赔款。　　
　　4.2对中压缸效率计算值的影响
　　
　　图2为上文所述300MW机组性能考核试验五阀点工况中压缸进、排汽状态点焓-熵图，状态点1为中联门前，　　
　　2为中联门后混合前，2'为混合后，3'为实际排汽点，3为不计轴封漏汽影响的理论排汽点。高中压缸间轴封漏汽量的存在，使得焓值较低的调节级后蒸汽进入中压缸，降低了每一级段的蒸汽焓，使中压缸进、排汽状态点由2—3移至2'—3'，导致基于1和3'参数计算的中压缸效率产生"虚假"提高，同时也使中压缸效率对汽轮机热耗率影响的分析产生误差。根据变汽温法实测得到的高中压缸间轴封漏汽量，以及基于2'和3'参数计算的中压缸实际效率，可以推算出在不中压缸效率为90.39%。这一数据是包含中联门压损的中压缸效率真实值，真正反映了实际中压缸通流效率水平。考核试验工况下包含轴封漏汽的中压缸效率计算值为91.03%，因轴封漏汽而使中压缸效率产生了0.64个百分点的"虚假"提高。　　
　　五、结语
　　
　　对于新投产高中压合缸机组而言，由于设计、制造、安装以及调试期间多次启停等原因，加上高中压转子在前轴封处挠度zui大，高中压缸间轴封漏汽量往往比设计明显偏大。通过变汽温试验实测得到某300MW机组额定负荷工况高中压缸间轴封漏汽量约为设计值的1.36倍。该结果较客观地反映了机组实际运行的高中压前轴封漏汽状况。随着机组运行时间的增长，启停次数的增多，以及轴承振动等其它不利因素的出现，轴封漏汽量会逐渐增加，不仅使机组热耗增大，同时也使中压缸效率“虚假”增大的程度加剧。变汽温法测高中压缸轴封漏汽量的应用，为确定高中压合缸机组实际运行情况下高中压前轴封漏汽状况提供了一种简单实用的方法，可作为新投产和改造机组热力性能考核试验的辅助测量手段，同时也可为机组日常运行时高中压前轴封运行状况监测提供一种途径。
　　
　　需要注意的是，该结果是通过间接的方法测试得到的，其准确性与试验工况的一致性、参数的稳定性、主汽温和再热汽温温差以及测量数据的度存在较大的依赖性。如主汽温和再热汽温温差不够大，将会扩大试验过程中各环节的偏差对试验结果的影响程度。因此，试验时就严格满足各项试验要求，以期获得相对准确的结果。