大型汽轮机快速冷却技术的应用

摘 要：大型汽轮机在运行一段时间后，高温现象容易导致汽轮机的震动，进而影响整个机组的使用。所以实行大型汽轮机的快速冷却，是提高汽轮机使用质量的一个途径。本文不仅列举了主要的冷却技术，还论述了相应的注意事项和调整举措，以供相关人士参考和借鉴。

关键词：大型汽轮机；空气冷却；蒸汽冷却；温度；空气

前言

经过科学家们的不断努力，目前大型汽轮机的冷却技术已经逐渐地成熟起来。冷却方式也多种多样，但是每一种方式都有其自身的优势和缺点，使用时必须趋利避害，确保实现高效快速的冷却效果。

1 大型汽轮机的快速冷却方式

1.1 按冷却介质分

冷却方式的分类比较繁琐，按照冷却介质划分，可以分为空气冷却和蒸汽冷却两个主要的形式。相比较之下，蒸汽冷却方式不仅冷却的速度快，而且相同单位的介质放热远远高于空气介质的冷却形式，此外对于设备的要求比较低，能够为企业节约设备和厂房改建的经济成本。所以人们倾向于选用蒸汽冷却的形式。当然蒸汽冷却也存在自身的限制性因素：（1）由于冷却方式气流比较分散，所以难以进行温度和总量的控制，虽然能够满足冷却的需求，却常常带来其他的故障隐患；（2）低温蒸汽在流动过程中，可能携带水分，容易引发汽轮机的构件生锈，降低其使用寿命。

比较之下，采用空气冷却的办法，能够有效的解决蒸汽冷却的上述困扰：空气冷却的办法，对空气的使用量可以通过阀门来进行控制，只要空气量得到了控制，那么温度以及气压等数值就可以进行调节；其次，空气冷却的方式没有水分的生成，因此就不存在设备的腐蚀，延长了汽轮机的使用寿命。

以空气为冷却介质的快速冷却方式又可分为抽真空冷却和压缩空气冷却。抽真空冷却是在盘车转速下启动抽气器吸入环境低温空气对汽轮机进行快速冷却，冷却空气从预留的进气口入汽轮机，吸收热量后进入冷凝器由抽气口抽出。抽真空冷却的方式不需要进行其他装置和设备的引进，对厂房的规模要求又比较低，所以不需要电力企业投入更多的资金。它的限制性因素主要表现在：（1）抽空气需要运用抽空气的容器，这个容器的容量有限，换言之，抽空气的总量有限，所以冷却的效果不明显；受抽气器容量所限，空气流量小，冷却后期效果差。（2）轴封供汽参数偏低，有时蒸汽带水进入轴封，使转子轴封弹性槽受到很大的热应力冲击，造成大的寿命损耗（>1%）。（3）空气入口处金属和空气温差大，易发生急剧冷却，也会造成较大的热应力。压缩空气冷却是将压缩空气净化加热后通入汽轮机进行强迫冷却，金属和空气的温差由热应力水平而定，冷却速度可通过空气流量调节。由于这种冷却方式的冷却效果好，冷冲击应力小以及增添设备费用少等优点，被越来越多的电厂所采用。采用哪种冷却介质进行冷却，主要应根据现场设备的具体条件和运行经验来决定。两种介质冷却都可以达到快速冷却的目的。

1.2 按介质流向分

按照介质的流向划分，主要包括顺时针的流向和逆时针的流向两种具体形式。通过大量的经验数据分析，我们已经明确了顺时针的流向方式相比较逆时针的流向方式而言，更具有使用的价值和优势：

1.2.1 其流向与汽轮机蒸汽膨胀做功的流向一致，从汽轮机高温区进入，低温区流出，平均传热温差大，温降速度大，冷却效果好。

1.2.2 进入高、中压缸的空气或蒸汽流可通过全周进（气）汽流经各全开的调速汽门，均匀进入汽缸，则对转子、汽缸冷却比较均匀。

1.2.3 在高、中压缸进汽区原设计已有金属温度运行监测点，可便于监视和调整冷却速率。

2 空气快速冷却技术

空气冷却技术在使用的过程中需要注意到技术上和使用上的事项，只有按照其本身的要求进行优化调整，冷却效果才能显著。

2.1 要求

2.1.1 空气快速冷却技术的一般要求

冷却的时间不宜过长，同时冷却需要在一定条件下使用，不需要冷却的温度进行了冷却处理。同时冷却的温度也应该基本恒定，避免出现温度的大幅度变化。

2.1.2 冷却过程中需要使用的设备

（1）循环水泵，并且凝汽器要通有循环水；（2）凝结水泵；（3）高压油泵；（4）轴封抽汽器；（5）轴封系统；（6）冷却抽汽器；（7）连续盘车。

2.1.3 进行空气冷却前需要检查的部分

为了确保冷却工作能够快速有效的开展起来，必须在工作之前准备好相关的设备和仪器，并进行必要的安全检查。例如对各个阀门需要进行开合检查，保证每一个阀门的制动效果良好；对不需要参与的组成部分，需要关闭其阀门，如高低加空气门，热网加空气门等。

2.2 措施

2.2.1 通入空气开始冷却的措施

空气冷却的办法尤其严格的操作程序和步骤，为了保证冷却的基本效果，必须对其进行严格的监控，确保冷却的过程科学合理：

进行额定数量和额定温度的送气，并在送气的过程中保证外部的压强恒定，将空气阀门打开。打开全部需要开启的开关和阀门，便于空气在汽轮机的内部流通，进而起到空气冷却降温的实际效果。法兰冷却的时间需要适当的延后，通常在通气冷却进行了四个到五个小时为宜。为了不流入水分，降低对设备的损坏，需要关闭所有的水阀门，并进行必要的加热。根据冷却的数值和实际情况，科学确定冷气阀门的开合大小。对汽缸内的温度进行定时监测，通常每0.5h观察一次汽缸温度和膨胀差。汽轮机汽缸与法兰之间的温差应该控制在75℃以内。汽缸的温度应该降到150℃。汽缸温度的下降速度应该为6～8℃/h。根据汽缸温度的变化对轴封进行调节。空气进气量的控制通过抽汽器进气阀以及空气进气阀来调节。

2.2.2 停止空气冷却的措施

当空气冷却达到需要的数值之后，需要立即停止该项操作。首先要将送气的阀门关闭，然后开启真空系统，进行空气的真空处理，当汽轮机内部实现了真空处理之后，需要打开相应的水阀，关闭原有的所有阀门，开启关闭的阀门，最重要的是需要打开油泵，维持汽轮机的正常运转。

2.2.3 注意事项

汽缸温度达到300℃以下时才能够进行空气冷却，而且温度下降速度保持在6～8℃/h为宜。在整个冷却过程中，汽缸与法兰之间的最大温差不能超过75℃，如果超出应该及时停止冷却操作。冷却时应该对左右2个法兰的温度进行监测，温差不能超过20℃，超出应该采取措施。当汽缸内温度下降到150℃以下时，应该停止冷却抽汽器以及轴封系统。

2.3 经验及建议

空气冷却的形式，由于空气流通不均匀，所以导致的内部冷却效果也不均匀，存在着一个温差，这个温差进而导致气压差，影响汽轮机的正常运转，所以需要在该系统内部安装相应的加热器，能够通过计算机监控和数据测量，调整内部的气温差，提高冷却的效果；在进行冷却方式切断时，也需要根据数值来进行判断，同时切断的过程需要缓慢进行，忽然的冷却停止会给汽轮机带来严重的损害；在高压缸和中压缸排气口可以安装对空排气阀，避免高温空气进入低压缸。

3 结束语

总之，选用正确的冷却方式，是提高冷却质量的关键，由于每一种冷却形式都有其独特的优势和限制性因素，所以在选用的过程中必须具体问题具体分析，必要时，可以进行局部性的调整。只要相关的工作人员从客观实际出发，进行不断的理论钻研和经验积累，我国的大型汽轮机冷却水平将会得到不断的提升，更好的带动电力系统的安全稳定运行。

参考文献

[1]叶绍义，沈琦.玉环电厂超临界1000MW汽轮机组快冷系统的应用[J].热力发电，2009，38（8）：89-92.

[2]郭光武.汽轮机快速冷却技术应用实践[J].华中电力，2008，17（4）.

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