摘要：汽轮机通流改造是一项技术集成度高的系统工程，既要提高设备的经济性、安全性，又要适应非改造部件和系统，还要满足如深度调峰、低频保护等的新要求。梳理了通流改造可研阶段、设计和制造阶段、安装调试与试验阶段的改造范围确定、螺栓材料选用、轴向定位等常见问题，总结提出了有效处理及预控措施，有利于发电企业今后更好地实施汽轮机通流改造工作。
关键词：汽轮机;通流改造;常见问题
引言
为了贯彻落实国务院《大气污染防治行动计划》，环境保护部通过制定、修订重点行业排放标准倒逼产业转型升级，减少污染物排放，改善环境质量。火电厂作为一次能源消耗大户，降低火电厂供电煤耗对实现“十一五”节能减排目标非常重要，但受当时汽轮机机组设计水平及制造工艺的限制，以及机组服役时间较长、设备老化严重等因素，使得汽轮机内效率降低、热耗率升高，造成很大的能源浪费。随着科技的进步，对老机组进行现代化技术改造，已被证实是提高机组效率的有效途径，不仅可以提高效率、增加出力，同时可以大大节省基建投资。
1改造前存在的主要问题
1.1汽轮机热耗率高
统计分析表明:THA工况下，修正后热耗率比设计值高约100kJ/(kW·h)～300kJ/(kW·h);75%THA、50%THA工况下，修正后热耗率比设计值高约150kJ/(kW·h)～350kJ/(kW·h)，全负荷工况区域热耗率水平均高于相应设计值。
由于当时设计、制造的技术水平相对落后，造成机组热耗率高、经济性差。
1.2汽轮机各缸效率偏低
统计分析表明:THA工况下，高压缸效率比原设计值低约3～5个百分点;中压缸效率比原设计值低约1～2个百分点;低压缸效率比原设计值低约3～4个百分点，各缸效率明显低于原设计值，与当前先进水平存在较大差距。设计技术不先进、叶片气动性能欠佳是导致缸效偏低的关键原因。汽封密封性差导致漏汽损失大，汽缸结构变形导致本体发生内漏，也造成汽轮机经济性差。
1.3机组通流能力偏大
在阀点工况（3VWO或5VWO）修正后的主蒸汽流量与额定设计主蒸汽流量的比值：A电厂高出设计值约5.52%，B电厂高出设计值约5.92%，C电厂高出设计值约6.02%，3个电厂的平均值为5.82%左右，说明机组的通流能力在额定工况较设计工况偏大约5.82%。以实际阀全开（VWO）工况，修正后主蒸汽流量是设计阀点工况的主蒸汽流量的1.12~1.19倍，远大于设计值VWO和设计阀点工况的比例1.08左右。
1.4缸效率偏低
国产300MW等级汽轮机一般配有4个（也有6个）主汽调节阀，机组通过通流改造，在3VWO（或5VWO）工况，由于无节流损失，机组能带到额定功率、高压缸效率普遍接近设计值。因汽轮机通流能力偏大，实际运行时，机组采用顺序阀运行方式，考虑安全因素，阀门会有重叠度，在额定工况时，由于存在阀门节流损失，实际高压缸效率较设计值会低1.32%~1.86%。
2设计、制造阶段
2.1轴系振动控制
汽轮机通流改造后常常存在振动问题，如汽封间隙过小引起的动静碰磨、质量不平衡、汽流激振等，严重影响机组安全运行。针对这些常见的引起轴系振动异常的因素，在通流改造设计、制造阶段应做好以下几方面工作:(1)设计采用合适的汽封及汽封间隙，发电企业应将保留设备的特性详实地反馈给改造厂家，切莫盲目地采用小间隙汽封及减少汽封间隙;(2)尽可能减少转子的剩余不平衡量，单根转子高速动平衡的试验精度为不低于1．0mm/s，过临界及超速时的振动值均要符合标准;(3)选择最佳配汽方式，兼顾机组经济性、轴承瓦温和转子振动，以最大程度减小蒸汽静态力;(4)采用防汽流激振汽封并合理设计汽封间隙，减少运行期间汽流激振力，如采用碎波技术的汽封;(5)选用油膜动特性系数交叉耦合项小、稳定性好的轴承，增大轴承阻尼力。
2.2螺栓材料选用
汽轮机通流改造设计时会尽可能利用现有的空间，如果同时又提升了参数，这势必会使得设计上需要高强度、耐高温的材料，尤其是一些高温区域的螺栓。应慎重使用镍基材料和钴基材料的螺栓，这类材料普遍存在缺口敏感性，对冶金质量、热处理工艺、螺栓制造工艺和检修工艺要求极高，部分镍基材料在某一温度区间会出现负蠕变现象，这些问题都是导致螺栓断裂的原因。
当出现必须使用镍基或钴基螺栓时，应优化螺栓设计和严控检修工艺:(1)设计配置厚垫圈，以降低各工况下螺栓紧力变化;(2)螺栓伸长量尽量控制在下限，紧固过程中伸长量不应超出上限;(3)严格规范螺栓解体、安装工艺，严禁使用火焰加热、管子钳、大榔头，杜绝野蛮施工;(4)采用专用的螺栓加热棒，加热螺栓有效长度段，控制螺栓内壁加热温度，防止加热棒过热受损致使螺栓内壁高温氧化;(5)对螺栓进行光谱分析、硬度测试、超声测试和螺纹着色检查，对光谱分析和硬度测试处打磨光滑;(6)禁止使用含Cl、S等氧化元素的清洗剂、防咬剂。
2.3新旧设备接口匹配
任何改造与非改造部件间的配合或系统中改造后的热力参数与原参数之间的配合，在衔接处即形成接口，一般遵循改造部件适应非改造部件原则。
常见的系统接口及处理方法有:(1)改造后抽汽参数变化，尤其在提参数通流改造中重点关注，应结合对加热器、抽汽管路、疏水管路的评估，针对性地更换加热器、抽汽管道、疏水调节阀、疏水管道，避免通流改造后出现加热器和抽汽管路超温超压运行、管道压损大、疏水不畅等现象;(2)通流改造机组增容后，额定负荷时发电机的发热量增加，原有的定子冷却水系统及氢气冷却系统应进行适应性评估，尤其是对夏季工况的评估，必要时进行两个冷却系统的扩容改造;(3)高度关注热工测点安装特性的变化，防止出现测点接错、定值设定错误等问题，如获取各转子材质相同的靶板以校核轴系位移、差胀、振动等测点特性，对比改造后转速盘齿数，区分新旧轴向定位方式等。
3应对措施
3.1提高机组初参数
提高机组在额定负荷工况时的主蒸汽压力，将机组的主蒸汽压力由16.67MPa提高到17.75MPa左右，保证机组在额定负荷时调节级具有很强的通过性，例如北京北重汽轮电机有限责任公司生产的N350-17.75/540/540，亚临界、一次中间再热、三缸两排汽、单背压、凝汽式汽轮机。美国GE公司生产的TC2F-33.5（主蒸汽压力为17.5MPa）汽轮机，机组在部分负荷阶段具有较好的经济性。
3.2采用过载补汽技术
过载补汽技术实际上是一个在主汽阀后与主调阀并列而引出的调节阀，阀门布置在汽缸下部，主蒸汽经过载补汽阀节流后，进入高压缸的某一级（第4级或第5级后），在以后各级继续膨胀做功的一种措施。当汽轮机的最大进汽量与THA（或TMCR）工况流量之比较大时，补汽阀开启，将超出额定流量的主蒸汽（约占额定主蒸汽流量的5%~10%）由这个外置的补汽阀提供，这部分蒸汽不通过高压缸的前4级或5级，这样可以避免机组前几级超压的情况。
可以说补汽阀控制的主蒸汽流量实际上是机组通流能力裕量（超出额定负荷部分）的一个体现，这对在低负荷段运行机组的经济性非常有利，很好地解决了其他类型机组因通流能力过大，而导致机组在低负荷段经济性较差的问题，同时机组出力不够时，开启补汽阀，出力会显著增加，也解决了机组出力不够的问题，特别对于空冷机组，这种优势在夏季更为明显，也能很好地解决空冷机组夏季出力不足的缺点。
3.3设计阶段优化机组通流能力
针对过载补汽技术，国内很多电厂认为是多余的，补汽阀经常不投运，机组能满足正常的负荷要求，也从侧面说明机组的通流能力降低5%~10%是可行的。
3.4性能考核试验
通流改造后的性能考核试验虽然和新机组的性能考核试验内容是相同的，但是试验条件远没有新机组的试验条件理想。为给通流改造创造良好的试验条件，可做好如下几方面:(1)做好阀门检修工作，将系统外漏和内漏控制在ASME标准控制范围内，重点有凝结水流量计后的各疏水和放水阀、加热器的事故疏水阀、各气动疏水阀、定排和连排阀门、安全阀等;(2)做好关键性能试验测点的整治工作，重点是各流量计的校核，流量计一般有凝结水流量计、主汽和再热汽减温水流量计、密封水进回水流量计、给水泵汽轮机进汽流量计、轴封系统流量计等，确保凝结水流量计旁路隔离严密及流量计后无水回流至流量计前;(3)试验宜安排在环境温度较低的季节进行，避免出现试验期间背压偏高且无法调低、试验背压修正曲线无法获得、热耗率的背压修正量偏大现象;(4)为了深度挖掘通流改造的节能成果，需进行包括滑压优化试验、冷端优化试验、变背压试验在内的性能诊断试验。
4通流改造应注意的问题
4.1改造原则和范围
汽轮机通流改造基本原则如下:
(1)汽轮机通流部分改造采用成熟、先进技术，改善机组长期运行的经济性及安全可靠性;
(2)在对经济性影响较小的情况下，尽可能保留现有设备;
(3)汽轮机外形尺寸不变，旋转方向不变;各轴承座安装现有位置不变;汽轮机组与发电机接口不变，汽轮机各管道接口与汽缸的相对位置不变;
(4)改造后汽轮机的轴向推力方向不变，且不大于原设计值，满足各工况安全运行的要求;机组的基础不动，改造后基础负载基本不变，设备满足现场安装要求。全面通流改造应更换新的高、中、低压转子及内缸，包括动静叶及相应部套、汽封等。
4.2通流设计边界条件
设计边界条件中涉及的高中压阀门压损、再热器压损、中低压连通管压损、小机效率及给水泵效率采用的数值应与机组实际情况接近，最好通过实际测量或改造前试验确定。由于机组原设计时负荷率、背压等边界条件与目前实际运行值有偏差，尤其是在机组利用小时数降低后，机组背压会明显偏离设计值，应以机组近三年的不同负荷段的运行时间、运行背压等统计数据，修改机组热耗率考核的权重和机组设计背压等边界条件，选择合适的排汽模块，以获得更加贴合实际运行边界条件的设计方案。
结语
虽然多家单位均有更换镶嵌固体自润滑滑块的成功案例，但对于供热机组而言，这项操作并不容易，一来要有充足的停机时间，二来施工队伍要能够充分掌握更换时的工艺要点与难点。另外，值得说明的是个别机组的膨胀不畅，经检查发现除纵销拉毛卡涩外，还出现汽缸存在严重左右跑偏现象，这将直接导致汽缸推拉力直线增加，造成滑销严重卡涩。因此，汽轮机膨胀问题是一个综合问题，需要从设计、安装、维护各个环节都严格控制。
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