摘要：简述了大型汽轮机的快速冷却方式，并就快速冷却过程中的问题提出相应的措施。
关键词：大型汽轮机 快速冷却 方式 问题 措施
1、大型汽轮机的快速冷却方式
1.1按冷却介质分
按冷却介质分，汽轮机的快速冷却方式可分为蒸汽冷却和空气冷却。从传热性能来说，采用低参数蒸汽具有较大的放热系数。例如取温度为 20℃的空气及 150℃的饱和蒸汽作比较，它们若以相同的流速流过相同管径的流道，蒸汽的放热系数约为空气的 3 倍。除此之外采用蒸汽的最大好处就是系统不用作较大的改动，而且不必增添其他设备。大功率机组通常为单元机组，可适当地增加一些管道从邻机的除氧器抽汽管路获得适当数量的蒸汽。然而采用蒸汽作为冷却介质时，也有不利的因素：（1）对于单元机组，有时是利用锅炉的余热及炉底加热装置（冷源由邻炉来）产生的蒸汽作为汽源，有时直接将邻机的蒸汽（例如邻机除氧器、抽汽汽源）作为冷却介质。由于蒸汽具有较大的热焓值，而这些蒸汽的温度和流量通常不便于调节，对在金属温度下降过程中的冷却速度控制不利，在采用顷流冷却时，甚至会造成汽轮机转速升高。（2）低温蒸汽在流动过程中，可能携带水分，不但容易造成上、下缸冷却的不均匀，而且对停机后的金属保养不利。
采用空气冷却具有如下优点：（1）它独立于锅炉系统，特别适合于单元机组，可以随时启动供汽系统。如果原有供检修用的压缩空气汽源合适的话，不必另添设备。而空气的流量和温度的控制也较为方便，对控制汽轮机的冷却速度和避免过大的热应力有利。（2）空气流过金属表面的换热系数小，当两者温差出现瞬时过大时，也不至于引起被换热的金属表面产生急剧冷却（热冲击），即不至于使金属产生过大的热应力，允许的传热温差大，在适当的流动条件下便能满足加热冷却的要求。（3）空气的温度变化不存在汽水两相互变（凝结）的特性，在快速冷却过程的同时也干燥了汽轮机的内部，对设备保养有良好作用。
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。这种方法利用了电厂原有设备，投资少，易实现，但有以下缺点：（1）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
根据介质的流动方向不同可分为顺流和逆流两种。冷却介质流向采用顺流较之逆流有如下优点：
（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，贝II平均传热温差大，温降速度大，冷却效果好；（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；（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
2.1 要求
2.1.1 空气快速冷却技术的一般要求
（1）汽轮机冷却的时间通常维持在 26～28 h 之间较为适宜；（2）汽轮机汽缸温度在 300 ℃以下时才能够进行空气快速冷却；（3）整个冷却过程中冷却速度最好控制在6～8 ℃/ h。
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
（1）主凝结水再循环门应保持开启状态，以便调节水位；（2）下列阀门应关闭：电动主闸门，真空破坏门，高低加空气门，热网加空气门，轴封漏汽管道上的疏水门，电动主闸门前后疏水门及启动旁路疏水门，高加及低加疏水至凝结器疏水门，导管疏水、自动主汽门前疏水、启动旁路疏水至疏扩门。
2.2 措施
2.2.1 通入空气开始冷却的措施
（1）向轴封送汽，此时的温度应该维持在 180～200 ℃之间，启动冷却抽汽器，进汽压力保持在 0.49MPa，真空度保持在 20～30 kPa之间，最后开启空气阀门；
（2）冷却汽轮机通流部分时，应保持以下阀门的开启状态：自动主汽门、中压调门、上下段隔板、高压调门、防腐气门；
（3）法兰冷却应该在通流部分冷却 4～5 h 以后进行；
（4）打开汽缸加热装置乙门，关闭疏水门；
（5）冷却空气阀门稍微打开；
（6）对汽缸内的温度进行定时监测，通常每 0.5 h 观察一次汽缸温度和膨胀差；
（7）汽轮机汽缸与法兰之间的温差应该控制在 75 ℃以内；
（8）汽缸的温度应该降到 150 ℃；
（9）汽缸温度的下降速度应该为 6～8 ℃/ h；
（10）根据汽缸温度的变化对轴封进行调节；
（11）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
（1）关闭空气进气阀和冷却抽汽器；
（2）停止轴封送汽，打开真空破坏阀；
（3）关闭凝泵，打开所有疏水阀，关闭法兰加热气阀；
（4）关闭高中压调门及上下段隔板；
（5）关闭高压油泵，打开交流油泵。
2.2.3 注意事项
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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
由于停机时主再热蒸汽温度可能不完全匹配，且高中压缸自然冷却速度不一致，为使高中压缸温同时降到满足停运盘车的要求，在投入高压缸快冷后，调节级温度接近或低于中压缸温度时应投入中压缸快冷，并根据冷却速度适时选择电加热器的串并联运行方式，及时调整高中压缸冷却空气流量（汽缸高温阶段选择高温小流量，汽缸低温阶段选择低温大流量）。在高压缸调节级温度冷却至 130 ℃时停运快冷，一般缸温反弹不超过 150 ℃且稳定连续盘车 12 h，缸温无明显回升时可以停止盘车。汽轮机快冷装置设有断电和断气保护功能，以防汽轮机进冷器和电加热器烧坏。同时可以增加超温和防进水保护功能，以进一步提高快冷应用中的安全性。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。根据汽轮机缸温应力变化要求，可以设计缸温下降曲线，再根据缸温下降曲线制定快冷装置加热空气的温降曲线，采用自动控制系统实现快冷系统加热空气温度和流量的连续性变化，这样更有利于延长汽轮机组的寿命。
3、结语
从以上理论分析和实测数据可以看出，停机后采用锅炉余汽冷却汽轮机，大大缩短了冷却时间，解决了自然冷却时间长与检修工期紧张之间的矛盾，但在使用过程中要注意合理控制，及时调整，以保证设备安全，这样才能达到既能保证缩短冷却时间，又能保证设备安全，真正发挥快冷装置的经济效益。
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）
第一作者简介：齐晔（1973—），男 ，河北保定人，硕士，工程师，从事电厂生产技术管理工作。