肖慧杰 張雪松

與現(xiàn)代大型600MW，1000MW機(jī)組相比，帶基本負(fù)荷的 200MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差、煤耗高、效率低、投運(yùn)時(shí)間長，越來越不符合目前國家節(jié)能減排的能源政策，需要逐步關(guān)停或進(jìn)行技術(shù)改造來適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展形勢。在條件具備的電廠實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)是節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、降低投資的有效措施之一。

1 工程概況

華電卓資電廠 4×200MW空冷機(jī)組工程位于內(nèi)蒙古烏蘭察布盟，汽輪機(jī)為間接空冷、凝汽式、三缸雙排汽，由東方汽輪機(jī)廠制造。根據(jù)城市總體規(guī)劃、供熱規(guī)劃及熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)劃，對 3號，4號機(jī)組進(jìn)行供熱改造，滿足 3.6×106m2供熱需求。

2 汽輪機(jī)供熱改造技術(shù)方案

在汽輪機(jī)每個(gè)中、低壓缸聯(lián)通管上打孔抽汽，聯(lián)通管上增加蝶閥，適當(dāng)調(diào)整抽汽壓力，鍋爐、發(fā)電機(jī)等部件原則上不改動，此方案機(jī)組改動不大，改造投資少，見效快，技術(shù)方案安全[1]。

供熱面積按照 3.6×106m2設(shè)計(jì)，供熱綜合熱指標(biāo)按 57W/m2設(shè)計(jì)，額定供熱抽汽量定為 150 t/h，最大供熱抽汽量定為 200 t/h，對應(yīng)的抽汽壓力為 0.30MPa左右，抽汽溫度為 253.5℃，考慮汽輪機(jī)在低電負(fù)荷下供熱的可能，最低的抽汽飽和溫度定為 119℃，對應(yīng)的抽汽壓力為 0.196MPa[2]。改造后熱、電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組，滿足現(xiàn)行的國際、國家和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范，設(shè)計(jì)方案能保證改造后機(jī)組在凝汽和抽汽供熱各工況下的運(yùn)行安全。

2.1 供熱改造內(nèi)容

更換帶有抽汽口的中低壓聯(lián)通管，在中低壓聯(lián)通管上增設(shè)供熱蝶閥(包括液動驅(qū)動機(jī)構(gòu)等)和安全閥，增加供熱抽汽管路(熱網(wǎng)蒸汽管道)。抽汽管道從汽輪機(jī) 15.700 m聯(lián)通管接出至11.300m，在11.300m彎頭處設(shè)彎頭固定支架，分割汽機(jī)本體與抽汽管路的相互作用，為汽機(jī)本體與抽汽管道應(yīng)力分析設(shè)定界限。汽機(jī)本體部分通過裝設(shè)彎管、直管壓力自平衡型膨脹節(jié)補(bǔ)償軸向熱膨脹值及少量角位移，以保障汽輪機(jī)本體運(yùn)行安全，熱網(wǎng)蒸汽管道增設(shè)逆止閥、液動快關(guān)閥以及電動隔斷閥(帶中停蝶閥)等滿足供熱工況運(yùn)行的要求。

2.2 供熱改造后機(jī)組安全運(yùn)行建議措施

1)改造后增加了抽汽管道，在汽輪機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，將產(chǎn)生殘留在抽汽管道內(nèi)的抽汽，機(jī)組“有害容積”增加，汽輪機(jī)組可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)速飛升[3]。為機(jī)組運(yùn)行安全起見，建議在抽汽管道上增設(shè)抽汽逆止門及安全閥。2)機(jī)組進(jìn)行供熱改造時(shí)，增設(shè)的抽汽管道、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，在具體布置時(shí)，應(yīng)結(jié)合電廠實(shí)際情況妥善考慮，盡量不影響機(jī)組的正常檢修，不影響機(jī)組的正常運(yùn)行，或留下事故隱患，危及機(jī)組運(yùn)行安全。3)機(jī)組供熱后，需補(bǔ)充提供供熱工況監(jiān)視參數(shù)限制值。4)實(shí)際供熱時(shí)最大抽汽量不允許超過設(shè)計(jì)值，同時(shí)要求有最低投供熱電負(fù)荷，以避免產(chǎn)生零推力或負(fù)向推力，確保抽汽管道安全，避免影響機(jī)組運(yùn)行安全。

3 熱網(wǎng)蒸汽管道

1)熱網(wǎng)蒸汽管道敷設(shè)。熱網(wǎng)加熱站與主廠房擴(kuò)建端貼建，與主廠房 A列平行走向的熱網(wǎng)蒸汽管道選擇毗間頂布置，利用已有資源，減少廠區(qū)空間占用，節(jié)省耗材。主廠房內(nèi)，熱網(wǎng)蒸汽管道從11.300m橫穿汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層至A列，為保障A列前步道正常通行，提至 15.880m穿 A列墻至主廠房毗間頂(毗間頂標(biāo)高 14.600m)。熱網(wǎng)蒸汽管道毗間頂布置行至主廠房[34]軸(毗間側(cè)墻)，沿毗間側(cè)墻垂直降至 5 m布置，既節(jié)約支墩耗材，又保障地面順暢通行。管道平行熱網(wǎng)加熱站?軸敷設(shè) 15m后，至②軸前入熱網(wǎng)加熱站。3號機(jī)組熱網(wǎng)蒸汽管道在毗間頂(從[22]軸 ～[34]軸)沿 A列方向管線(中心標(biāo)高 15.880m)總長 95m，最大軸向熱膨脹值約為 300mm，為使設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)耐用，應(yīng)減少補(bǔ)償器在管道中的使用，故毗間頂管線中點(diǎn)部位([28]軸線)設(shè)置“U”形彎，管道自補(bǔ)償滿足。

熱網(wǎng)站內(nèi)，管道、設(shè)備區(qū)為兩層，即 0.000m，7.000m層，加熱器布置在 7.000m層，中心標(biāo)高 8.500m，值班室、會議室等也在此層。鑒于以往工程大管道低標(biāo)高布置，人通行時(shí)壓抑感、擁堵感強(qiáng)烈，支吊架顯巨、突兀，本加熱站內(nèi)大管道如熱網(wǎng)蒸汽管道、供回水管道等都貼 7.000m層梁底布置，中心標(biāo)高 5m。常規(guī)兩機(jī)熱網(wǎng)蒸汽母管聯(lián)絡(luò)管布置形式是從 5.000m層熱網(wǎng)母管垂直向上引至 7.000m層上，致使兩加熱器間通道阻斷，閥門布置擁擠?？紤]加熱站 7.000m層人員集中，聯(lián)絡(luò)管移至加熱站?軸側(cè)墻，與熱網(wǎng)加熱器最外層輪廓線不交叉，避免影響加熱器抽殼檢修。5.000m母管引出聯(lián)絡(luò)管貼 7.000 m層樓板下布置，土建7.000m層梁須避開聯(lián)絡(luò)管軸線設(shè)置，7.000 m層上下均消除障礙，視覺上更加簡潔通暢。主廠房內(nèi) 11.300m標(biāo)高閥門集中，荷載大，又在島式汽機(jī)大平臺外，故需土建在 10.000m層增設(shè)荷載支撐，同時(shí)增設(shè)閥門檢修維護(hù)平臺，平臺從基座通至汽機(jī)房10.000m層 A列布道。加熱站內(nèi)閥門統(tǒng)一采用蝶閥，它尺寸最小，可實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。但常規(guī)蝶閥為單向流動[4]，聯(lián)絡(luò)管蝶閥中介質(zhì)為雙向流動，需特別注明雙向流動要求。

2)熱網(wǎng)蒸汽管道支吊架規(guī)劃。為滿足汽機(jī)本體應(yīng)力分析界限處固定點(diǎn)與熱網(wǎng)加熱器設(shè)備接口推力(力矩)要求，長管線方向(主廠房擴(kuò)建端至固定端方向)考慮設(shè)置隔斷措施，位置擇優(yōu)結(jié)果:在 3號，4號機(jī)組熱網(wǎng)蒸汽管道出主廠房A列處與熱網(wǎng)加熱站③軸處分別設(shè)置 2號，3號徑向限位裝置，見圖 1，圖 2，消除大力臂對設(shè)備端口、固定點(diǎn)的不利作用。主廠房 3號機(jī)組熱網(wǎng)蒸汽管道管線長，有 2個(gè)大“U”形布置，應(yīng)對 Y向熱膨脹值合理約束，分別設(shè)置 4號徑向限位支架、7號軸向限位支架。

熱網(wǎng)蒸汽管道布置共有三個(gè)標(biāo)高，主廠房內(nèi) 11.300m～15.880m熱膨脹值約 14 mm，15.880m上為 2號徑向限位裝置，距荷載支撐點(diǎn)較遠(yuǎn)，不采用彈性支撐。廠區(qū) 5.000m～15.880m熱膨脹值約 34mm，必須在編號為 5號或 6號的支架處設(shè)置彈簧吸收熱位移，其余可設(shè)置為剛性支架(主廠房內(nèi)、廠區(qū))、剛性雙拉桿吊架(加熱站內(nèi))，加熱站內(nèi)支管熱膨脹值均向上。5號若為彈簧支架，毗間頂總長95m的管線中心標(biāo)高均需提高一個(gè)彈簧高度，整個(gè)毗間頂土建支墩都隨之提高，耗材量增大，故規(guī)定 6號為彈簧支架，5號為滑動支架。綜上，熱網(wǎng)蒸汽母管(規(guī)格 φ1 020×11)約 250m(3號機(jī)組母管長度)管線上僅 6號為彈簧形式。在熱網(wǎng)加熱站 7.000m層，熱網(wǎng)蒸汽支管依次設(shè)置彈性支架、電動蝶閥。

管系綜合分析及管道支撐統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)，管道及支撐簡捷，工程耗材量低，避免直接程序計(jì)算，支吊架形式分配盲目，受不當(dāng)形式牽連，剛性、彈性形式分布散亂。以上分析經(jīng) GLIF應(yīng)力分析軟件計(jì)算校驗(yàn)，在各種工況下，管道應(yīng)力均在允許范圍內(nèi)，滿足管道所連設(shè)備對接口的推力(力矩)的限制要求，管系穩(wěn)定可靠。

3)支吊架設(shè)計(jì)。對于高空布置的廠區(qū)管道，耗材量大;不能充分利用軸向平行大管道聯(lián)合支墩空間;滑動支架采用的聚四氟乙烯板大板，蠕變率高，易錯(cuò)位失效。長期運(yùn)行，由于管道熱膨脹、蠕變等因素，管部有從支墩滑脫而出現(xiàn)懸空的現(xiàn)象?；诠艿乐Ъ芄懿恳陨媳锥?，本次支架設(shè)計(jì)參考麥思達(dá)石化《復(fù)合 PTFT自潤滑滑動支座》中管部及其滑動摩擦副的設(shè)計(jì)思路。管部支架下基板為長方形，徑向尺寸略小于管道直徑，防止徑向熱位移、蠕變等因素導(dǎo)致管部懸空，利于聯(lián)合支墩設(shè)計(jì)，軸向尺寸小(φ1 020mm×11mm下基板軸線尺寸 A=200mm，徑向尺寸 B=870mm)，鋼支墩即可滿足要求，節(jié)省土建耗材量，經(jīng)濟(jì)美觀。管部上基板軸向、徑向尺寸均可依據(jù)管道熱位移值加長、加寬。運(yùn)行時(shí)，管部在固定的下基板(滑動摩擦副)上滑動，釋放熱位移，即增加管部尺寸取代了增加土建支墩尺寸，節(jié)省投資，經(jīng)濟(jì)美觀。采用滑動摩擦副替代聚四氟乙烯板大板?；瑒幽Σ粮钡南禄宀捎们度氲亩鄠€(gè)小直徑的填充聚四氟乙烯板復(fù)合夾層板片，其承壓強(qiáng)度大于 60MPa，上基板(管部支架底板)為不銹鋼。填充聚四氟乙烯板復(fù)合夾層板片與不銹鋼板干滑摩擦系數(shù)不大于 0.05，無論在有油無油、有水無水、有粉塵嵌入或泥沙混雜的情況下，均能在極低的摩擦系數(shù)下運(yùn)行[4]，對于并行布置的管道支架，采用聯(lián)合支墩。聯(lián)合支架不同底標(biāo)高時(shí)應(yīng)采用較低值為土建支墩設(shè)計(jì)頂標(biāo)高，對于彈簧支架，亦可給定荷載、給定彈簧號使兩支架底標(biāo)高相同。土建支墩與管道軸線保持相同坡度，便于管道帶坡度安裝，減少支墩上積水、積沙。

4 結(jié)語

通過內(nèi)蒙古卓資發(fā)電有限公司 4×200MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組供熱改造，對于此類項(xiàng)目汽輪機(jī)改造提出了從汽輪機(jī)中低壓聯(lián)通管增加抽汽管路的設(shè)計(jì)方案;對于管道設(shè)計(jì)，提出利用原有資源自補(bǔ)償敷設(shè)、管系統(tǒng)籌規(guī)劃荷載支撐的設(shè)計(jì)思路;對于廠區(qū)支架設(shè)計(jì)，針對典型管部長期運(yùn)行中出現(xiàn)的管部懸空、聚四氟乙烯大板滑脫失效等問題，采用了新型管部、新型滑動摩擦副化解此難題，為同類機(jī)型供熱改造提供優(yōu)化設(shè)計(jì)策略，值得推廣。

[1] 楊 雁，葉東平.200、300MW純凝機(jī)組改造供熱機(jī)組的分析研究[J].熱機(jī)技術(shù)，2009(3):23-42.

[2] DL/T 5000-2000，火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

[3] 吳季蘭.汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社，2004.

[4] 陸培文，孫曉霞，楊炯良.閥門選用手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.