汽轮机通流改造设备制造阶段的质量控制

汽轮机通流改造设备制造阶段的质量控制

摘要:电厂为实现节约能源降低能耗，通常会采取对汽轮机进行通流改造的方式，不但能减低火电机组的供电煤耗，也可以增加电厂的经济效益。汽轮机通流改造是否能够成功，关键在于该部分设备的质量是否达标，而这也会对机组的安装及其运行时的安全性造成直接影响。电厂为使生产的产品质量合格，因此，通常采用驻厂监造的手段以确保汽轮机通流部分设备的质量。驻厂监造具体是指，由监造人员在设备制造的材料准备到最终完成的全过程中对制造商的工作进行质量监督管理，并协助其消除设备存在的某些质量缺陷，从而保证设备的出场质量。本文以山西河曲发电公司1号机组汽轮机通流改造实例为基础，分析了其制造阶段的质量控制相关活动。

关键词:汽轮机, 通流改造, 质量控制, 运行参数

随着我国经济社会的高速发展，许多新兴产业开始发展起来，尽管这些产业的能源需求结构相对于传统的产业已经有所改善，但是传统产业的能源需求仍在持续性增长，因此由于高能耗导致的环境方面的问题无法得到根本解决。而在众多产业中，火电企业是煤炭能源消耗量巨大的高能耗企业代表之一，因此降低电厂的煤炭消耗量具有重要的社会意义。导致电厂高能耗的关键因素之一是汽轮机的通流部分设备的工作效率低。因此电厂如果想要实现节能减排的目标，就要对汽轮机进行通流改造，通过先进技术手段降低汽轮机通流设备的损耗，改善机组的热力性等。并且企业需要严格把控设备制造质量，但由于设备制造的工艺较复杂和周期较长等，企业无法实现对设备制造质量的直接管理，因此大多企业通过驻厂监造的方式督促制造商家的设备质量管理，从而确保设备质量和成功实现汽轮机通流改造。

一、汽轮机通流部分对效率的影响以及质量控制方法

汽轮机通流部分指的是高温高压的蒸汽进入和排出气缸经过的通道，主要包括进汽部件，隔板，汽封部件和排汽缸等。

汽轮机通流部分由于真身存在的级外和级内损失会影响汽轮发电机的效率，从而影响汽轮机运作的可靠性和经济性。因此，可以通过尽量减少汽轮机通流部分的损失从而达到提高汽轮发电机效率的目的，也就是选择科学合理的叶片型式和密封结构，尽量减少高温高压的蒸汽在气缸通道中流动时因膨胀而产生的损失。

具体来说，提高汽轮机效率的措施有选用高效新型的叶片和分流叶栅，设计三元流场，使用新型的汽封结构，高效的进汽室和排汽缸。工程实践中，应结合改造所需成本和改造面临的风险等因素综合考虑，然后决定在对汽轮机进行通流改造时采用上述哪一种措施。

产品制造过程是指包括准备原材料，将原材料加工为成品，然后将成品运输至销售地，以及后续的保存和调试等在内的全过程。而质量控制则是通过对这整个过程中每个环节的管理和质量监控从而确保最终成品的质量。

在产品生产制造过程中，影响产品质量的因素包括生产者，生产设备，原材料，设备操作，生产环境和后续调试等。因此，产品质量控制可以从这些角度入手，控制好这些因素，对可能发生的问题制定应对方案。

质量控制的方法主要有三大类，分别是策划过程质量控制，识别关键过程和确定质量控制点。首先，策划过程质量控制是指由专业技术人员根据产品制造方案和其中产品制造过程，配置资源等各个流程，按照质量控制的要求策划过程质量控制具体方案。其次，识别关键过程需要在上述策划阶段完成，主要是指对工艺较复杂和技术要求高的对产品质量和使用性能造成关键性影响作用的过程的重点管理。最后，确定质量控制点是质量控制过程中不可缺少的程序，主要是指对确定需要重点控制的产品生产过程中有关质量和进度的对象，依照原则即为对产品性能有关键性影响的程序等。

二、现役汽轮机通流部分存在的缺陷和问题

2.1汽轮机高压缸效率偏低

上个世纪八十年代，我国从美国引进了300 MW汽轮机发电机组的生产制造技术，投入国内制造商进行生产制造，并在九十年代逐渐开始投入运行，该汽轮机发电机组也逐渐成为在我国使用范围最广占比最大的机组之一。但是，由于我国相关领域的研究仍较薄弱，专业技术水平有限，因此在安装使用该汽轮机发电机组的过程中出现的许多问题仍无法得到根本解决。而在实际运行中，汽封漏汽量较大，汽轮机高压缸效率偏低则是这些问题中出现频率较高的问题之一。

相关试验数据表明，该汽轮机发电机组在运行时的实际高压缸热效率明显低于设计值，从而导致供电煤耗的量增大，对整个机组运行的经济性产生不利影响。随着时间的推移，机组运行时高压缸效率偏低的问题由于没有得到根本解决，反而变得越来越严重，具体表现为，汽轮机机组的高压缸排出汽体的温度高，因而锅炉再热器的入口温度随之升高，与设计值的差距越来越大，而为了达到降温的目的，再热器中的水流量会增加，进而影响整个机组的经济性。由于高压缸的焓降设计值是整个机组的三分之一左右，因此高压缸的实际效率严重低于设计值会对整个机组的经济性造成十分严重的不利影响，这也引起了电厂的重视。

随着科学技术的发展，汽轮机领域的技术也取得了巨大进步，许多制造商和发电厂的提高汽轮机高压缸效率方面的技术手段在实际应用中也取得了良好效果。

2.2中压缸三段抽汽温度高

通过对汽轮机组的热力性能试验不但可以获得其主要的热经济指标等数据，也可以发现汽轮机组存在的问题，但对于问题的分析目前只停留在定性分析的层面，由于没有详细的计算流程和结果等定量分析的依据，因此在指出机组存在的问题方面的说服力不够强。如果可以实现对汽轮机组的热力性能试验结果的定量分析，就可以有效提高整体机组的经济性。基于此，根据2017年4月西安热工研究院有限公司对300 MW机组的热力试验结果, 发现汽轮机机组普遍存在低压缸抽汽温度偏高的问题。

依据该试验结果，机组低压缸抽汽温度比设计值高很多。但即使是机组普遍存在的该问题，现阶段发电厂和制造商也没有对其给予足够的重视，因此，由此导致的巨大经济损失并没有进行确切计算，也无从得知具体结果。

通常，如果一台机组出现该问题，则会从参数测量方面入手，检查是否有误，但是现在该问题已经普遍存在于机组中，在这种情况下，排查参数测量是否有误已经没有效果。因此，可以另外从考虑外部汽流的角度入手，如果外部汽流混合的可能性也被否定，那么最后只能考虑问题源头是在汽缸的内部，具体来说，就是上一级的高温高压的蒸汽由于汽缸内部通流的部分的泄露不能正常做功通过该部分，而是直接通过仍保持其高温状态流入下一级，因此导致下一级抽汽温度升高。另一方面，由于汽轮机机组在膨胀过程中存在能量转换的过程，因此如果此时汽缸的效率降低，导致蒸汽在汽缸内部无法正常做功，同样会导致下一级抽汽温度升高。

2.3中压缸效率偏低

节能分析技术基于技术热力学，通过对汽轮发电机运行过程中的温度，压力和流量等参数以及焓，熵等热力学参数进行系统分析和计算，通过对发电热量消耗，设备状态，运行状态等的分析计算和评估来直观地反映汽缸效率，发电热量以及机组设备的质量和能耗。它通常用作重要的评估指标来判断设备是否节能高效。在汽轮机机组的生产操作中，由于庞大的系统和存在众多的参数，在生产过程中存在许多问题，并且有时相同问题的产生原因也不同。节能分析技术可以有效地分析和判断某些设备中的异常情况，例如中压缸效率偏低从而影响机组正常运行的问题。

进行汽缸效率的计算只需获得汽轮机机组中的进汽和排汽两项参数，但是由于汽轮机组中的参数具有较强的关联性，因此即使计算效率只需要两项参数，但影响效率的因素却存在很多。

由于阀门在汽轮机的日常运行中存在一定的节流损失，因此阀门的开放程度会影响气缸的效率。中压旁通蒸汽直接从主蒸汽阀排放到中压缸的出口管，如果中压缸的侧阀不完全密封，则会导致排气压力较大幅度升高，从而降低汽缸效率的计算值。如果汽轮机的密封间隙大，则蒸汽在做功不足的情况下会从汽缸以高压的状态释放，这也会影响汽缸的效率。总之，只要发生上述异常情况，回收的蒸汽流量的变化就会影响汽轮机机组流通部分的蒸汽正常流动，从而影响中压缸的效率。因此，如果中压缸效率异常，则不仅应该分析汽缸的进汽参数和排汽参数，而且还应该对整个汽轮机系统的内部参数进行分析。

三、驻厂监造的依据和内容

对汽轮机机组的通流部分设备进行驻厂监造，是为了能够实现对设备制造全过程的质量监控，保证设备的出厂质量符合要求。在驻厂监造期间，监理单位要严格监督制造商对设备制造过程中的质量把控，协助制造商发现并排除设备存在的质量缺陷或安全隐患，确保设备能够顺利通过后续调试并正常运行。

对设备进行驻厂监造的依据具体内容为，根据DL/T586-2008《电力设备监造技术导则》和国家、行业有关规程标准以及东方电气股份有限公司公司ISO-9000系列质量保证体系和技术协议的约定，乙方作为甲方监造代表有权进行设备生产厂进行设备监造，设备生产厂家应积极、主动配合。

3.1驻厂监造的质量控制方法

驻厂监造的质量控制十分重要，会直接影响设备的出厂质量，而该质量控制方法主要包括以下具体内容。

在审查方面，需要对以下内容进行严格审查。首先是制造商质量保证体系的实施情况，包括特殊操作人员的从业资格，采购原材料的资格证书以及工厂中材料的重新检查过程的相关文件，其中包括过程检查和实施具体内容。其次是制造商对发现不合格产品的补救措施的批准和实施的处理程序，以及处理后再次进行检查的相关情况。其他还包括制造商对购买原材料的供应商的资格验证。制造商的生产设备，测试设备，测量设备等各类设备的存储方式和使用年限等。以及需要着重对制造商的生产过程记录，测试记录和质量检查记录进行审核查证。

在现场监督方面，监理人员在制造重要设备及某些关键的部位的过程中，直到对这些设备和部位完成组装或封闭之前，都必须在现场监督制造商的施工过程，并做好相关部件的检查，以及跟进文字和图片形式的记录工作。做完上述现场见证工作后，相应设备的监理人员要仔细填写相应的见证情况表，并需要双方共同签字。

除了现场见证工作外，监理人员和制造商还会产生很多交集和需要沟通的地方，而这些沟通工作都需要相应的文字记录，在设备制造完成后，由监理人员将这些记录和监督记录共同总结为报告形式归档备案。

3.2制造阶段的监造

在设备制造阶段的监造工作主要包括以下具体内容。

制造商必须事先向监理人员提供有关主要零件和材料的详细信息。如果材料性能低于技术要求或材料的原产地发生变化，必须事先获得监管部门的批准和确保业主方是已知的状态。在开始制造工作之前，监理人员应熟悉相关的技术图纸，技术标准和工作规则，检查对设备制造进行监督的必要条件是否齐全以及设备调试计划是否合适。 

如果可以确定不符合指定要求的质量问题需要解决，则监督人员必须在向制造商提交加工要求和更正期限的同时附带上详细的监理记录。如果制造商未处理设备的质量问题或处理后的设备仍未满足指定的技术要求，或者仍然存在重大质量问题，则监理人员必须今早向制造商发送违规通知。对不合格设备的处置方法包括接受让步，返工和拒收等，而关于制造商违规处理的结果，负责监视项目的人员必须在两个工作日内做出回应。

监管部门严格审查制造商提供的生产计划和实际的制造进度，根据分析结果发布审查报告。如果制造商提供的时间表或实际生产时间表与合同不符合，则应通知制造商及时进行调整，若制造商不进行调整则监理人员可以采取某些必要措施。

在设备制造过程中的监造中，如果出现制造商和监理人员双方对设备存在的质量问题的处理方面有分歧时，可以按照国家相关技术规范等协商处理，此过程应将设备质量置于首要考虑地位，或者可以选择提交仲裁机构进行裁决。

3.3对运行参数进行评价

制造商在完成汽轮机通流部分设备的制造和改造以及后续调试之后，就可以将设备交付给发电厂，由电厂完成后续的机组安装和投入运行。再对完成通流改造的机组进行性能测试，及热力性能试验，以此考证经改造后的机组是否达到了预先期望值，以及通过对机组的运行参数进行评价从而检验制造和改造设备过程中的质量控制的效果。

河曲发电公司1号机组经过通流改造后汽轮机运行参数如下：

主蒸汽温度：538℃；主蒸汽压力：16.7MPa（a）；再热蒸汽温度：538℃；背压: 4.9kPa；额定功率（铭牌功率）：600MW ；额定功率下汽缸效率：改造后机组加权考核热耗率目标值≤7887 kJ/kW.h。100%THA；工况下热耗保证值≤ 7776 kJ/kW.h（背压4.9kPa，再热压损按8%计）；75%THA负荷工况下热耗保证值应≤7924kJ/kW.h（背压4.9kPa，再热压损8%）。100%THA工况下高压缸效率（含阀门损失）88 %，中压缸效率（含阀门损失） 92.8%，低压缸效率（UEEP）90.1 %，过桥汽封漏汽率1.1 %。

小结:

综上，我国现阶段运行的汽轮机机组，大多数仍旧是采用上世纪九十年代的技术。由于技术水平有限，因此这些汽轮机机组普遍存在能耗高而效率低的问题，具体表现为高压缸和中压缸效率低以及中压缸三段抽汽温度高。在当前节能减排的大趋势下，各种公司均选择采取有效的措施，如对汽轮机进行通流改造，以降低设备成本，增加其经济性。而汽轮机通流部分设备的质量则是是改造成功的关键。为了确保设备的质量在出厂时符合合同要求，驻厂监造的形式有利于帮助设备所有者控制设备的质量，从而确保汽轮机通流改造的成功，提高机组效率和经济性。

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