火力发电厂汽轮机检修过程的精细化管理研究

期刊: 前沿科学 DOI: PDF下载

郭锋

陕西德源府谷能源有限公司

摘要

本文分析了汽轮机常见的五大故障,包括汽轮机叶片磨损、热量损失、高温部件断裂、机组振动和高压缸漏气等问题,这些故障严重影响了汽轮机的性能和运行安全。为应对这些挑战,提出了精细化管理的措施,如定期检测叶片磨损并及时替换、优化燃烧系统以降低热量损失、加强高温部件监测与预防性更换、完善振动监测系统以及修复高压缸密封系统,从而提高汽轮机的可靠性和效率。通过这些管理措施,可以显著减少故障带来的停机时间和维修成本,提升火力发电厂的发电效率和经济效益。


关键词

火力发电厂;汽轮机;精细化管理;检修;故障;效率提升

正文


引言:

随着全球能源需求的增长,火力发电厂作为重要的电力供应方式,其设备的可靠性和效率显得尤为重要。600MW汽轮机作为常见的火力发电设备,其运行过程中面临着多种故障挑战,如汽轮机叶片磨损、热量损失、高温部件断裂、机组振动和高压缸漏气等问题,这些故障直接影响了发电效率和安全运行。因此,如何有效管理和优化检修过程成为提高发电厂运行效率的关键。

1.火力发电厂600MW汽轮机存在的故障

1.1汽轮机叶片磨损导致的功率损失

火力发电厂600MW汽轮机汽轮机叶片磨损是一种常见但严重影响功率输出的故障,汽轮机叶片作为汽轮机关键部件,承担着将热能转化为机械能的重要任务。随着运行时间的增长,汽轮机叶片表面会因高温、高速气流以及颗粒物的冲击而逐渐磨损。这种磨损导致叶片的几何形状和表面光滑度发生变化,进而影响了叶片与工作流体之间的理想能量转换过程。功率损失主要源于磨损叶片表面积减少和表面粗糙度增加,这导致了工作流体的部分动能未能有效转化为机械动能,从而降低了汽轮机的效率和输出功率,汽轮机叶片磨损还可能引起不均匀负荷分布和振动增加,进一步影响汽轮机的稳定运行和寿命[1]

1.2热量损失引起的效率下降

热量损失主要发生在汽轮机的各个热力学环节,如燃烧、热力循环和排烟系统等。在燃烧过程中,燃料的完全燃烧效率直接影响了能量的转化率,不完全燃烧会导致燃料中的一部分能量未能有效释放并转化为蒸汽,这部分能量将以未燃烧的残渣形式通过废气排放失去。此外,热力循环中的热量损失主要由于热量在传输和转换过程中的不可避免的热损耗,例如管道传热中的热辐射、对流和传导损失。排烟系统中的热量损失则主要体现在烟气冷却和余热回收不足导致的热量未能有效回收利用,这些热量损失不仅降低了汽轮机的能量转化效率,使得单位燃料产生的蒸汽量减少,也增加了燃料成本和二氧化碳排放量,有效识别和减少热量损失,通过优化燃烧控制、改进热力循环设计和增强余热回收系统等措施,对于提升火力发电厂600MW汽轮机的效率具有重要意义。

1.3高温部件断裂导致的机组停机

火力发电厂600MW汽轮机高温部件断裂是一种严重影响机组运行的故障。在汽轮机运行中,高温部件如汽轮机叶片、高压缸和高温管道等承受着高温高压的工作环境,长期的高温作用会导致材料的疲劳和应力腐蚀,特别是在温度梯度变化较大的情况下,这些部件易于出现裂纹和断裂现象。高温部件一旦发生断裂,不仅会导致机组的停机维修,还可能造成严重的安全事故和设备损坏,对发电厂的稳定供电造成重大影响,有效的高温部件监测和预测技术,如超声波检测、热点监测系统和材料应力分析等,成为预防高温部件断裂的关键。此外,定期的材料检测、使用寿命评估和维护保养措施也是确保高温部件长期稳定运行的重要手段[2]

1.4机组动过大影响运行安全

在汽轮机运行过程中,机组振动主要源自于旋转部件的不平衡、轴承损坏、叶片脱落或裂纹、风扇叶片不对称等原因。这些振动不仅会导致设备磨损加剧,还可能引发机组的振动共振效应,进而加速部件的疲劳破坏和机组的停机维修。尤其是在高速运转时,过大的振动不仅影响汽轮机的稳定性和性能,还可能危及运行人员的安全,准确诊断和有效控制机组振动,是提升汽轮机长期稳定运行的重要环节。采用先进的振动监测系统和故障诊断技术,如振动传感器、频谱分析和模态分析等,可以及时发现和分析振动问题的根源,从而制定针对性的修复和改进措施。综合考虑机械设计、材料选择和运行调试等方面因素,有效减少机组振动,不仅提升了汽轮机的安全性和可靠性,也最大限度地保障了火力发电厂的连续供电能力。

 

1.5高压缸漏气引发的性能降低

高压缸作为汽轮机的核心部件,负责接收高温高压的蒸汽并驱动涡轮转子转动,其密封性能直接影响到汽轮机的工作效率和能量转化效率。漏气问题可能由多种因素引起,包括密封面磨损、密封圈老化、操作温度过高或不均匀、机械结构设计缺陷等。漏气会导致高温高压蒸汽未能完全转换为机械动能,造成能量的损失和性能的降低,同时也可能导致设备的额外磨损和过早的维修需求。因此,对高压缸密封性能的有效监测和管理至关重要,通过精确的检测技术和维护策略来预防和减少漏气现象的发生。综合运用压力测量、温度监测、振动分析等现代化手段,可以及时发现漏气问题,并通过调整密封结构、更换密封材料或优化操作参数等措施来提高高压缸的密封性能,从而保障火力发电厂汽轮机的长期稳定运行和性能表现。

2.火力发电厂600MW汽轮机检修精细化管理的措施

2.1定期检测汽轮机叶片磨损情况并进行及时替换

汽轮机叶片作为汽轮机的核心组成部分,直接影响到汽轮机的性能和效率。随着汽轮机运行时间的增加,叶片会受到高温高压蒸汽的冲击和磨损,特别是在高温部位和叶片端部。这种磨损不仅会导致叶片形状和表面质量的变化,还可能影响到叶片的动态平衡和振动特性,进而影响到整个汽轮机的运行稳定性和能效表现。定期检测汽轮机叶片磨损情况是通过多种现代化技术手段来实现的,例如光学测量、超声波检测和热像仪等。这些技术能够精确测量叶片的形状、尺寸和表面质量,识别出任何可能存在的裂纹、变形或磨损现象。通过定期的检测和监测,可以及时发现叶片的磨损程度和位置,评估其对汽轮机性能的影响,并制定相应的维护和更换计划。及时替换磨损严重的叶片不仅有助于延长汽轮机的使用寿命,还能有效提升其运行效率和可靠性,减少因叶片损伤引起的故障和停机时间,从而保证火力发电厂的连续供电能力和经济效益[3]

2.2分析热量损失的具体原因并进行燃烧系统的调整

分析热量损失的具体原因并进行燃烧系统的调整是一项关键的精细化管理措施,燃烧系统在火力发电厂中负责将燃料燃烧产生的热能转化为汽轮机的动力能源,其效率直接影响到整个发电系统的能效和运行成本。热量损失主要包括燃烧不完全、烟气冷却不足、燃料不完全燃烧和燃烧过程中的热损失等多个方面。燃烧不完全导致的一部分化学能没有完全转化为热能,而是以未燃尽的烟气形式排出,造成能量的浪费,燃料的挥发性、燃烧室内的气流分布和燃料与空气的混合均匀性也会影响燃烧效率。为了减少这些热量损失,需要对燃烧系统进行详细的分析和评估。工程师们通常会利用先进的计算流体动力学(CFD)模拟技术,结合现场实测数据,分析燃烧室内的流场分布、温度分布和燃料的燃烧情况。通过模拟计算,可以精确地找出热量损失的具体来源和位置,并针对性地进行燃烧系统的调整和优化。调整可能涉及到燃料供给系统的改进、燃烧室结构的优化以及燃烧过程中的控制参数调整,以提高燃烧效率和热能利用率。通过精细化管理和燃烧系统的调整优化,可以显著提高火力发电厂600MW汽轮机的整体能效,不仅有助于降低能源消耗和运行成本,还能减少环境污染和温室气体排放,符合现代社会对于可持续发展的要求。

2.3加强对高温部件的监测,并实施预防性的定期更换

在火力发电厂600MW汽轮机的运行中,高温部件的监测与预防性的定期更换是保障设备长期稳定运行的重要策略,高温部件包括叶片、涡轮轴承、燃烧室等,在汽轮机运行中承受着高温高压的工作环境,其状态直接影响到设备的安全性、可靠性和经济性。这些部件长期处于高温和高应力环境中,容易出现热疲劳、腐蚀、裂纹和变形等问题,如果未能及时监测和维护,可能导致设备故障和甚至事故,严重影响发电厂的安全运行和经济效益。

为了加强对高温部件的监测,工程师们通常采用多种先进技术手段。其中包括非破坏性检测(NDT)技术,如超声波检测、磁粉探伤、涡流检测等,用于定期检查和评估部件的结构完整性和缺陷情况。超声波检测可以探测到材料内部的裂纹和变形,磁粉探伤则适用于检测表面和近表面的裂纹,涡流检测则用于检测金属表面的缺陷和疲劳裂纹,还利用先进的高温测量技术,如红外热像仪和红外测温仪,对高温部件进行温度监测和热分析,及时发现温度异常和热应力集中区域。通过这些监测手段,工程师们能够准确评估高温部件的健康状况,提前发现潜在的问题并制定相应的维护计划。定期更换可以基于部件的预期寿命和监测数据制定,而非等到部件出现严重磨损或故障才进行维修,对于经常受到高温影响的叶片和涡轮轴承,制定精确的更换周期和计划,确保在设备正常停机期间进行更换,以最大限度地减少生产中断时间,定期更换还有助于降低因部件老化和疲劳引起的故障率,提高设备的可靠性和安全性[4]

2.4完善振动监测系统,及时发现异常振动并进行调整

在现代火力发电厂中,汽轮机的600MW发电机组扮演着关键角色,为确保其可靠运行,精细化的检修管理措施尤为重要。其中,完善振动监测系统是关键的一环。通过安装先进的振动监测设备,系统能够实时采集并分析发电机组运行过程中的振动数据。这些数据不仅包括机械部件的振动频率和幅度,还涵盖了在不同工况下的变化趋势。监测系统通过高精度的传感器和数据采集单元,能够精确捕捉机组内部各部件的振动情况,从而有效识别异常振动,一旦系统检测到超出预设范围的振动信号,将立即发出警报并记录异常数据,为运维人员提供了即时的异常状态反馈,使其能够迅速响应并进行必要的调整和修复。

完善的振动监测系统不仅限于异常状态的检测,更重要的是其在预防性维护中的作用,通过对正常运行状态下的振动数据进行长期积累和分析,系统能够识别出潜在的趋势性问题,预测部件的寿命和性能变化,运用数据挖掘和机器学习技术,监测系统能够建立起机组各部件的振动特征库和模型,进一步优化维护策略和周期,不仅能够降低由于突发故障带来的停机损失,还能最大程度地延长设备的使用寿命,提升整体运行效率和可靠性。

2.5检修高压缸密封系统,修复漏气问题,提高系统密封性

在现代火力发电厂中,特别是针对600MW汽轮机的高压缸密封系统的检修管理尤为关键。高压缸作为发电机组中的核心部件,其密封系统的性能直接影响到整体的能效和运行稳定性。精细化管理便是对高压缸密封系统进行定期的检修和维护,以修复漏气问题并提高系统的密封性能。密封系统主要由活塞环、密封环、端面密封等多个部件组成,它们协同工作以防止高压气体泄漏并确保蒸汽压力的有效保持。在检修过程中对这些密封部件进行详尽的检查和测量,以评估其磨损程度和性能状态,现代化的测量工具和技术,如三维测量仪和超声波探伤仪,可以精确地检测出各种微小的密封缺陷和裂纹,确保问题被全面识别和解决。

在确定了密封部件的具体问题后,接下来的关键步骤是选择合适的维修方法和材料,根据密封部件的材质、尺寸和工作环境,选择对应的密封圈、填料等材料,并确保其符合高温高压环境下的要求。维修过程中,使用先进的技术手段,如真空封口设备和高精度磨削工具,以保证密封部件的精确安装和调整,定期的润滑和保养措施也是确保密封系统长期稳定性的关键因素,适当选择和应用润滑油脂,确保密封部件在高速运转时不仅能有效减少摩擦损耗,还能提升密封效能和寿命。

结语:

火力发电厂600MW汽轮机的检修精细化管理对于提升其运行效率和安全性具有重要意义。通过有效的故障分析和管理措施的实施,可以有效应对常见故障带来的影响,减少不必要的停机时间和维修成本,从而实现发电厂的可持续发展和优化运营。未来,还需要进一步研究和实践,不断完善管理技术和工艺,以应对日益复杂和多样化的发电环境挑战。

参考文献:

[1]王磊,赵怀玉,王洪平.火力发电厂汽轮机检修过程的精细化管理研究[J].冶金与材料,2023,43(03):32-34.

[2]陈军.火力发电厂汽轮机检修过程的精细化管理[J].中文科技期刊数据库(引文版)工程技术,2021(6):2.

[3]刘刚.火力发电厂汽轮机常见故障分析与检修研究[J].中国设备工程,2022,(02):43-44.

[4]王杰.火力发电厂汽轮机检修过程的精细化管理分析[J].清洗世界,2021,37(11):129-130.

 


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