汽轮机缸体绝热保温技术应用研究

汽轮机缸体绝热保温技术应用研究

张月雷管洪军张林

（中国石化集团胜利石油管理局有限公司胜利发电厂257087）

摘要：本文以火力发电厂汽轮机缸体的绝热保温作为研究对象，分析了现有技术存在的保温效果差的原因，探索替代保温材料，使用复合保温结构以解决成本偏高的问题。通过实测与评价分析，认为本文所述绝热保温技术可有效解决原有缺陷，适用于汽轮机缸体的绝热保温。

关键词：汽轮机缸体；绝热保温；复合

1现状与问题分析

汽轮机缸体（后简称汽缸）具有表面积大、异形、曲面多、结构复杂的特点，绝热保温难度大。某火电厂现投产5台汽轮发电机组，总装机1700MW，均使用硅酸铝耐火纤维毡作为保温材料，存在着容易变形的缺点，在重力及振动的影响下，绝热层易脱壳、分层、开裂等缺陷，表面普遍超温。为便于研究，我们选取#2机组作为研究对象，该机组为220MW抽凝机组，额定主、再热汽温度均为535℃，在机组大修前，对高压缸表面进行了测温，所测数据全部超过限值，测温位置及数据见图1、表1所示。

汽缸保温体表面超温将增大散热损失，还将造成汽缸温差增大，热应力集中多发，严重时还将发生汽缸变形，甚至动静摩擦、大轴弯曲的恶性事故。该电厂多次发生在机组启动过程中，因汽缸温差大引发的胀差大、振动大等问题造成的启动困难。所以，汽轮机的寿命与机组热耗的高低与缸体绝热保温的好坏密切相关。但因材料特性和施工工艺所限，问题无法根本解决。这就要求探讨汽缸的绝热保温结构，研究更加适用的绝热保温材料、优化的施工工艺和创新的保温结构，找到并实践解决问题的新方案。

2汽轮机缸体绝热保温材料适应性研究

2.1材料的选择

在高参数、大容量机组中，汽缸的绝热保温材料主要采用硅酸铝耐火纤维，但它的缺点如上所述。目前应用于汽缸绝热保温的其它材料主要有以下两种。

a）成型材料。结合一体成型技术制成的绝热保温体，可重复使用，但应用于汽缸时，由于曲面、异形、部件的复杂程度高，尤其是下缸连接管道众多，导致其造价高昂、与缸体结合偏差大等问题。

b）高温耐火纤维喷涂绝热材料。导热系数小、耐高温，在火电厂主要应用于锅炉水冷壁绝热，其价格是传统硅酸铝耐火纤维的2倍，用于绝热成本高，在汽缸的绝热保温中使用量较少。

综合比较，成型材料在实际应用中无法避免绝热保温体与缸体间的脱壳问题。含锆高铝纤维棉作为喷涂材料的代表，应用于该电厂5台锅炉的水冷壁绝热保温工程，效果良好。为解决原有绝热材料的性能缺陷，使用该材料替代原材料。

2.2所选材料的安全性

材料的安全性主要考虑对汽缸及主要部件的腐蚀问题，#2机组高、中、低压缸体材料构成见表2。

表2汽轮机缸体及主要附件的金属材料表

高温耐火纤维喷涂材料主要由含锆高铝纤维棉和高温胶粘剂组成。其中含锆高铝纤维棉对汽轮机表面不产生腐蚀，高温胶粘剂使用不含酸、碱及其它可腐物质添加剂的产品，对缸体金属表面不产生腐蚀。

2.3所选材料的适应性

与原保温体对比（见表3），两种材料的线性收缩率均符合汽轮机缸体保温的要求，高温耐火纤维喷涂材料的线性收缩率更小，具有更小的导热系数，在适应性及保温体厚度方面占有优势。

表3两种材料保温性能

3汽轮机缸体绝热保温工艺研究

汽缸绝热保温的效果高低不仅取决于材料选择的适用与否，施工工艺与所选取保温材料的配合效果也至关重要。

3.1软质材料绝热工艺

最传统和最常见的软质材料绝热工艺，对应硅酸铝耐火纤维毡的施工，它一般利用汽轮机外缸上自带的螺栓对软质材料进行固定，并用铁丝网进行绑扎，最后在外表进行抹面。这种工艺施工简单，但保温材料层层重叠铺设，现场施工过程难免出现胶粘或紧固受力不均的缺陷，导致保温体脱壳问题发生。

3.2喷涂绝热工艺

本案所选高温耐火纤维喷涂材料需要对应的工艺进行施工，即喷涂绝热工艺。松散的纤维经风机加压,与含水的专用喷涂胶粘剂在喷头端口充分混合，压力水混合物喷射到汽缸表面,通过水的表面张力和外部压力,使原本松散的絮状纤维在铁丝网的固定下,紧密结合并贴附在缸体表面。如此施工的保温层无接缝、异型结构表面粘结牢固，符合技改升级要求。

4保温结构的研究

目前，有关汽缸绝热保温结构的说明或者文献较少，汽轮机厂家的说明书中也无明确标准或规范，因此绝热保温层的施工厚度往往无法准确把握，施工时的随意性较强，准确针对性不足。汽缸各部分的温度并不一致，且有规律可循，因此，利用数值建模和数值模拟工具，可对绝热结构进行细化研究。

4.1绝热层不等厚布置

汽缸内的蒸汽温度沿流动方向逐渐降低，故缸体外壁的温度也呈现出相同的梯度变化，温度最高点与最低点相差达到120℃以上，如图2所示为#2机组高压缸缸体外壁的温度梯度实测图。绝热层不等厚布置即是沿着汽轮机轴向绝热层厚度不均匀布置，既可节约材料又可达到良好保温的目的。该方法将汽缸沿轴向划分数个区域，选取每个区域汽缸外壁温度的最大值作为计算缸体外壁温度，进行绝热层厚度的计算，以实现绝热层的不等厚布置。

图示：1、汽轮机缸体2、含锆高铝纤维棉胶结保温层3、硅酸铝耐火毡保温层4、镀锌铁丝网5、抹面层6、钩钉

图3复合绝热结构示意图

4.2复合绝热结构布置

新绝热材料性能优良但成本高昂，制定复合绝热结构的布置方案，实现良好绝热性能与成本之间的平衡，其结构示意见图3。在汽缸的外壁点焊钩钉，含锆高铝纤维棉胶结保温层喷涂于汽轮缸体的外壁。硅酸铝耐火毡保温层包括硅酸铝耐火毡和粘结剂，硅酸铝耐火毡穿过钩钉后再用粘结剂粘结在锆铝纤维棉胶结保温层的外表面，层层粘结钩钉的上部弯扣在硅酸铝耐火毡保温层的外表面。镀锌铁丝网绑扎于硅酸铝耐火毡保温层的外面，镀锌铁丝网的外面再刷涂抹面层。抹面层的外面刷涂耐温防火涂料。

5评价与结论

表42号机改造后高压缸体保温测量数据

#2机组保温施工完毕，机组启动运行一个月后，再次测量高压缸保温外表面的温度，测量实施前后的对比情况见表4所示。所测各点均有明显下降，机组因保温不良所造成的散热损失大为降低，机组经济性提升。采用不等厚布置的新型绝热保温结构，保温体厚度较原来大大减小，造价并未大幅提升，降低了散热损失，完全符合预期，经计算，汽轮机热耗率降低量为357.4J/kWh。但通过上表不难看出，仍存在着部分测点位置温度偏高的问题，具体分析如下：

a)B、E、H点：该截面温度偏高，原因为汽轮机高压缸体存在一个微小的漏汽点，该漏点为插入缸体内部的热工测点与缸体密封不严密，导致保温效果打折扣。

b)E、F、I点：该截面靠近高压前汽封处，因#2机组该处汽封长期存在着漏汽量大的问题，这一区域环境温度高达59℃，是造成这三点温度偏高的根本原因。

综上所述，不论是缸体还是汽封漏汽造成的保温表面温度偏高，都只能在机组大修时予以解决，如漏汽问题无法完全解决时，还应在保温层计算厚度的基础上适度增加厚度。另外，考虑缸体结构的复杂性，在成本及施工条件允许的情况下，可将汽缸划分更多的区域进行数值模拟与保温厚度设计，可更有效的降低保温材料成本。

参考文献

[1]JB/T8187-1995,汽轮机保温技术条件[S].

[2]林伟杰.燃煤发电机组能耗分析与节能诊断技术[M].北京:中国电力出版社,2014.9.