一种带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统及方法与流程

本发明属于核电汽轮机发电的技术领域，具体而言，涉及一种带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统及方法，其主要是用于汽轮机停放期间的维护保养及停机时的快速冷却。

背景技术：

核电站建设周期较长，项目所受制约因素较多，汽轮机现场安装调试阶段可能存在长期停放状态；随着核电机组投运数量增多、电网装机容量基本饱和，核电机组利用率有所下降，机组临停次数增多。目前我国投运的核电机组全都分布在沿海，其空气比较潮湿，汽轮机内各设备不可避免地与湿空气接触；水蒸汽在设备表面凝结成水和水膜，空气中的氧气随之溶解在水和水膜里，导致设备产生锈蚀和氧腐蚀。机组正常运行后，必然存在停机检修、换料和大修等状态，在停机阶段可能没有排尽设备内的余水或完全烘干蒸汽回路设备表面的水分。

在上述状态下，为防止机组受潮、金属部件腐蚀等情况发生，有必要对机组蒸汽回路进行干燥保养。汽轮机制造厂商对机组保养都有一定的要求和指导意见，对于蒸汽回路，可采用吹干空气的方式实现干燥和保养。

此外，在电站汽轮发电机组停机检修期间，汽轮机汽缸壁温需要冷却到某限定值才能拆卸保温层和开缸，现有大部分汽轮机组停机后都采用自然冷却方式，其冷却效果一般，冷却耗时长，盘车时间长，延长了机组检修的开缸等待时间，从而延长了机组停机检修工期，增加了企业生产成本。以一台常规百万等级大型压水堆核电站的汽轮机组为例，按照目前三代核电上网电价计算，若能够减少一天停机检修工期，将为电站增加约一千万元收入。因此，为了增加汽轮机的可用性并提高电站生产效益，减少汽轮机组停机检修时间成为电站停机检修的必然趋势，而采用汽轮机快速冷却是实现上述目标的一种有效且必要的方式。

现有的核电机组在降负荷停机的过程中，可采用再热蒸汽变参数运行的方式，对汽轮机汽缸进行预冷却，但由于设备的安全要求及寿命损耗控制要求，预冷却只能将汽缸冷却到一定温度，但高于汽轮机开缸温度限定值。因此，需要设计一套合理安全的快速冷却系统及方法，在满足设备应力、变形和寿命等控制要求前提下，继续对汽轮机组进行强迫冷却。而目前电站的保养及快速冷却系统是相互独立的两个系统，其占地面积大，设备数量多且重复，电站设备采购花费多。

技术实现要素：

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统及方法以达到在满足汽轮机组安全性前提下，能够满足汽轮机保养兼快速冷却的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统，包括汽轮机组，所述汽轮机组的主蒸汽回路中包括依次串接连通的高压部分、汽水分离再热器(msr)、低压部分和凝汽器，且所述高压部分入口前设有高压主汽管，高压部分出口通过再热管冷段与汽水分离再热器连通，汽水分离再热器与低压部分之间通过再热管热段连通，该系统还包括空气采集模块，所述空气采集模块通过联接管路分别与所述高压主汽管和再热管热段连通，并通过空气采集模块输出干燥空气或者冷却空气进入至主蒸汽回路中，在主蒸汽回路中按照预设路线流动，以实现对主蒸汽回路的保养或冷却；在汽轮机组大修或者其他原因导致的长时间停放期间，用作汽轮机组的蒸汽回路烘干保养；在机组停机时用作强迫冷却汽轮机组的汽缸及其内部通流部件。

进一步地，所述高压主汽管和再热管热段上均设有空气接口，且空气接口与所述联接管路连接，以实现空气采集模块的出口能够与高压主汽管和再热管热段上的空气接口进行快速连接。

进一步地，所述高压主汽管前设有高压主汽阀和高压调节阀，且高压调节阀与高压部分的进汽口之间设有所述空气接口；所述再热管热段上设有蝶阀，且蝶阀与低压部分的进汽口之间设有所述空气接口，以满足在高压主汽阀、高压调节阀以及蝶阀均关闭后，能够形成两条独立的空气流道，并完成对汽轮机组内部的干燥和冷却。

进一步地，所述高压部分包括hp缸和与该hp缸相配套的通流部件，低压部分包括lp缸和与该lp缸相配套的通流部件，可实现对hp-lp缸的汽轮机组结构进行保养或冷却。

进一步地，所述高压部分包括hp缸和与该hp缸相配套的通流部件，低压部分包括ip缸、lp缸以及分别与ip缸和lp缸相配套的通流部件，可实现对hp-ip-lp缸的汽轮机组结构进行保养或冷却。

在本发明中还提供了一种带快速冷却功能的电站汽轮机保养方法，该方法应用于上述所述的带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统，其包括：

(1)对空气采集模块进行调试，确保其输出的空气满足冷却模式或者保养模式；

(2)对汽轮机组进行冷却准备工作或保养准备工作，并将空气采集模块的出口通过联接管路分别与相应的高压主汽管和再热管热段连通；

(3)按冷却模式或保养模式的预设参数开启空气采集模块；

(4)维持系统正常运行且持续监控空气采集模块的出口参数，若为保养模式，则定时监测汽轮机组的排汽口湿度，直至湿度下降并稳定在合理值；若为冷却模式，则持续监测汽缸的相应温度测点，直至测点温度下降至要求值。

进一步地，所述冷却准备工作包括：

汽轮机组打闸，关闭高压主汽阀、高压调节阀和再热管热段上的蝶阀；

汽轮机组的转子惰转至投盘车转速后，投入盘车并保持运行；

汽轮机组中汽缸各抽汽阀门保持关闭；

保持各疏水阀打开并持续疏水；保持凝汽器真空一定时间后破坏真空，关闭各疏水阀门；

汽水分离再热器的壳体人孔和凝汽器的喉部人孔保持打开。

进一步地，所述保养准备工作包括：

汽轮机组停机，关闭高压主汽阀、高压调节阀和再热管热段上的蝶阀；

汽轮机组中汽缸各抽汽阀门保持关闭；

保持各疏水阀打开并持续疏水；保持凝汽器真空一定时间后破坏真空，关闭各疏水阀门；

汽水分离再热器的壳体人孔和凝汽器的喉部人孔保持打开。

进一步地，在所述步骤(4)中，若为冷却模式，在持续监测汽缸的相应温度测点时，需控制汽轮机组的冷却速率在预设冷却速率范围内。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所公开的带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统，其集成了电站的保养及快速冷却系统，减少系统设备数量，减少系统设备采购、仓储及维护费用，降低电站设备布置难度；同时，该系统能够实现保养及快速冷却两种功能，在两种功能下，系统预设流向完全相同，空气参数基本相同且整个操作过程简单；在两种模式间，切换方便，接口位置固定，模式流程变化小，能够满足多种机型的保养和快冷要求。

2.采用本发明所公开的带快速冷却功能的电站汽轮机保养方法，该方法根据不同模式、不同机组的实际运行需求，设置合理的空气采集模块空气参数，确保在此参数下，实现两种模式的安全高效运行；其中，在保养模式下，机组能保持干燥，杜绝环境中湿度过高对机组的影响，防止金属锈蚀，避免机组的安全性和经济性受损，保证机组可随时启动运行；在快速冷却模式下，按照系统预设空气流动换热，在既保障机组冷却应力较小、寿命损耗极低的前提下，又能快速对高温部件进行冷却降温，节约机组检修工期，提高电站的经济效益。

附图说明

图1是本发明提供的带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统的工作流程图；

图2是本发明提供的带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统在实施例1中的流程示意图；

图3是本发明提供的带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统在实施例2中的流程示意图；

附图说明如下：

1-空气采集模块，2-高压部分，3-低压部分，4-汽水分离再热器，5-凝汽器，6-高压主汽阀，7-高压调节阀，8-蝶阀，9-联接管路a，10-联接管路b，11-高压主汽管，12-再热管冷段，13-再热管热段，14-hp缸，15-lp缸，16-ip缸，17-低压联通管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

汽轮机组是电站核心主设备之一，汽轮机组将蒸汽热能转换为动能并传递给发电机，进而产生电能。一般地，汽轮机组在停机超过一周以上就需要尽快进行保养，以保护汽轮机组的主蒸汽回路设备不被锈蚀，保证机组安全性及经济性，比较简单有效的方式为干燥空气保养，但需要建立合适的空气保养系统及方法。此外，汽轮机组停机冷却时间过长延长了机组检修换料工期，降低了机组可用因子，影响电站效益，因此需要建立合理安全的快速冷却系统及方法，在保障机组安全和寿命损耗极低的前提下，尽可能的快速冷却汽轮机组。

为了实现节约成本、操作方便、安全高效的目标，如图1所示，在本实施例中具体提供了一种带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统，该系统可以应用于保养和快冷两种模式，在两种模式下，系统接口与汽道流程完全相同，空气参数基本一致，模式切换方便，操作简单，有利于降低机组的维护成本。该系统包括汽轮机组，所述汽轮机组的主蒸汽回路中包括依次串接连通的高压部分2、汽水分离再热器4、低压部分3和凝汽器5，汽水分离再热器可简称为msr且所述高压部分2入口前设有高压主汽管11，高压部分2出口通过再热管冷段12与汽水分离再热器4连通，汽水分离再热器4与低压部分3之间通过再热管热段13连通。还包括空气采集模块1，所述空气采集模块1通过联接管路a9与所述再热管热段13连通且空气采集模块1通过联接管路b10与所述高压主汽管11连通，且保持再热管热段13中间设置的蝶阀8在关闭状态，以分别建立为两个独立的空气通道，并通过空气采集模块1输出干燥空气或者冷却空气进入至主蒸汽回路中，经空气采集模块1所处理的空气通过两个空气流道，实现与汽轮机组的主蒸汽回路设备完全接触，进而对汽轮机组进行冷却或者保养的功能，在保养和快冷两种模式下，都设置并采用完全相同的空气流向和基本相同的预设空气参数。其中，空气压力、流量和温度根据不同模式、不同机组实际需要计算确定；为了确保汽轮机快速冷却时的安全，空气温度比室温稍高；露点、湿度、过滤精度和油等级根据环境要求及压缩空气iso标准选定。其中，一个空气流道为空气采集模块1→高压部分2→汽水分离再热器4，最后从汽水分离再热器4的壳体人孔排出；另一个空气流道为空气采集模块1→低压部分3→凝汽器5，最后从凝汽器5的喉部人孔排出。

在本实施例中，所述空气采集模块1至少包括空气压缩机、空气过滤装置、空气干燥器、温度控制器、流量控制器以及油气分离装置，且空气采集模块1的出口应当设有阀门，通过阀门连接所述联接管路a9和联接管路b10，其在使用过程中，能够实现空气压缩、空气过滤、空气干燥、温度控制、流量控制和油气分离功能，空气采集模块1可以是集成装置也可以是分散装置，是属于本领域技术人员能够根据上述功能进行制造或者生产的设备，只要能够满足上述功能，均能够使用到本实施例所提供的带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统中。在汽轮机组保养时，空气采集模块1则提供干燥空气，在汽轮机组停机时，空气采集模块1则提供冷却空气。

为方便空气采集模块1能够快速连通至汽轮机组的主蒸汽回路，在所述高压主汽管11和再热管热段13上均设有空气接口，在联接管路a9和联接管路b10的端部均设有空气接头且空气接口与对应所述联接管路的空气接头连接。

如图2所示，在本实施例中具体提供了采用hp-lp汽缸的汽轮机组结构布置技术，所述高压部分2包括hp缸14和与该hp缸14相配套的通流部件，低压部分3包括lp缸15和与该lp缸15相配套的通流部件，所述高压主汽管11上设有高压主汽阀6和高压调节阀7，且高压调节阀7与高压部分2的进汽口之间设有所述空气接口；所述再热管热段13上设有蝶阀8，且蝶阀8与低压部分3的进汽口之间设有所述空气接口。

汽轮机组正常运行发电时，工作过程如下：主蒸汽依次通过高压主汽阀6、高压调节阀7和高压主汽管11后，进入hp缸14膨胀做功，从hp缸14排出后，经再热管冷段12进入汽水分离再热器4进行除湿和再热，然后通过再热管热段13和蝶阀8进入lp缸15膨胀做功，做功完毕后由lp缸15下部进入凝汽器5，并在凝汽器5中冷凝。

本发明中提供的一种带快速冷却功能的电站汽轮机保养方法，该方法应用于上述所述的带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统，该系统切换为汽轮机组保养模式时，其包括：

1、对空气采集模块1进行安装就位并调试成功，确保其输出的空气品质满足保养模式，并保持空气采集模块1处于可用状态。

2、对汽轮机组进行保养准备工作，保养准备工作包括：

(1)将汽轮机组停机，关闭高压主汽阀6、高压调节阀7和再热管热段13上的蝶阀8；

(2)将汽轮机组中汽缸各抽汽阀门保持关闭；

(3)保持各疏水阀打开并持续疏水；保持凝汽器5真空一定时间，以干燥汽水分离再热器4，然后凝汽器5的真空泵停运以破坏凝汽器5真空；

(4)各设备疏水已排尽后，关闭各疏水阀门；

(5)汽轮机组的轴封系统停止运行；

(6)检查确保上述各个阀门已全部关闭，汽轮机组的汽缸壁温降至本系统投入的设定温度。

3、上述准备工作完成后，将汽水分离再热器4的壳体人孔和凝汽器5的喉部人孔保持打开，将空气采集模块1的出口分别连接联接管路a9和联接管路b10，并将联接管路a9和联接管路b10的另一端分别与相应的再热管热段13和高压主汽管11上空气接口连通。再次检查确认汽轮机组中相关阀门全部关闭，确保预设空气流向为空气唯一流动方向，至此，完成本系统的管路联接。

4、按保养模式的预设参数开启空气采集模块1；检查确认空气采集模块1各出口流量参数与相应空气流道匹配；在运行时，干燥空气分为两个流向，其中一道依次通过联接管路b10、高压主汽管11、hp缸14、再热管冷段12、汽水分离再热器4，最终从汽水分离再热器4的壳体人孔排出；另外一道依次通过联接管路a9、再热管热段13、lp缸15、凝汽器5，最终从凝汽器5的喉部人孔排出。

5、在投入初期，设定较大的空气流量，在该设定值下持续运行，在检测到汽水分离再热器4的壳体人孔出口和凝汽器5的喉部人孔出口的空气湿度都已下降至稳定的合理值时，将设定流量减小至某满足保养要求的最小值；在运行过程中，持续监控空气采集模块1的出口参数，并定时检测汽水分离再热器4的壳体人孔出口和凝汽器5的喉部人孔出口的空气湿度，确保系统流道内空气湿度处于稳定的合理值。

该系统切换为汽轮机组冷却模式时，其包括：

1、对空气采集模块1进行安装就位并调试成功，确保其输出的空气品质满足冷却模式模式，并保持空气采集模块1处于可用状态。

2、对汽轮机组进行冷却准备工作，冷却准备工作包括：

(1)机组降负荷并在再热蒸汽变参数方式下运行一定时间；

(2)将汽轮机组打闸，关闭高压主汽阀6、高压调节阀7和再热管热段13上的蝶阀8，保持各疏水阀打开并持续疏水；

(3)将汽轮机组的转子惰转至投盘车转速，然后盘车投入并保持运行；

(4)保持凝汽器5真空一定时间，以干燥汽水分离再热器4，然后凝汽器5的真空泵停运以破坏凝汽器5真空；

(5)各设备疏水已排尽后，关闭各疏水阀门；

(6)汽轮机组的轴封系统停止运行；

(7)检查确保上述各个阀门已全部关闭。

3、上述准备工作完成后，将汽水分离再热器4的壳体人孔和凝汽器5的喉部人孔保持打开，将空气采集模块1的出口分别连接联接管路a9和联接管路b10，并将联接管路a9和联接管路b10的另一端分别与相应的再热管热段13和高压主汽管11上空气接口连通。再次检查确认汽轮机组中相关阀门全部关闭，确保预设空气流向为空气唯一流动方向，至此，完成本系统的管路联接。

4、按冷却模式的预设参数开启空气采集模块1；检查确认空气采集模块1各出口流量参数与相应空气流道匹配；在运行时，冷却空气分为两个流向且与保养模式相同，其中一道依次通过联接管路b10、高压主汽管11、hp缸14、再热管冷段12、汽水分离再热器4，最终从汽水分离再热器4的壳体人孔排出；另外一道依次通过联接管路a9、再热管热段13、lp缸15、凝汽器5，最终从凝汽器5的喉部人孔排出。

5、快速冷却期间，本系统保持正常运行。持续监控空气采集模块1的出口参数，并持续关注汽轮机组中汽缸相应温度测点，可根据测点温度变化速率对空气参数作小范围修正，确保冷却效果和机组安全性及寿命损耗限制。同时，在持续监测汽缸的相应温度测点时，需控制汽轮机组的冷却速率在预设冷却速率范围内，在合理的冷却速率下运行直至测点温度下降至要求值。

实施例2

如图3所示，在本实施例中采用了hp-ip-lp汽缸的汽轮机组结构布置技术，所述高压部分2包括hp缸14和与该hp缸14相配套的通流部件，低压部分3包括ip缸16、lp缸15、低压联通管17以及分别与ip缸16和lp缸15相配套的通流部件，其工作过程如下：

机组正常运行发电时工作过程如下：主蒸汽依次通过高压主汽阀6、高压调节阀7和高压主汽管11后，进入hp缸14膨胀做功，从hp缸14排出后，经再热管冷段12进入汽水分离再热器4进行除湿和再热，然后通过再热管热段13和蝶阀8进入ip缸16膨胀做功，再通过低压联通管17进入lp缸15膨胀做功，做功完毕后由lp缸15下部进入凝汽器5，并在凝汽器5中冷凝。

在实施例中保养及快冷模式的运行原理、操作方法、先决条件与实施例一相同，都符合如图1所示的系统流程图；区别仅在于：在本实施例中由于采用了hp-ip-lp汽缸的汽轮机组结构布置，其中，联接管路a9相应流道的保养或快冷对象为ip缸16及其内部通流部件、lp缸15及其内部通流部件、低压联通管17。

上述发明实施例1和实施例2仅因为机组结构布置差异有些许差异，都是为了对附图1阐述说明的本发明所述的带快速冷却功能的电站汽轮机保养系统及方法作进一步详细描述，不存在实施例的先后优劣。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。