汽轮机热力性能试验技术培训_10年4月深圳(姚啸林).ppt
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1、汽轮机热力性能试验技术培训,西安热工研究院有限公司 电站性能技术部 姚啸林 2010年4月 深圳,一、汽轮机热力性能试验概述 二、试验的仪器仪表及测量方法 三、试验条件及试验步骤 四、试验结果的计算 五、联合循环电站性能测试简介 六、机组热力性能分析,一、汽轮机热力性能试验概述,1.1 试验目的及类型,新机考核鉴定试验 受各发电公司、电厂委托对汽机制造厂保证值进行考核; 针对进口机组、国产新品牌、新型式机组的国家鉴定。 指标:THA工况热耗率;TRL工况出力;TMCR工况出力等 性能诊断试验 测定额定工况、部分负荷工况下的热耗率和煤耗率,评估经济性水平,挖掘节能潜力,确定改进的方向。 对比试验
2、 机组通流部分改造前后对比试验,机组通流部分改造后性能考核试验; 机组大修前后性能试验。 运行优化试验 冷端优化试验; 定滑压参数优化试验。,试验目的不同,测试方法有差别。 大修前后对比性试验,测试内容相对少一些,可按照简化试验标准进行,关键测点使用高精度专用仪表测量,部分测点使用运行表计测量数据。 新机性能考核试验、机组通流部分改造性能考核试验、缸效率鉴定试验涉及索赔问题,要求严格,多按ASME PTC6标准进行全面性热力性能试验,需要有完备的测点,高精度的仪表,试验工作量大,试验精度高。,1.2 汽轮机热力性能指标,汽轮发电机组的热耗率 汽轮发电机组的出力 汽耗率 蒸汽的流量、给水的流量
3、汽轮机各缸的效率 汽轮机各轴封泄漏量,系统各部分内、外漏情况,热力系统中工质在各处的参数等,1.3 常用试验标准,除此之外,还有: 德国DIN标准, 英国BS标准, 日本JIS标准等。 这些标准也偶有使用,多为涉及外方供货的项目。,ASME PTC6 简介,目的 该规程提供精确的汽轮机性能试验方法。用精密的仪器和最好的测试技术来确定机组的性能。在试验的准备阶段和进行试验时,各方都必须努力尽可能与本规程保持一致,以确保达到最低的不确定度。 范围 ASME规程用于主蒸汽具有较大过热度的过热蒸汽或者是主要在湿蒸汽区的试验。并确定以下性能: 热耗率 发电机输出功率 蒸汽流量 汽耗率 给水流量 本课程中
4、若未做专门说明,涉及的规程规定,皆为ASME PTC6中相应内容。,美国机械工程学会认为:用ASME性能试验规程会得出与最先进的工程技术相一致的,精度等级最高的结果,1.4 汽轮机性能试验的两种方法,全面性试验 要对热力系统全面测试和计算,以提供汽轮机高、中、低压缸全面情况,并能够得出具有最小不确定度的结果。 简化试验 用少量的测量值而大量使用修正曲线进行修正计算,节省试验费用,但不确定度略有增大。,1.5 试验的组织和实施,第一阶段:前期准备 收集资料 确定测点方案、编制试验大纲 随项目进度设计、安装试验测点 四大管道测点 中低压管道测点 测点工作是试验的重要基础。,第二阶段:试验条件确认,
5、进行现场试验 对系统进行检查、摸底 现场安装测试系统 现场正式试验 对数据进行初步分析 提前对系统进行检查,并安排消缺是极为必要的。,第三阶段:计算分析,得出结论 试验结果的计算分析 编写试验报告 好的报告应当有结果,也有分析。,试验报告包括的内容,前言 技术规范及保证值 试验目的 试验工况 试验标准及基准 试验测点及仪器仪表 试验概况 数据处理及计算 试验结果及分析 结论 附件,二、试验的仪器仪表及测量方法,2.1 试验的测点布置,全面试验:主要测点有发电机电功率,主蒸汽压力和温度,高压缸排汽压力和温度,热再热蒸汽压力和温度,最终给水温度,中压缸排汽压力,低压缸进汽压力和温度,低压缸排汽压力
6、,各加热器进汽压力和温度,各加热器进、出水温度和疏水温度,主凝结水流量,再热减温水流量,小汽轮机进汽流量和其他辅助流量等。,简化试验: 与全面试验相比,取消了低压加热器的测点。 如果使用给水流量做为主流量,则测点更少,除氧器和部分高加的一些测点也可以取消。,对于主要试验测点的说明,对试验结果影响较大的重要测点,如主蒸汽、高压缸排汽、热再热蒸汽、低压缸进汽、最终给水、除氧器出水温度及低压缸排汽压力等采用多重测点布置。 对试验结果起关键作用的数据,其测量应尽可能使用双重仪器。与使用单个仪器相比,取两个仪器测量结果的平均值可使测量不确定度大幅下降。 主流量测量:采用ASME PTC6标准推荐的低值喉
7、部取压长径式流量喷嘴测量主凝结水流量, 该喷嘴按ASME PTC6标准校验合格,流量测量管段安装于低加出口至除氧器入口之间的凝结水管道上,流量差压由两组取压孔双重取压。 辅助流量测量:A、B小汽机进汽流量,A、B汽动给水泵中间抽头流量,部分轴封泄漏量等辅助流量采用标准节流孔板进行测量。 低压缸排汽压力测量:排汽压力采用ASME试验规程推荐的网笼式探头进行测量,网笼式探头布置于凝汽器与排汽缸接口的喉部,每一排汽通道的探头个数不少于2个,但也不多于8个,应分步于整个排汽通道截面且尽可能处于每一等分面积的中心。,600MW超临界机组测点布置示例,1000MW超超临界机组测点布置示例,2.2 试验的仪
8、器仪表,电功率测量:采用精度不低于0.1级的数字功率表测量发电机功率。功率表输出信号送至计算机进行自动采集,记录功率、功率因数、频率、各相电压、电流等参数。 压力测量:采用精度不低于0.1级的绝对压力变送器或表压变送器测量,并对试验数据进行相应的仪表校验值、大气压力、仪表位差等修正。 流量差压测量:采用精度不低于0.1级的差压变送器测量,测量值经仪表校验值修正。 温度测量:采用 I级精度热电偶及A级精度铂电阻测量;热电偶补偿导线为精密级导线,冷端在数据采集系统中进行自动补偿。测量值经仪表校验值修正。 数据采集:示例:英国施伦伯杰公司生产的0.02级IMP分散式数据采集系统,配备便携式计算机,自
9、动记录压力、差压、温度等测量值,并进行相应数据修正处理。 储水箱水位变化量的测量:除氧器水箱、凝汽器热井等系统内储水容器水位变化用就地水位计人工读数,或从DCS中读数,试验前需要对DCS读数进行核对。水位计标尺最小刻度为毫米。 系统内明漏量测量:漏出和漏入热力系统的无法隔离的明漏量,如凝结水泵和给水泵的盘根泄漏量等,由试验人员采用容积法使用量筒和秒表测量。,IMP分散式数据采集系统示意图,凝结水、给水流量测量,准确测量主流量对试验结果的准确性至关重要,对于机组性能的长期监测也有重要意义。 ASME PTC6推荐使用低值喉部取压喷嘴,并对这种测量装置进行了详细说明。 这种喷嘴的值(d/D,d为流
10、量喷嘴喉部直径,D为管道内径)必须在0.25和0.50之间;流量管段应予以校验,流量管段由主元件和上下游管段组成,上游直管段长度最少为20倍管径,包括在节流件上游至少16倍管径处安装的整流器。,低值喉部取压喷嘴,带板式整流器的流量管段,低值喉部取压喷嘴,喉部取压流量喷嘴,低值喉部取压喷嘴,整流器推荐选用由具有不均匀分布孔的多孔板式或管束式低压损整流器。整流器应采取可靠的方式牢固地固定在管道内。,具有不均匀分布孔的多孔板式或管束式整流器,低值喉部取压喷嘴:组装与安装,喷嘴流量管段的组装方式,有法兰组装的,也有焊接组装的。 基本的考虑是,必须确保在工作条件下,流量管段严密性良好,绝对不可以有泄漏现
11、象;并且要能够较为方便地对喷嘴进行检查,尤其是对喷嘴内表面的检查。 对于用于压力相对较低的场合,例如用于测量凝结水流量、低压给水流量,流量管段的组装常采用法兰连接方式。当用于压力相对较高的场合,例如用于测量高压给水流量,流量元件安装在给水泵的下游,要承受高压,其法兰的设计必须满足相应规程的要求,确保安全和严密。 为了避免通常启动前冲管对喷嘴造成的损坏,规程建议流量管段在冲管后安装。,低值喉部取压喷嘴:校验,低值喉部取压喷嘴的校验对于使用该装置进行测量的准确性至关重要。 需要对喷嘴及其前后直管段(包括整流器)进行整体校验。 校验需要在认可的设施上进行,且与现场喷嘴安装情况相似。同样,雷诺数、水温
12、和其它流动条件应尽可能接近试验条件。校验最好至少包含20个覆盖大的雷诺数变化范围的点。所有四组取压孔都应予以校验。 通过校验,对做为精密测量元件的喷嘴流量管段的设计制造水平进行检验,得到了相应的系数,将用于该喷嘴的流量计算。规程中详细给出了评价喷嘴的判据,以及由校验数据求得判据中相应系数的方法。当规程中列出的判据标准都能得到满足时,就认为喷嘴的检验是满意的。,低值喉部取压喷嘴:安装方向,PTC6规程建议流量测量管段水平安装,但也不禁止竖直安装。 受现场管道布置条件的限制,有时需要竖直安装流量管段。当竖直安装时,喷嘴上、下游取压孔不在同一水平面上,那么因管内和传压管内水的密度不同而造成的对差压测
13、量值的影响,必须予以修正。,低值喉部取压喷嘴:取压孔选取和安装位置,低值喉部取压喷嘴通常加工四组取压口,相邻两组取压孔周向相隔90。,水平管道流量测量元件的取压孔位置,应根据各组取压孔的校验结果,选用最满足评价喷嘴的判据要求,和最符合上图所示规则的2组取压孔。,低值喉部取压喷嘴:精度,使用满足规程要求的经过校验的流量测量管段,测量凝结水流量或给水流量,其测量基本不确定度为0.15%0.25%。,主流量测量示例 :1000MW机组性能考核试验,两支ASME PTC6标准推荐的高精度喉部取压长径流量喷嘴,测量主凝结水流量。两支喷嘴并行水平安装。,电站中安装的其它测量元件,在生产实际应用的元件中,如
14、不能采用低值喉部取压喷嘴,那么推荐使用标准流量孔板,因为这种节流装置的流出系数的不确定度相对较小,其流出系数C值的百分率不确定度C/C为: 当0.60时,为0.6%; 当0.600.75时,为%。 两种标准喷嘴中,可以考虑使用ISA 1932,其流出系数C值的百分率不确定度等于: C/C = 0.8% (当0.60时); C/C = (2 - 0.4)% (当0.60时)。 不推荐使用长径喷嘴,这种节流装置的流出系数的不确定度较其他几种测量装置高出很多,对在0.20到0.80之间的所有值,流出系数C值的百分率不确定度C/C = 2.0%。电站给水流量测量的永久仪表,有时会采用长径喷嘴,其准确性
15、是较差的,在用于试验的元件的选择上,应避免使用此类元件。,流量基本计算式,式中, qm 质量流量,kg/s; C 孔板或喷嘴流出系数; 1 流体的膨胀系数; d 工作条件下节流件的节流孔或喉部直径,m; p 孔板或喷嘴差压,Pa; 1 工作条件下介质的密度,kg/m3; 工作条件下节流件的节流孔或喉部直径与管道内径之比。,应注意的问题,针对不同型式的节流装置,流出系数C值和膨胀系数1有相应的计算公式。 对于经过校验的低值喉部取压喷嘴,公式中的C值应根据校验得到的Cx计算得到。 公式中的差压使用差压变送器测量,密度根据介质的压力、温度使用水蒸汽性质表确定,需根据介质温度和材质线膨胀系数计算得到工
16、作条件下的d和D值,求得工作条件下的值。 必须实测介质的压力、温度。压力使用压力变送器测量,温度使用热电偶或热电阻测量,每一流量测量都应配有相应的压力、温度测点。 控制系统中的流量计算多是根据流量与差压的设计值,将实测差压开方后与流量按照线性关系对应,并对一些流量考虑相应的温度、压力补偿(修正)。这种流量计算方法是不严谨的,必须注意。严谨的做法只能是严格按照规程中的公式进行计算,根据实测介质压力、温度计算密度、动力粘度,计算各系数,最终求得流量。 除文丘里管外,C值与雷诺数ReD有关,而ReD本身与qm有关。在这种情况下,最终结果需通过迭代计算求得。,新型的流量测量装置:科氏质量流量计,科氏质
17、量流量计的测量原理基于科里奥利力的概念及其相关原理。科里奥利力(Coriolis force)简称为科氏力,是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。 质量流量计让被测量的流体通过一个振动中的测量管,流体在管道中的流动相当于直线运动,测量管的振动会产生一个角速度,由于振动是受到外加电磁场驱动的,有着固定的频率,因而流体在管道中受到的科里奥利力仅与其质量和运动速度有关,而质量和运动速度即流速的乘积就是需要测量的质量流量,因而通过测量流体在管道中受到的科里奥利力,便可以测量其质量流量。 目前很多仪器制造商都生产科氏质量流量计,精度水平也有差别,常见的精度
18、在0.1%0.2%量程范围,某些先进的科氏质量流量计可以达到0.05%精度。,新型的流量测量装置:科氏质量流量计,其它流量测量装置,超声波流量计,测点安装的要求,压力 对于低于大气压力的压力的测量,变送器应安装在取压孔的上方。 温度 用于确定焓值的温度测点位置应尽可能靠近对应压力测点。温度套管应安装在压力测点取压孔的下游,或者,若在上游,则不能在同一纵向平面内。 元件的固定 流量 ASME低值喉部取压喷嘴的安装 孔板安装,仪表的校验,用于试验的测量仪器应精确和可靠,对仪表进行校验是确保测量精确性和可靠性的必要措施。 所有试验仪表均需经过法定计量部门或法定计量传递部门校验,并具有有效的合格证书。
19、,何谓校验? 仪表校验的过程可定义为:将过程条件同时施加于被校验仪表和参考标准,从被校验仪表和参考标准读取示值,将被校验仪表的输出调整到参考标准。 另一种情形,则是将被校验仪表和参考标准的偏差记录下来,并应用于被校验仪表的示值,也就是对被校验仪表的测量输出进行仪表校验值修正。 对试验仪表进行校验的目的: 一方面是对仪表精度级别的检查和确认; 另一方面通过校验得到的数据,可用于对测量值进行仪表校验值修正,从而提高测量的精确性。,试验前应校验的仪表,通常包括: 用于温度测量的热电偶、热电阻; 用于压力测量的表压变送器和绝压变送器; 用于流量差压测量的差压变送器; 用于电功率测量的数字功率表; 用于
20、凝结水或给水流量测量的低值喉部取压长径喷嘴等。,关于试验专用仪表与运行表计,概念: 试验专用仪表,或称临时仪表,使用专用测量系统; 运行表计,或称永久仪表、电站仪表,数据取自DCS、DAS、DEH等系统 二者的差别 仪表本身精度上的差别。 仪表的校验级别的差别。 仪表校验值应用上的差别。 其它测试环节上的差别。 流量的计算; 数据记录的精度。 即使是大修前后常规的性能测试,为了求得试验测量的高准确性,对于重要参数的测量,也应尽可能使用试验专用仪表。永久仪表的测量系统足以满足设备运行控制系统的要求,但不一定能满足性能试验测量不确定度的要求。,三、试验条件及试验步骤,3.1试验条件,机组设备条件
21、系统条件 运行条件 仪表条件,机组设备条件,汽轮机、锅炉及辅助设备运行正常、稳定、无异常泄漏 轴封系统运行良好 真空系统严密性符合要求 高压主汽调节阀能够调整到试验规定的阀位上,并且在试验时保持阀位稳定,以确保阀点基准试验工况的实现。,系统条件,试验热力系统应严格按照设计热平衡图所规定的热力循环运行并保持稳定;机组汽水系统保持为严格单元制运行。回热系统与设计一致,各段抽汽正常投入,各加热器疏水方式与设计热平衡图一致 系统隔离符合试验要求。管道、阀门无异常泄漏,系统不明泄漏量要求不超过满负荷时主蒸汽流量的0.1% 。 系统不明泄漏量的大小,可以反映出进、出热力循环的泄漏的程度。,运行条件,汽轮机
22、运行参数尽可能调整到设计值并保持稳定,以减少对试验结果的修正。其平均值偏差及波动值不应超过规定的范围 试验期间停止补水,凝汽器热井水位、除氧器水箱水位维持恒定或稳定变化,无大的波动。 对于使用凝结水做为主流量的试验,试验期间应严格控制主凝结水流量的波动。 各加热器水位正常、稳定 不投或尽量少投再热器减温水,如果必须投减温水,则应保持减温水在试验持续时间内稳定。 发电机氢压、氢纯度、功率因数等调整在额定值附近。,水位的变化趋势,运行参数允许偏差和允许波动,仪表条件,所有试验仪表校验合格,工作正常 测试系统安装及接线正确 数据采集系统设置正确,数据采集正常 DCS数据记录正常,试验的时间,验收性试
23、验应尽可能早,最好在汽轮机首次带负荷运行后的8周内进行。以确保机组没有结垢和损坏等,对过热区的汽轮机将初次启动后立即进行的焓降效率试验与验收试验前再次进行的焓降效率试验结果进行比较。,试验的次数,至少应在阀门全开和两个部分负荷工况点做重复试验,在同一运行工况的重复试验,会减小不确定度中的随机误差,部分负荷试验应在阀点进行,以保证重复性试验能够在相同的条件下进行。一组试验应从同一阀点开始并结束,最好选阀门全开工况(VWO)开始并结束 不能在不改变阀门位置和不破坏隔离的情况下连续进行试验。在负荷变化期间可补水、排污,负荷变化至少在15以上 同一工况点的两次试验,其修正后的热耗率相差应在0.25以内
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