汽轮机旁路系统是指与汽轮机并联的蒸汽减温减压系统，其主要功能为机组启、停时协调锅炉出口和汽轮机进口的蒸汽参数，启、停机或发生事故时保护再热器，以及回收工质^[1]。通过旁通整套汽轮机，直接将蒸汽引入凝汽器的系统称为整体旁路；旁通高压缸的管道系统称为高压旁路；旁通中、 低压缸的管道系统称为中低压旁路。汽轮机组常见的旁路系统有以下3种。

只设置整体旁路的系统称为一级旁路系统。 其优点是系统简单、操作方便，适用于再热器不需保护的机组^[2]。

设有高压旁路和中低压旁路的系统称为两级旁路系统。其优点是调节灵活，可有效地保护再热器，但旁路系统较复杂^[2]。

同时设置了整体旁路、高压旁路和中低压旁路的系统称为三级旁路系统。这种系统最为复杂，但机组更有利于适应负荷变化的要求^[2]。

本文主要分析燃气—蒸汽联合循环汽轮机常采用的三级旁路系统，探讨汽轮机三级旁路系统优化方法，为汽轮机三级旁路系统在燃气—蒸汽联合循环机组的合理使用提供参考。

图 1为燃气—蒸汽联合循环机组汽轮机旁路系统构成。以西门子SGT5-4000F级燃气—蒸汽联合循环机组为例，旁路系统主要由以下几个部分组成。

图1(Figure 1)

图1 燃气—蒸汽联合循环机组汽轮机旁路系统构成

每台余热锅炉设计有1个100%容量的高压旁路管道，用以在机组启动过程中和汽轮机退出运行时调节控制汽轮机高压主汽阀前的压力，高压主蒸汽通过高压旁路阀及其减温装置降压、降温后进入冷再蒸汽管路。高压旁路阀后配有蒸汽减温器，减温水来自高压给水泵中间抽头给水。减温水经过电动截止阀后，通过调整阀控制减温水投入量以调节旁路阀后的蒸汽温度。

每台余热锅炉设计有1个100%容量的中压旁路管道，在机组启动过程中和汽轮机退出运行时调节控制汽轮机中压主汽阀前的压力，中压主蒸汽通过中压旁路阀及其减温装置降压、降温后进入凝汽器。中压旁路阀后配有蒸汽减温器，减温水来自凝结水泵出口的凝结水。减温水经过电动截止阀后，通过调整阀控制减温水投入量，将旁路阀后蒸汽温度降至允许蒸汽条件。

每台余热锅炉设计有1条100%容量的低压蒸汽旁路管道，在机组启动过程中和汽轮机退出运行时调节控制汽轮机低压主汽阀前的压力，低压主蒸汽经汽轮机低压旁路阀降压后导入凝汽器。低压旁路阀后配有蒸汽减温器，减温水来自凝结水泵出口的凝结水。减温水经过电动截止阀后，通过调整阀控制减温水投入量，将旁路阀后蒸汽温度降至允许蒸汽温度。

燃气—蒸汽联合循环机组运行过程中容易发生以下2个问题。

机组实际运行中，高、中、低压旁路调节阀内漏是燃气—蒸汽联合循环机组汽轮机旁路系统最常见的问题。主要表现为当高、中、低压主蒸汽全部进入高、中、低压缸，旁路调节阀保持全关时，高、中压旁路后温度会上升。故障主要原因有：

（1） 施工工艺不良，阀芯垫片安装不当导致阀门内漏^[3]。

（2） 管道中有杂物，杂物被挤压在阀芯和阀座之间导致阀芯发生偏斜，造成旁路调节阀关闭不严，引起旁路调节阀漏汽。

（3） 因旁路减温水对阀门局部位置的冷却，造成阀座或者阀芯不均匀变形，使得阀门卡涩，从而导致阀门内漏^[4]。

（4） 由于流体汽蚀等因素对旁路调节阀阀芯造成冲刷。

（1） 泄漏的高压主蒸汽、再热蒸汽及低压主蒸汽因为未去汽轮机做功，而是直接进入再热冷段和凝汽器，使汽轮机效率降低，机组联合循环的热经济指标变差^{[4, 5]}。

（2） 高、中、低压旁路系统蒸汽泄漏导致阀后管道超温蠕变损坏，使旁路阀后再热冷段管道和凝汽器前管路超温超压，甚至造成旁路阀后管路爆管，从而迫使汽轮机故障停运。

（3） 旁路调节阀的内漏还会造成阀体损坏、噪音增大等问题。

根据高、中、低压旁路系统阀门的内漏原因，可以通过以下措施解决旁路调节阀内漏问题：

（1） 在燃气—蒸汽联合循环机组建设初期，严格把关阀门施工安装的验收质量，防止阀门垫片安装偏斜等问题的发生。

（2） 严格执行炉侧及旁路系统阀门的安装、检验标准，避免将金属杂质遗留在旁路系统内。如果运行过程中发现金属杂质过多，需要及时进行清理。为了防止金属杂质进入旁路系统，设计时可以考虑在减温减压阀内部设置滤网。

（3） 对只承担机组启动功能的旁路系统可在旁路调节阀前增设1个电动截止阀，并在新增加的阀门前设置1个疏水点。机组正常运行时该阀处于关闭状态，既可以满足机组启动要求，又可以防止旁路阀门的内漏。在汽轮机跳闸等事故情况下，电动截止阀联锁开启。

高、中、低压旁路减温水系统是燃气—蒸汽联合循环机组汽轮机旁路系统的重要组成部分，旁路减温水阀喷水不足的问题较常见。在燃机高负荷、 100%旁路运行时，因中压汽包上水与中压旁路减温水互相抢水，造成中压给水流量明显不足。

减温水流量不足易造成中压旁路后管道超温，中压旁路减温水不能起到有效调节旁路后蒸汽温度的作用，严重时还会因中压汽包水位不断下降造成机组被迫非正常停运^[4]。

高、中、低压旁路减温喷水系统存在的管路流量及减温水喷水不足问题，可以通过以下几方面的改进来解决。

（1） 改进喷水减温装置的型式。喷水减温装置改进过程中有几点事项需要注意：减温水由下腔底部喷入时，不能与阀体直接接触；减温水喷在多孔的笼罩内，既可以保护阀体，同时也能减少交变应力对阀体和管道的影响，达到汽水混合良好的降温效果。

（2） 将高、中、低压旁路阀出口管径扩大，使蒸汽扩容后与旁路减温水充分混合。

（3） 优化旁路减温水逻辑，当汽轮机事故跳闸后，旁路减温水喷水调节阀能够快开，满足事故工况下喷水减温的需要。

高、中、低压三级旁路系统的运行状态直接影响汽轮发电机组的安全稳定运行。旁路系统功能的正常发挥，不但能够保证机组很好地适应100%旁路高负荷运行、突甩负荷等运行方式安全需要，而且可以最大程度地回收工质、提高机组运行的经济性^[5]。及时发现并解决汽轮机旁路系统存在的问题，对保证燃气—蒸汽联合循环机组长周期安全可靠与经济运行具有十分重要的意义。