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汽轮机性能试验标准ASME PTC6 2004与GB/T 8117 2008对比与分析
李 明
河南电力试验研究院
【摘要】本文主要对GB 8117-2008与ASME PTC6-2004两个标准的各项条款进行对比分析，以便于利用先进标准指导现场性能试验，提高现场试验精度，保证试验结果科学、严谨性，更好地为电厂管理和节能降耗服务。
【关键词】汽轮机；性能试验；标准
0 前言
近年来，随着大容量机组的发展以及国际先进技术的引进，对汽轮机性能测试的要求越来越高，原有国家标准GB8117-1887《电站汽轮机热力性能验收试验规程》已不能适应电力工业发展的需要，近年汽轮机性能考核试验一直以美国机械工程师协会《汽轮机性能试验规程》（ASME PTC6-1996，2004年更新为PTC6-2004）为验收标准。为更好与国际接轨，2008年国家标准颁布了新的汽轮机性能试验标准GB8117-2008，引用原国际电工委员会IEC 60953:1990标准。新修订的GB/T 8117-2008标准与GB/T 8117-1987相比，在适用范 围 、结 构 、内容及要求等方面有很大的变化，用不同的方法实施汽轮机热力性能验收试验和评估汽轮机热力性能，更加适用于不同的机组和不同的验收试验要求的需要。其中GB 8117.1-2008主要适用于大型凝汽式汽轮机高准确度热力 性 能 验 收试验，试验的要求更严格，仪表校验要求高，测量不确定度小，本文主要对GB 8117-2008与ASME PTC6-2004两个标准的各项条款进行对比分析，以便于评估现场性能试验的应用范围和适应性。
1 两种标准简要介绍及对比
美国机械工程师协会《汽轮机性能试验规程》（PTC6-2004）提供了全面试验和简化试验两种试验方法， GB_8117-2008也提供了高准确度、宽准确度两种试验方法。主要区别见下表。

表1 两种试验方法简要对比
名称
汽轮机性能试验规程
汽轮机热力性能验收试验规程
第1部分:方法A—大型凝汽式汽轮机高准确度试验
第2部分:方法B— 各种类型和容量的汽轮机宽准确度试验
标准号
ASME PTC6 -2004
GB/T 8117 2008
(IEC 60953:1990)
替代标准
ASME PTC6 -1996
GB_8117-1987
标准性质
美国国家标准
GB/T 国家推荐性标准
适用范围
适用于过热蒸汽或者湿汽区(主要为核燃料机组)的汽轮机的试验。
简化试验的结果不确定度略有增大。
方法A：适用于凝汽式汽轮机高准确度的热力性能验收试验。部分内容也适用于背压式汽轮机、抽汽式汽轮机及混压式汽轮机的热力 性 能 试 验。
方法B：适用于各种型式、容量和用途.准确度范围较宽的汽轮机热力性能验收试验。
不确定度
全面试验：0.25%
简化试验：0.34%
湿汽区运行的汽轮机：0.37-0.5%
方法A：火电机组：0.3%
核电机组：0.4%
方法B：大型凝汽机组：0.9-1.2%
核电机组：1. 1%一1. 4%
背压式、抽汽式和小容量凝汽式机组：1.5%-2.5%
不确定度计算
附录提供详细计算方法和标准

提供计算方法和标准
2试验程序与方法比较
2.1试验时间的规定
两规程均规定：首次带负荷运行后的8周内进行。该期内应做焓降试验或预备性试验，以监视汽轮机高压缸和中压缸性能的变化，但不能得到低压缸的性能。若焓降试验表明机组性能非正常退化，或因电厂条件限制使得试验拖延到首次运行的四个月以后，试验应延期至首次揭缸检查(如果影响机组性能的缺陷在检查期间得到了消除)后立即进行。除非双方有书面协议，验收试验应在合同规定的保证期内进行。
2.2老化修正
ASME PTC6 PTC6标准不允许将热耗率试验结果调整到刚投运时的烩降效率或是计入老化影响。其不确定度评价导则提供了一种老化计算方法，主要用于商业目的。
GB/T8117标准规定，当使用方法A时，不允许将试验热耗率按启动烙降效率试验的结果进行修正或进行老化修正。当使用方法B时，如果有理由确定机组没有部分损伤或结垢，则试验各方可商定一个由于老化引起的性能的劣化平均值，并在试验结果与保证值比较时予以考虑，如果没有专门协议，对燃用化石燃料机组提供了由于老化引起的性能劣化的平均修正量。
图1 300MW机组老化修正系数对比

2.3不明漏量
ASME PTC6 PTC6与GB/T8117.1均规定不明漏量不能超过满负荷时主汽流量的0.1%。GB/T8117.2规定不宜大于试验结果相对测量不确定度(以百分比表示)乘以0.4之积。
2.4参数的最大允差和波动有所不同
表2 参数的最大允差和波动对比
参数
平均值与规定值的最大允差
测量值与平均值的最大允差
ASME PTC6
GB/T8117.1
ASME PTC6
GB/T8117.1
主蒸汽压力
绝对压力的±3%
绝对压力的±3%
绝对压力的±0.25%和34.5 kPa二者中的大者
绝对压力的±0.25%和34.5 kPa二者中的大者
主蒸汽和再热温度
当过热度在15-30℃时±8℃
当过热度超过30℃时±16℃
当过热度≤25℃时±8℃
当过热度>25℃时±15℃
当过热度在15-30℃时±2℃
当过热度大于30℃时±4℃
±2℃
±1℃
主流量

连续采样频率2倍的波动，其允许值为差压值的±1%；对于低频波动，对于波动频率大于允许值为差压值的±4%
对于超出读数频率一半以上的高频波动，最大允许波幅的平均值为满负荷时读数的1%，对于低频波动为5%。
辅助流量
± 5.0%×(主流量)/(辅助流量)

主流量波动值×(主流量)/(辅助流量)

再热器压降
±50%

抽汽压力
±5%
偏离大商议

抽汽流量
±5.0%

最终给水温度
±6℃
±8℃

排汽压力
±0.34kPa和绝对压力的±2.5 % 二者中的大者
绝对压力的±2.5 %
±0. 14kPa和绝对压力的±1.0%，二者中的大者
绝对压力的±5.0%
负荷
经过全部修正后的负荷偏离规定负荷不得超过5%
±5%
±0.25%
±0.25%
电压
±5%
±5%

功率因数
不作规定
可在1和(规定值减0.05)之间变化
±1%

转速
±5%

±0.25%

2.5试验的持续时间
ASME PTC6规定在每一负荷点至少应做持续2小时的稳定工况试验。
GB/T8117.1建议一次验收试验的持续 时 间 为 2小时，持续时间也可根据协议缩短，但不得小于1小时；能力工况试验的持续时间宜按此选定。 GB/T8117.2建议一次验收试验的最短 持 续时间为1小时，经协商或因技术上的要求持续时间也可缩短，但不宜小于30分钟；能力试验的持续时间宜由各方商定，但不宜小于 15分钟。
2.6试验的读数周期
ASME PTC6规定功率值和主流量的差压值，其读数间隔不得大于1分钟。其它重要参数的读数间隔不得大于5分钟。累计式表计和水位的读数间隔不大于10分钟。
GB/T8117.1规定主流量差压一般宜每0.5分钟读数1次，输出电功率读数间隔不宜大于1 分钟。主要压力和温度读数间隔不宜大于5分钟。
GB/T8117.2规定流量的差压和电功率间隔为1分钟，压力和温度根据波动性质和大小在3到5分钟之间选择。
3测量方法比较
主要对ASME PTC6与GB/T8117.1进行比较，GB/T8117.2仪表测量精度稍低。
3.1电功率测量
ASME PTC6规定发电机功率用三线或四线法测量，应该用0.3%精度等级的电流互感器和电压互感器。有功功率或电能要用精密(在功率因数>0.8时，不确定度为读数的±0. 10%)的瓦特/瓦特时表测量。励磁和辅机功率要求0.25%等级精度。输出功率测量仪器，必须在试验前、后进行校验。
GB/T8117.1要求发电机功率可采用 两 功 率 表法，但最好是用三功率表法侧量。应 采 用准确度等级不大于0. 1% 的单相或多相功率表.或者误差不得大于读数的0. 1%的单相或多相电度表。在试验之后用对比侧量法校核仪表，两者之间的允差不大于0.15%。电流互感器和电压互感器精度未明确规定。
3.2主流量测量
ASME PTC6与 GB/T8117.1推荐用低b值喉部取压长颈喷嘴。GB/T8117.2规定通常使用标准节流装置测量流量，对需要较低测量不确定度的场合，建议对标准节流装置进行校验。
长颈式、低b值喉部取压喷嘴结构特点：
（1）长颈式、喉部取压。
（2）低b值(d/ D)值：在0.25和0.50之间。
（3）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。下游直管段长度最少为10倍管径。
对长颈喷嘴校验要求：
（1）试 验 流量管段整体校验。
（2）喷嘴流出系数应在最高可获得的雷诺数下建立，从而使渐变区的影响降至最低。
（2）流出系数与雷诺数所建立的校验曲线与参考曲线之差应在0. 25%
（3）至少包含20个的校验点，尽量覆盖较大雷诺数变化范围。
（4）雷诺数大于106的每一校验点计算得到Cx。满足以下三个标准：a) Cx的平均值必须为1.0054士0.0025；b)Cx不随雷诺数的改变；c)校验数据的分散度合格，Cx值的95%可信度的置信区间不应超过0.0006。
3.2主流量差压测量
ASME PTC6规定应用具有0.05%精度等级(±0.1%最大不确定度)的差压变送器，其误差不得超过满量程的0.05%加读数的0.01%。差压变送器必须在每一试验前、后均进行校验。试验前、后校验曲线间相差不得超过质量流量的0.05%。零位的漂移应小于试验观测差压值的0.1%。两个差压测量仪器的瞬间读数相差不得超过0.20%。
GB/T8117.1规定差压仪表如为水银差压计， 宜为 1. 2 mm或更大内径的精密型表，宜配有助读工具.使读数精确至0.25 mm以内。差压变送器要求试验前后进行校验，其误差不宜大于满量程时的0.05%加上读数的0.01%的值，零位小于差压读 数的 0.1%，两处差压计的平均读数其差别不应大于0.2%.
3.3辅助流量测量
ASME PTC6规定所有辅助流量测量对热耗率影响的组合不确定度不应超过±0.1%。GB/T8117.1规定所有辅助流量的测量误差值引起的热耗误差的总和不大于0.2%。
3.3压力测量
ASME PTC6规定对于所有关键压力的测量，应具有0.10%精度等级的校验过的压力变送器。对于不需要高精度的压力，可用校验过的0.25%精度等级的压力变送器。零点的漂移不得大于观察值的0.1%。
排汽压力用0.10%或更高精度等级的绝对压力变送器测量。凝汽式汽轮机的排汽静压应在、或靠近排汽法兰的任一侧进行测量。每一排汽通道的测量不少于2个。若不具备上述条件，那么取压口应设在排汽通道内，并且要加装网笼探头或导流板。同一时刻的读数中，差别应小于0.33kPa(2.5mmHg)。
3.3温度测量
ASME PTC6规定温度测量系统不确定度为±0.5℃。对试验结果有重大影响的温度，应当在大致相同位置，但不能在同一套管里的两个点测量，两点读数相差小于0.5℃。试验前、后，对热电偶和电阻温度计都要进行校验，校验值相差不得大于1℃。
4试验结果的计算及与保证值的比较
4.1对试验结果的总体要求：
ASME PTC6和 GB/T8117.1对试验条件、定量分析要求极为严格。
GB/T8117.2为避免由于未满足某些要求而使试验作废，提供了一些处理此类情况的建议。另外，方法B还提供了测量量变量和试验结果不确定度的详细计算方法。还为在规定试验期限之后和不经事先检查而进行试验及评价推荐了一些其他方法。
ASME PTC6和 GB/T8117.1因为要求严格，因此在电厂设计阶段就要确定采用何种试验方法，以便在设计中采取必要的措施，并最好在汽轮机订货合同中予以确定。
GB/T8117.2能适用于各种类型和容量的汽轮机验收试验，宜尽早确定所要求的测量不确定度。.
4.2重复性试验结果一致性的要求
ASME PTC6和 GB/T8117.1都规定若两次试验是在同一工况点进行的，修正后的热耗率相差应在0.25%以内。对一系列试验的不一致的处理方法有一定差异。
4.3试验结果的修正及测量不确定度
ASME PTC6和 GB/T8117.1都规定将试验结果与保证值进行比较时，不考虑试验结果的测量不确定度。GB/T8117.2提供了范围较宽的修正办法，在与保证值比较时考虑试验结果的侧量不确定度。
4.4试验结果比较基准
ASME PTC6提供的试验结果比较基准：（1）阀点基准；（2）阀回路平均值基准；（3）节流阀基准；（4）规定负荷基准。
GB/T8117.1提供的试验结果比较基准：（1）保证点轨迹曲线与保证值比较（2）保证点的保证值比较。首先确定试验结果与 保 证 值比较方式，是以新蒸汽流量不变还是固定阀点，采用不同修正方法，而节流调节式汽轮机还应对保证工况和试验工况之间的节流差别进行修正，再与保证值进行比较。
5 结语
现有GB/T8117-2008标准等同采用国际标准IEC 60953:1990，比原有GB 8117-1987更为详实，现场可操作性更强，适用于不同的机组和不同的验收试验要求的需要，GB/T8117.1-2008对试验的要求更严格，仪表校验要求高，测量不确定度小，测量结果可直接与标准值比较，各项条款已与ASME PTC6 -2004相差不大，两标准均可适用于大型凝汽式汽轮机高准确度热力性能验收试验。从内容详实和严谨性方面比较，ASME PTC6稍胜一筹。
参考文献：
[1] 美国机械工程师协会，《汽轮机性能试验规程》(ASME PTC6 PTC6PTC6 2004) [B].
[2] 国家标准，《汽轮机热力性能验收试验规程》（GB/T 8117-2008） [B].2008.