汽輪機冷態(tài)啟動過程中脹差偏大的原因分析及優(yōu)化措施

李濤

【摘 要】本文簡要介紹了脹差的概念及脹差過大的危害，從我廠汽輪機冷態(tài)啟動過程中出現(xiàn)脹差正值偏大的實際現(xiàn)象進行分析，提出控制脹差正值偏大的相應措施。

【關(guān)鍵詞】汽輪機；冷態(tài)啟動；脹差

0 概述

我廠汽輪機型號為CC360/251.6-24.2/1.3/0.45/566/566，為東方汽輪機有限公司制造的超臨界、一次中間再熱、單抽、三缸兩排汽、雙抽可調(diào)供熱、凝汽式汽輪機。主再熱蒸汽溫度均為566℃，高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子均是由整體合金鋼鍛件加工的無中心孔轉(zhuǎn)子，高中壓轉(zhuǎn)子為雙流結(jié)構(gòu)，反向布置；低壓轉(zhuǎn)子為雙流對稱結(jié)構(gòu)。高壓汽缸為雙層缸，中壓汽缸為雙層缸，低壓汽缸為三層缸。機組投運后的多次啟動過程中，高壓和中壓脹差偏大，常接近報警值，影響啟機并網(wǎng)及升負荷速度。

1 脹差概述

1.1 脹差的定義

當汽輪機啟停及負荷變化時，轉(zhuǎn)子和汽缸均會膨脹或者收縮。由于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量比汽缸小，且轉(zhuǎn)子受熱表面積比汽缸要大，因此蒸汽對轉(zhuǎn)子表面的放熱系數(shù)較大。在相同的條件下，轉(zhuǎn)子溫度變化比汽缸快，轉(zhuǎn)子和汽缸的膨脹存在著差值，定義為相對膨脹差（脹差）。當轉(zhuǎn)子膨脹量大于汽缸膨脹量時為正脹差，當轉(zhuǎn)子膨脹量小于汽缸膨脹量時為負脹差。

1.2 脹差大的危害

啟動過程中，脹差偏大不僅延緩啟機速度，當脹差超過規(guī)定值時，就會使汽輪機動靜間的軸向間隙消失，發(fā)生動靜摩擦，引起汽輪機組振動增大，甚至掉葉片、大軸彎曲等嚴重事故。無論是正差脹還是負差脹，達到某一數(shù)值，汽輪機軸向動靜部分就要相碰發(fā)生摩擦。

2 冷態(tài)啟動過程中脹差正值偏大的原因

2.1 汽輪機進汽溫度高，沖轉(zhuǎn)參數(shù)與廠家推薦的沖轉(zhuǎn)參數(shù)有偏差

合適的啟動參數(shù)能夠減少轉(zhuǎn)子和汽缸的膨脹差，沖轉(zhuǎn)參數(shù)較高，轉(zhuǎn)子和汽缸的溫差也大，引起脹差也大。

2.2 軸封供汽溫度高

本廠有兩臺同型號機組，啟機過程中用輔助蒸汽供軸封，而輔助蒸汽汽源來自鄰機四抽，鄰機正常運行時，四抽溫度380℃，高于廠家說明書推薦值208～260℃。由于軸封供汽直接與汽輪機大軸接觸，因此軸封供汽溫度的變化直接影響轉(zhuǎn)子的伸縮。

2.3 高壓缸倒暖不充分，中壓缸正暖管道太細

本廠高壓缸采用輔汽倒暖，中壓缸采用輔汽正暖，暖機時間點為鍋爐點火后。本廠采用中壓缸啟動，高壓缸倒暖完成后進行悶缸，在沖轉(zhuǎn)時，需開啟高排通風閥以防止高壓缸葉片過熱。在開啟高排通風閥時，高壓缸缸溫下降較快，說明高壓缸未充分加熱，只是表面測點溫度達到了倒暖缸所做的要求。而中壓缸正暖的管道太細，一部分取自中聯(lián)門閥后的疏水管道進入中壓缸，造成進汽量不足，中壓缸正暖不充分。

2.4 高中壓夾層加熱裝置未發(fā)揮作用

本廠高壓缸夾層加熱汽源來自冷再熱蒸汽，中壓缸啟動過程中，在切缸完成后，高壓缸外缸溫度已經(jīng)高于冷再熱蒸汽溫度，此時若投入高壓缸夾層加熱，只能起到冷卻高壓缸的作用，因此高壓缸夾層加熱無法投入。本廠汽輪機中壓缸啟動后，中壓缸夾層加熱汽源取自中聯(lián)門門后的疏水管道，造成中壓缸夾層加熱汽量不足。兩者均造成了外缸無法盡快膨脹。

2.5 升速過快，暖機時間不足

暖機能夠使汽輪機各部金屬溫度得到充分的預熱，減少汽缸法蘭內(nèi)外壁，法蘭與螺栓之間的溫差，轉(zhuǎn)子表面和中心的溫差，從而減少金屬內(nèi)部應力，使汽缸、法蘭及轉(zhuǎn)子均勻膨脹，各脹差值在安全范圍內(nèi)變化。暖機時間不足會造成汽缸無法得到充分膨脹，轉(zhuǎn)子和汽缸的膨脹差值偏大。

3 控制措施

3.1 嚴格控制啟動初參數(shù)

啟動時加強與鍋爐專業(yè)人員聯(lián)系，嚴格控制啟動參數(shù)。初參數(shù)控制低，有利于增加進入汽輪機的蒸汽流量，便于汽輪機暖缸，同時，主蒸汽溫度控制低，也會限制汽輪機轉(zhuǎn)子的溫升速度，減少正脹差的出現(xiàn)。

3.2 采用合理的軸封供汽溫度，適當縮短軸封供汽壓力及送汽封時間

機組在正常運行中，冷再熱蒸汽溫度要低于四抽溫度。輔汽汽源設(shè)計了冷再和四抽，冷態(tài)啟機時可采用鄰機冷再熱蒸汽作為輔汽汽源，適當降低軸封供汽溫度。冷態(tài)啟動時，盡量縮短送汽封時間，在不影響真空的情況下汽封壓力盡量降低。

3.3 充分進行高壓缸倒暖

適當將高壓缸暖缸時間提前，當高壓缸內(nèi)部表面溫度達到暖缸規(guī)定值后，停止倒暖后觀察，若缸溫下降，則反復進行倒暖，讓高壓缸進行充分加熱。

3.4 高壓缸夾層加熱裝置及中壓缸夾層加熱管道改造

高壓缸夾層加熱汽源可改造為主汽，具體接口可取自主汽供軸封的管路，讓高壓缸夾層加熱在啟動過程中發(fā)揮實際作用。中壓缸夾層加熱進汽管路可適當改粗，讓中壓缸夾層加熱汽量充足。

3.5 升速過程中充分暖機

按照設(shè)置的暖機點充分暖機。若升速或升負荷后脹差有不斷增大的趨勢，應穩(wěn)定轉(zhuǎn)速或負荷繼續(xù)暖機，不要時可以降低轉(zhuǎn)速或負荷。

3.6 充分疏放水

充分的疏放水可以提高下汽缸的溫度，降低上下缸的溫差，也就提高了汽缸整體的平均溫度。各抽汽管道充分疏放水，能夠提高各抽汽口的溫度，相應提高汽缸的整體平均溫度。同時，能夠使各抽汽管道充分膨脹，減少抽汽管道阻礙汽缸熱膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。

3.7 低壓加熱器隨機啟動

脹差產(chǎn)生的主要原因是汽缸加熱慢，而轉(zhuǎn)子加熱快，采用低壓加熱器隨機滑啟，能夠使下汽缸汽流流動充分，徹底排盡積水，提升了下汽缸的加熱速度，使得下汽缸盡快脹出，從而減少了正脹差。

3.8 并列后全周進汽，適當降低主汽壓力

汽輪機并列后，全開調(diào)門，采用全周進汽，使各部分均勻加熱。在一定負荷下適當降低主汽壓力能夠增加汽輪機的進汽量，加快汽缸加熱速度。現(xiàn)今大容量機組采用CCS控制，若CCS已經(jīng)投入，可將滑壓偏置設(shè)置為負值。

【參考文獻】

[1]華東六省一市電機工程（電力）學會編.汽輪機設(shè)備及其系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]翦天沖.汽輪機原理[M].北京：中國水力電力出版社，2002.

[責任編輯：王偉平]