合理利用輔汽供軸封，有效控制汽輪機(jī)脹差

石雙武

摘 要：我公司在一期2臺(tái)220MW汽輪機(jī)組同時(shí)備用狀態(tài)下，冷態(tài)啟動(dòng)一臺(tái)機(jī)組時(shí)，高壓脹差不易控制，甚至達(dá)到上限，不得不延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間，浪費(fèi)了大量燃料。經(jīng)過綜合分析其產(chǎn)生的根本原因，是當(dāng)二期2臺(tái)300MW機(jī)組輔助蒸汽供一期220MW機(jī)組軸封用汽時(shí)，由于對(duì)兩個(gè)機(jī)組抽汽壓力、溫度差別考慮不足，造成二期輔汽供軸封溫度過高。通過合理利用300MW機(jī)組輔助蒸汽，在一期單臺(tái)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)，使用二期輔汽供軸封時(shí)，有效地控制了汽輪機(jī)脹差，不僅縮短了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，同時(shí)降低了啟動(dòng)過程中不必要的損耗，2015年該項(xiàng)技術(shù)在我公司全面推廣。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)組；利用鄰機(jī)輔汽；軸封供汽；控制脹差

中圖分類號(hào)：TK2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）07-0150-02

1 前言

我公司220MW汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N200—12.7/535/535型超高壓中間再熱冷凝式汽輪機(jī)組增容改造而成，現(xiàn)型號(hào)為N220—12.7/535/535型超高壓中間再熱三缸三排汽凝汽式汽輪機(jī)。我公司軸封系統(tǒng)：高低壓軸封分別供汽，機(jī)組啟動(dòng)前有輔助蒸汽供，在機(jī)組負(fù)荷100MW以上，除氧器壓力、溫度正常后，有汽平衡門供汽。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，使用一期備用輔汽供汽時(shí)，汽輪機(jī)高壓脹差容易控制，機(jī)組能夠順利啟動(dòng)。但當(dāng)一期2臺(tái)220MW機(jī)組都備用情況下，機(jī)組進(jìn)行冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，使用二期輔汽供軸封時(shí)，就出現(xiàn)汽輪機(jī)高壓脹差正值上升較快，甚至達(dá)到上限（正常值-1—+4.5mm）不易控制，不得不延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間，嚴(yán)重影響了機(jī)組啟動(dòng)。本文就汽輪機(jī)在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，如何合理利用輔助蒸汽供軸封，有效控制汽輪機(jī)脹差，防止在啟動(dòng)過程中汽輪機(jī)發(fā)生動(dòng)靜摩擦問題進(jìn)行闡述。

以下介紹汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，軸封供汽溫度與脹差的關(guān)系，軸封供汽系統(tǒng)，以及供軸封操作步驟，還有系統(tǒng)存在的優(yōu)缺點(diǎn)，供大家參考。

2 軸封供汽溫度與脹差的關(guān)系

2.1 脹差的含義

當(dāng)汽輪機(jī)啟動(dòng)加熱或停止運(yùn)行冷卻以及負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，汽缸和轉(zhuǎn)子都會(huì)產(chǎn)生受熱膨脹或冷卻收縮。由于轉(zhuǎn)子受熱表面積比汽缸大，且轉(zhuǎn)子的質(zhì)量比相對(duì)應(yīng)的汽缸小，蒸汽對(duì)轉(zhuǎn)子表面的放熱系數(shù)較大。因此，在相同條件下，轉(zhuǎn)子的溫度變化比汽缸快，轉(zhuǎn)子與汽缸之間存在膨脹差，而這差值是指轉(zhuǎn)子相對(duì)于汽缸而言，故稱為相對(duì)膨脹差（即脹差）。習(xí)慣上規(guī)定轉(zhuǎn)子膨脹大于汽缸膨脹時(shí)的脹差值為正脹差，汽缸膨脹大于轉(zhuǎn)子膨脹時(shí)的脹差值為負(fù)脹差。無(wú)論是正差脹還是負(fù)差脹，達(dá)到某一數(shù)值，都會(huì)使汽輪機(jī)通流部分發(fā)生動(dòng)靜摩擦，引起機(jī)組振動(dòng)增大，甚至掉葉片、大軸彎曲等嚴(yán)重事故。

2.2 軸封供汽溫度對(duì)脹差的影響

影響脹差的因素有很多，控制措施也有多種，如控制進(jìn)汽參數(shù)、保持合適的真空、控制升速率、升負(fù)荷速度、合理使用汽缸和法蘭加熱裝置等，今天我想和大家探討軸封汽源對(duì)脹差的影響。

在汽輪機(jī)的高中壓缸端部，軸封系統(tǒng)的作用是防止蒸汽向外泄漏，以確保汽輪機(jī)有較高的效率；在汽輪機(jī)的低壓缸兩端，則是防止外界的空氣進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部，保證汽輪機(jī)有盡可能高的真空。為了汽輪機(jī)本體部件的安全，對(duì)軸封送汽的壓力和溫度有一定的要求。因?yàn)檩S封溫度如果與汽輪機(jī)本體部件溫度（特別是轉(zhuǎn)子的金屬溫度）差別太大，將使汽輪機(jī)部件產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力將造成汽輪機(jī)部件壽命損耗的加劇，同時(shí)還會(huì)造成汽輪機(jī)動(dòng)、靜部分的相對(duì)膨脹失調(diào)，這將直接影響汽輪機(jī)組的安全。因?yàn)檩S封蒸汽與汽輪機(jī)軸直接接觸，所以軸封供汽溫度影響軸的伸縮，從而影響汽輪機(jī)的脹差。低壓軸封汽溫度過高，還會(huì)引起該區(qū)域金屬過度膨脹，與低壓缸為一體的軸承座中心線發(fā)生變化，情況嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生異常振動(dòng)。

3 合理使用300MW機(jī)組輔汽供220MW機(jī)組軸封

一般情況下，機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，鍋爐很快能夠達(dá)到汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)，而大容量汽輪機(jī)組由于本體結(jié)構(gòu)復(fù)雜需要暖機(jī)，且暖機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，鍋爐等待時(shí)間比較長(zhǎng)，其中一個(gè)很重要的因素是高壓缸膨脹問題，由于冷態(tài)啟動(dòng)初期參數(shù)低，缸壁較厚，汽缸膨脹慢，脹差不易控制，它是導(dǎo)致汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的重要原因之一。而我公司一期兩臺(tái)220MW機(jī)組是上世紀(jì)八十年代的機(jī)組，由于容量較小，煤耗大，響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策要求，2015年下半年開始停運(yùn)備用，但當(dāng)每年夏季來(lái)臨，迎峰度夏電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷高時(shí)還要啟動(dòng)機(jī)組運(yùn)行，這時(shí)汽輪機(jī)軸封供汽需要二期兩臺(tái)300MW機(jī)組輔汽提供，由于供一期輔汽聯(lián)箱的二抽壓力2.5Mpa，溫度315.1℃，供二期聯(lián)箱的二抽壓力4.5Mpa，溫度350℃，顯然300MW機(jī)組輔汽壓力、溫度較高，雖然輔汽聯(lián)箱壓力控制在0.5 Mpa，但供軸封的溫度還很高，在一期前兩次啟動(dòng)時(shí)，由于二期輔汽聯(lián)箱直接供一期軸封系統(tǒng)，溫度過高，和金屬溫度不匹配，造成高壓脹差不易控制，不得不延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間，影響了機(jī)組的啟動(dòng)，浪費(fèi)了大量燃料和廠用電，故很有必要想辦法合理利用輔汽系統(tǒng)。

4 300MW機(jī)組輔汽供220MW機(jī)組軸封系統(tǒng)蒸汽流程簡(jiǎn)介

（1）改進(jìn)前軸封系統(tǒng)蒸汽流程如下：

300MW高壓輔助蒸汽聯(lián)箱——220MW輔助蒸汽聯(lián)箱 ——軸封供汽母管——高中壓軸封調(diào)整門（另一路去低壓軸封調(diào)整門）——高中壓軸端汽封（或低壓軸封）。

（2）改進(jìn)后軸封系統(tǒng)蒸汽流程如下：

300MW高壓輔助蒸汽聯(lián)箱——220MW輔助蒸汽聯(lián)箱 ——除氧器水箱和除氧塔——汽平衡門——軸封供汽母管——高中壓軸封調(diào)整門（另一路去低壓軸封調(diào)整門）——高中壓軸端汽封（或低壓軸封）。

通過以上比較可以看出，改進(jìn)后二期輔汽先進(jìn)入一期除氧器和除氧塔，降壓、降溫后供軸封，這時(shí)除氧器壓力控制為0.2Mpa，溫度為120℃左右，通過汽平衡門再供軸封用汽，這樣是軸封溫度和汽缸、轉(zhuǎn)子金屬溫度相匹配，溫度相差與輔汽直接供軸封用汽大大降低，使脹差得到較好的控制，有效縮短了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，節(jié)約了大量燃料。

5 軸封系統(tǒng)投入操作步驟

（1）汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)投入（機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)先抽真空后送軸封）。（2）檢查確認(rèn)系統(tǒng)表計(jì)正常。（3）檢查軸封系統(tǒng)各閥門位置正確。（4）檢查汽輪機(jī)盤車已經(jīng)投入。（5）檢查凝結(jié)水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)投運(yùn)正常。（6）檢查汽機(jī)軸封加熱器水側(cè)投入正常。（7）檢查軸封抽氣器水側(cè)投入正常，檢查開啟軸封抽氣器進(jìn)氣門。（8）檢查軸封壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置投入正常。（9）開啟輔汽至軸封供汽母管排大氣疏水門。（10）稍開輔汽至軸封供汽門，軸封暖管20分鐘。（11）開啟輔汽聯(lián)箱至除氧器再沸騰門，保持除氧器壓力0.2Mpa。（12）開啟高低壓軸封調(diào)整門前后隔離門，開啟調(diào)整門軸封供汽。（13）啟動(dòng)一臺(tái)軸抽風(fēng)機(jī)，關(guān)閉輔汽至軸封供汽母管排大氣疏水門。（14）調(diào)整軸封母管壓力維持在0.02-0.03MPa（OIS），投入汽封壓力“自動(dòng)”。（15）檢查調(diào)整軸封加熱器水位正常1/2。（16）汽機(jī)軸封系統(tǒng)投入正常后，迅速啟動(dòng)一臺(tái)射水泵運(yùn)行。

6 新的軸封供汽系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

6.1 新的軸封供汽系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

在一期機(jī)組長(zhǎng)期停備，進(jìn)行冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，合理利用鄰機(jī)輔助蒸汽，首先通往除氧器和除氧塔，使較高溫度蒸汽降溫降壓后，再供汽輪機(jī)軸封，能夠較好的控制機(jī)組脹差，不但縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，可以節(jié)約大量燃料，同時(shí)保證機(jī)組安全、順利啟動(dòng)。

6.2 新的軸封供汽系統(tǒng)的缺點(diǎn)

由于300MW輔汽聯(lián)箱壓力高，機(jī)組加負(fù)荷時(shí)容易造成一期輔汽聯(lián)箱超壓，調(diào)整不及時(shí)會(huì)使輔汽聯(lián)箱安全門動(dòng)作，造成工質(zhì)浪費(fèi)，降低了設(shè)備安全性。但是只要認(rèn)真監(jiān)視，及時(shí)調(diào)整問題能夠解決。

7 系統(tǒng)使用效果

2015年至今，一期兩臺(tái)220MW汽輪機(jī)長(zhǎng)期停備下，共進(jìn)行了冷態(tài)啟動(dòng)7次（其中1號(hào)機(jī)組5次，2號(hào)機(jī)組2次），均使用了二期300MW機(jī)組輔汽系統(tǒng)供200MW機(jī)組軸封用汽，汽輪機(jī)高壓脹差都沒有超限，機(jī)組均順利啟動(dòng)，每次相比之前都能夠縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，可節(jié)約輔機(jī)耗電及耗煤、耗油的費(fèi)用。

8 結(jié)語(yǔ)

通過綜合分析原因，合理利用系統(tǒng)，在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了把鄰機(jī)高溫輔助蒸汽溫度降溫后再供本機(jī)軸封，既能保證軸封供汽溫度，使汽輪機(jī)高壓脹差不超限，又能縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，節(jié)約了大量燃料，對(duì)于火力發(fā)電企業(yè)節(jié)能減排具有借鑒意義，具有一定的推廣使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]周輝，丁亮.汽輪機(jī)脹差產(chǎn)生的原因分析與控制[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2011，（7）：4-6.

[2]杜中梁.汽輪機(jī)脹差原理及控制[J].能源與節(jié)能，2017，（1）：108-109.