我公司汽轮机冷态启动时高压正胀差的控制

我公司汽轮机冷态启动时高压正胀差的控制

燕瑞芬

陕西北元化工集团有限公司热电分公司陕西榆林神木锦界719319

摘要：初期，№1、2汽轮机在调试过程中，每次冷态启动均会发生高压胀差超过极限值的不安全现象，使机组无法一次性启动成功，不仅延长了机组启动时间，而且对汽轮机的安全十分不利。为此，通过对机组每次启动过程的分析、总结，制定了针对性措施，确保一次性冲转成功。

关键词：汽轮机；正胀差；冷态启动

1.概述

我公司汽轮机高压缸的前部和后部用垂直法兰联接，高压缸前部水平中分面法兰高450mm，宽180—210mm，称为高窄法兰，高窄法兰在启动和运行时不会产生较大的热应力，受热膨胀较大，因此未设计汽缸法兰加热装置。冷态启动时由于轴封温度控制不当，高压胀差会向正方向增大，严重威胁机组的安全。

2.正胀差的概念

汽轮机在冷态启动时，转子、汽缸金属温度都比较低，因为转子质量轻，与蒸汽接触面积大，而汽缸质量大、体积也庞大，与蒸汽接触面积小，所以在汽轮机进汽冲动后，蒸汽对转子表面的放热系数比对汽缸表面的放热系数大，转子和汽缸的温升速率不一致，转子的受热膨胀（或者收缩）将会大大的超过汽缸的膨胀（或收缩），这样就会产生转子的膨胀（或收缩）大于汽缸的膨胀（或收缩）。汽轮机胀差的理论概念是：转子相对于汽缸的膨胀差称为汽轮机的胀差；而转子的膨胀大于汽缸的膨胀称为正胀差。

3.正胀差增大的几个主要原因

3.1主蒸汽的温升速度：这是控制胀差最基本也是最有效的手段，因为胀差产生的原因是汽缸和转子之间存在着温差。蒸汽温升（温降）速度小，那么汽缸和转子之间的温差也就小，胀差也就小，反之胀差也就增大。

3.2汽轮机启动冲动转子前，主蒸汽参数的选择是否合理：汽轮机冷态启动时，汽缸金属温度一般都比较低（150℃以下），这时如果蒸汽参数选择不当（进入汽轮机的新蒸汽温度大于汽缸金属温度很多时）就会产生转子加热速度快于汽缸加热速度，汽缸的膨胀因缸体金属温度没有加热到位而发生膨胀迟缓，而转子加热速度很快，这时就会产生转子膨胀大于汽缸膨胀从而产生了正胀差增大现象。

3.3轴封供汽温度的影响：由于轴封供汽直接送至汽轮机各转子的两端，所以供汽温度直接影响转子的伸缩，而对汽缸的膨胀影响较小。汽轮机冷态启动时，在冲动转子前向轴封供给一定量的蒸汽以提高真空，如果选择不好轴封供汽温度，将会造成转子被加热过快或者被冷却过快（如果选择的轴封供汽温度高于转子温度太多时，在转子局部就会受热过快而使转子伸长。），产生正胀差增大，甚至会发生轴封摩擦现象。

3.4低压转子鼓风摩擦产生热量使转子温度升高过快，造成低缸压胀差增大。因为鼓风摩擦损失与动叶片的长度成正比、与圆周速度的三次方成正比。所以低压转子的鼓风摩擦损失远比高、中压转子大，这就使低压转子的鼓风摩擦损失热量加热了低压通流部分，造成了低压缸胀差增大，尤其在蒸汽流量较小时（低速暖机时）更为突出。

3.5真空的影响：当排汽装置的真空降低时，欲保持机组转速不变或负荷不变，必须增加进汽量，使高压转子受热加快，高压转子的正胀差值随之增大，由于进汽量的增大，中低压缸鼓风摩擦产生的热量容易被蒸汽带走，因而转子被加热的程度减小，正胀差减小，同时由于排汽装置真空降低，排汽缸的温度升高，这样低压缸的膨胀就增大，正胀差也会减小。当排汽装置的真空升高时，胀差的变化正好相反。这也就是说，在汽轮机冷态启动升速暖机过程中，不能用提高真空的办法来减小中低压缸通流部分胀差的理论根据。

3.6汽缸滑销系统的影响：汽轮机滑销系统合理的布置和使用，是满足汽缸受热后沿多个规定的方向（轴向、径向、横向等）自由膨胀。比如：轴承座台版跑偏、台板充油不够或者油脂质量不好、台板表面起毛刺等原因，都会使机组启动过程中发生汽缸膨胀不畅现象，导致造成汽缸膨胀受阻正胀差增大。

3.7其他因素的影响：如：升速太快或升负荷太快、升速中暖机时间太短、汽缸本体疏水不畅、汽缸保温层的保温效果不佳或保温层脱落，在严寒季节里，汽机房室温太低或有穿堂冷风等因素都会发生启动过程中正胀差增大现象。

4.我公司机组冷态启动过程中高低压正胀差增大的原因分析

4.1轴封供汽与冲转时的时间间距过长，使冲转前的汽缸胀差值已经较大。

4.2冷态启动前，较高的送汽温度长时间加热汽轮机的高低压转子，使转子的热膨胀大于汽缸。

4.3均压箱温度、压力无法投入自动，运行人员调整难度较大。

4.4疏水管道的连接、管径大小、管道阻力可能存在问题。自动主汽门前疏水与汽缸疏水并接入高压疏水扩容器，汽缸疏水受高压阻碍难以畅通导出，只能慢慢汽化，金属温度上升缓慢。

5.冷态启动操作步骤

5.1暖管前的操作

5.1.1检查设备系统阀门、仪表及电源等使之处于准备启动状态。

5.1.2启动主油箱排油烟风机，检查运行正常。

5.1.3启动交流润滑油泵。检查油压及机组各轴承回油正常，系统无漏油。

5.1.4启动一台顶轴油泵运行，投泵联锁。

5.1.5启动盘车装置运行，倾听机组内部声音正常。

5.1.6投运EH油系统。

5.2暖管

5.2.1检查汽机进汽切换电动门及其旁路一、二次门关闭、甲、乙侧主汽电动门及其旁路一、二次门开启。

5.2.2检查电动主汽门、自动主汽门前疏水开启。

5.2.3稍开汽机进汽切换电动门旁路一、二次门，缓慢升压升温至0.5～0.6MPa，进行低压暖管。

5.2.4低压暖管到管壁温度接近150℃后，以0.1MPa/min的速度升压至1.5MPa，以0.2MPa/min的速度升至额定压力。在升压过程中控制温升速度不超过5℃/min。

5.2.5主汽门前主蒸汽压力达到额定值后，全开汽机进汽切换电动门，关闭其旁路一、二次门。

5.3启动真空泵，抽真空。

5.4轴封系统投运

5.4.1机组冷态启动真空至30kPa以上时开始送轴封。

5.4.2缓慢开启新蒸汽至均压箱来汽门，调整均压箱压力在30～40kPa,均压箱温度控制在110℃以内。

5.5冲转升速和定速

5.5.1冲转条件：

主汽压力在8.0MPa、温度在400℃以上，并且有50℃以上的过热度。

真空在45～50kPa。

高压缸上下缸温差＜50℃。

润滑油温、油压正常。

EH油温、油压正常。

各参数正常，保护投入。

5.5.2冲转、升速

挂闸。

设定目标转速500r/min，升速率100r/min。

定速至500r/min后，全面检查，确认无异常，暖机5min。均压箱温度控制在110-130℃。

中速暖机：定速后，全面检查，确认无异常，暖机约30min。均压箱温度控制在130-150℃。缸温达140℃开始升速。

高速暖机：定速后，全面检查，确认无异常，暖机约40min。均压箱温度控制在150-180℃。缸温达180℃开始升速。

定速至3000r/min，全面检查。

5.6并网、带负荷

5.6.1并网后，带额定负荷的10%～15%，低负荷暖机10min。

5.6.2根据缸温、高压缸胀差，逐渐加负荷。

5.6.3根据发电机风温情况，投运发电机空冷器。

6.结束语

我公司汽轮机冷态启动时高压正胀差的控制的根本在于轴封供汽温度的控制。