汽轮机启停及运行工况变化过程中胀差变化原因分析及控制

汽轮机启停及运行工况变化过程中胀差变化原因分析及控制

张友全

大唐米拉务发电有限公司

【摘要】本文根据东方汽轮机厂制造的N230-16.7/542/542型亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、单排凝汽式汽轮机结构特征。详细阐述了该型汽轮机在冷热态启动及滑参数停机、甩负荷等运行工况发生变化时,机组的胀差变化原因,深入且细致地进行探索,提出切实可行的对策以应对胀差变化。

【关键词】汽轮机，汽缸，正胀差，负胀差，控制措施

一、引言

汽轮机的研制趋向于参数高、容量大,对大尺寸汽轮机的有一定要求，而对于经济性提升，动静之间间隙的要求较小。由于汽缸与转子的质面比，因此在机组启停和变化工况的过程中，转子的热膨胀速度和热膨胀量都比汽缸大。所以转子和汽缸沿轴向形成了一个相对的膨胀差，通常称为胀差(一般规定当转子轴向汽缸轴向膨胀值时为正胀差，反之为负胀差)。这就意味着当机组参数发生变化时动、静间隙也发生了变化，这对于动静间隙很小的大型涡轮发动机而言动静间隙很容易消失。就会产生动静摩擦或碰撞，从而造成恶性事故如机组振动、大轴弯曲叶片折断，甚至对整个机组造成损害。所以在机组起动、停车和变化状况下对于不良影响因素，一定要密切监控。

二、冷态滑参数启动中差胀的变化规律及采取的措施

汽轮机冷滑参数起动，首先是对汽缸、转子部件的加热过程，此过程中，由冲转到满速，并网后逐渐加负荷到额定工况，进入汽轮机的蒸汽蒸汽流量是一个逐渐升高和增加的过程，由于转子的汽缸的质面比，因此转子的汽缸的膨胀表现为正差胀，为了保证机组的快速起动，减少金属部件的热应力，正差胀在规定的范围内，通常采用以下几种措施:

2.1严格控制金属的温升率，一般为 2—2.5ºC/分。

升速及加负荷速度:主蒸汽的温升率一般为2~2.5℃/分，再蒸汽的温升率一般为3~3.5℃/分，这是由于金属的蒸汽的放热系数和蒸汽的流量成正比关系。蒸汽的放热系数随蒸汽的温升(过热)增加，因此必须严格控制主蒸汽热蒸汽的温升率。一般通过控制机组的升速和加负荷速度来控制金属的温升率，从侧面可以减小金属材料的热应力，从而控制热膨胀的差胀。

2.2选择适当的轴封供汽温度及压力。

因为在冷态启动时，向轴封供汽的温度比大轴金属的温度高，大轴局部受热伸长，会出现较大的正胀差。一般规定轴封供汽温度保持在150℃左右，最低不超过135℃，轴封供汽压力保持在0.02~0.03MPa。

2.3适当减少冷凝器的真空，能使增大的正胀差得到控制。

冷态开机时，为了缩短暖机时间，采用降低真空的方法增加蒸汽流量。因为冲转暖机蒸汽流量太小，机组预热不充分，需要较长时间的暖机。因为当真空下降时，必须加大进汽量，使高压转子受热加快，其高压气缸的正胀差随之增大，才能使机组保持转速或负荷不变。中低压转子摩擦鼓风的热量，由于进汽量增加容易被带走，因而转子受热程度降低，正差胀下降。另外上升的排汽缸温度，也会使中低压缸的正胀差减小。

2.4尽快随机投入高、低压加热器运行

加大抽汽量能有效加热，汽轮机下汽缸上下汽缸温差减小。由于加热器的投入，使汽缸夹层中蒸汽的流通量增加。从而有效加热高中压外缸，对于有效降低高中压汽缸来说是非常有益于汽缸膨胀的。因此高低压加热器在冷态开机时，应及早投入运行。在冲转暖机时投运。对于除氧机来说，只要四段抽汽的压力高于除氧器0.2MPa的压力，就可以将除氧机的汽源切成本机四抽供。

三、滑参数停机过程中差胀的变化规律及应对措施

滑动参数停机过程，实际上是对汽轮机金属部件的一个冷却过程，当流过汽轮机的蒸汽温度低于金属温度，转子比汽缸冷却速度快，即转子比汽缸收缩的多，因而出现负胀差。为了控制负差胀不超过允许范围，运行中通常采取以下措施来应对:

3.1、严格控制滑停过程中，各参数在规定的要求范围内始终保持主蒸汽有50ºC的过热状态。主蒸汽的降温率为1.5ºC/min,再热蒸汽的降温率为2.5ºC/min。当汽缸的金属温度低于汽缸或法兰的金属温度35℃时，停止参数滑降稳定运行一段时间。当汽缸的金属温度下降速度减慢接近蒸汽温度时，再重新启动参数滑降。保持较高的热效率，另一方面保证高中压汽缸也会有蒸汽流通，使高中压外汽缸得到良好的冷却，降低汽缸内外壁的温度差异，这是因为高加和除氧器汽源的投入。

3.2在滑停后的一段时间，由于锅炉燃烧不稳定，造成汽温大幅波动，严重时还可能出现水冲击的现象。这个时候，尤其要保证机组的安全。所以在主蒸汽温度低于385℃的情况下，应及早采取一些必要的措施。如主蒸汽和本体疏水应及时打开调节，以防水冲击的发生。必要时应果断打闸停机。此外若停机后汽轮机没有进行紧急检修工作，则不宜将汽缸温度过低滑行，这一方面是为了防止锅炉在滑停后期不能很好地控制温度，而使机组危险性增大;而机组自然冷却时间的延长使机组寿命得以延长。

四、 机组甩负荷时负差胀的分析及处理

当机组甩负荷时，由于汽温下降，转子比汽缸收缩更快

。此时高、中压缸差胀向负方向发展，如果不能及时恢复汽温，就会出现负差胀。锅炉汽温、汽压可以在机组甩负荷后立即恢复，使机组及时恢复负荷。对于滑压运行机组当甩负荷后，暂时不能恢复汽压，但只要保持汽温能维持额定值或不再下降，就可以控制高、中压缸的差胀。如果机炉大连锁正常情况下。汽轮机的差涨不会超过极限，因为锅炉灭火联动汽轮机跳闸;但对水冲击要严防死守。

五、热态开机过程中胀差的控制

热态开机时，交变热应力会造成金属材料的疲劳损伤，汽轮机极易受到蒸汽的冷却。因为汽缸和转子的金属温度较高，从而产生差胀性回缩，从而使汽轮机的动、静间隙消失，产生动、静摩擦。所以热态启动要采取以下措施克服：

5.1.应根据调节级及中压缸进汽室的金属温度，即符合汽轮机热应力的温差、热变形和差胀的要求，选择与之相适应的蒸汽主温和再热温度，以适当的温度与之相匹配。般要求蒸汽温度高于调节级上汽缸内壁50~100℃的金属温度。为防止冷凝放热要求蒸汽过热不低于50℃，以保证调节气门截流、喷头膨胀后新蒸汽不低于调节级金属温度。

5.2一定要加强本体和管道的疏水工作，防止水浸对汽轮机造成损害。

5.3当汽缸金属温度较低时，当外缸温度达到350℃，汽缸膨胀达到15mm时汽缸法兰加热装置不投。

六、运行中低压缸正胀差增大的分析及处理

6.1、轴封温度较高，轴封压强较大未作适时调节。通常要求轴封温度保持在130~150℃之间，压力保持在0.01-0.02MPa的正压即可，无内吸外漏现象。

6.2轴封加热器负压不够，轴封汽回不畅，一般要求在50mm的水柱上才能保证轴封加热器的负压不变。

6.3低负荷运转时间过长或因低负荷时，低旁开度过大调节不当，致使蒸汽无法带走低压转子鼓风产生的热量，使低压转子正差增大。

七、 结束语

汽轮机的起停与工况变化，实质上是其运行状态从一种平衡态向另一种平衡态的过渡过程。在此过程中，平衡比例的打破是汽轮机运行中较为关键的阶段，因其涉及潜在的风险与危险。若控制调整措施未能恰当实施，极有可能导致事故的发生，从而对设备安全及运行稳定性构成威胁。

【参考文献】

[1]马超.《浅议汽轮机胀差形成的原因、危害及控制措施》[J].时代经贸,2013(14).

[2]周辉,丁亮.《汽轮机胀差产生的原因分析与控制》[J].应用能源技术,2011(7).