汽輪機冷態啟動過程中脹差偏大的原因分析及優化措施

李濤

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

【關鍵詞】汽輪機；冷態啟動；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、雙抽可調供熱、凝汽式汽輪機。主再熱蒸汽溫度均為566℃，高中壓轉子、低壓轉子均是由整體合金鋼鍛件加工的無中心孔轉子，高中壓轉子為雙流結構，反向布置；低壓轉子為雙流對稱結構。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，轉子和汽缸均會膨脹或者收縮。由于轉子的質量比汽缸小，且轉子受熱表面積比汽缸要大，因此蒸汽對轉子表面的放熱系數較大。在相同的條件下，轉子溫度變化比汽缸快，轉子和汽缸的膨脹存在著差值，定義為相對膨脹差（脹差）。當轉子膨脹量大于汽缸膨脹量時為正脹差，當轉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，當脹差超過規定值時，就會使汽輪機動靜間的軸向間隙消失，發生動靜摩擦，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，達到某一數值，汽輪機軸向動靜部分就要相碰發生摩擦。

2 冷態啟動過程中脹差正值偏大的原因

2.1 汽輪機進汽溫度高，沖轉參數與廠家推薦的沖轉參數有偏差

合適的啟動參數能夠減少轉子和汽缸的膨脹差，沖轉參數較高，轉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，減少汽缸法蘭內外壁，法蘭與螺栓之間的溫差，轉子表面和中心的溫差，從而減少金屬內部應力，使汽缸、法蘭及轉子均勻膨脹，各脹差值在安全范圍內變化。暖機時間不足會造成汽缸無法得到充分膨脹，轉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

啟動時加強與鍋爐專業人員聯系，嚴格控制啟動參數。初參數控制低，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，也會限制汽輪機轉子的溫升速度，減少正脹差的出現。

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。輔汽汽源設計了冷再和四抽，冷態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，當高壓缸內部表面溫度達到暖缸規定值后，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，應穩定轉速或負荷繼續暖機，不要時可以降低轉速或負荷。

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象的發生。

3.7 低壓加熱器隨機啟動

脹差產生的主要原因是汽缸加熱慢，而轉子加熱快，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?，F今大容量機組采用CCS控制，若CCS已經投入，可將滑壓偏置設置為負值。

【參考文獻】

[1]華東六省一市電機工程（電力）學會編.汽輪機設備及其系統[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]