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摘要：汽轮机是一种通过高压、加速蒸汽喷射叶片做功的设备，是火力发电厂的重要设备，还被广泛应用在船舶、化工、冶金工业中。汽轮机机组运行中蒸汽温度是重要的参数，其降低、升高都会给汽轮机组的正常运行产生不良影响，甚至引发事故，导致机组停车，因此，做好蒸汽温度变化对汽轮机组的影响分析，加强蒸汽温度的变化控制，对保证汽轮机组的安全、稳定运行意义重大。本文分析蒸汽温度变化给汽轮机组造成的影响，探讨蒸汽温度升高、降低给蒸汽机组可能造成的后果，引起生产企业的重视，及时采取应对措施，避免意外的发生。
关键词：蒸汽温度；变化；汽轮机组；影响
汽轮机组运行所受的影响因素较多，其中温度调节器、控制系统、锅炉故障都会引发蒸汽温度变化，进而影响汽轮机组的工况参数，导致汽轮机组输出功率降低，生产效率降低，直接影响企业的生产效益，因此，加强蒸汽机组运行中蒸汽温度变化的监控，是生产企业工作的重要内容。
一、蒸汽温度变化给汽轮机组功率的影响
研究蒸汽温度变化给汽轮机组功率影响时，在蒸汽压力不变的情况下进行。假设在锅炉中蒸汽的热耗不改变，则非再热机组的热耗量可用以下公式计算：
Q=D（i0-ik’）
其中i0、ik’分别表示蒸汽的初焓、进入锅炉凝结水焓，两者单位均为kJ/kg。由此不难得出汽轮机内功率计算表达式：
基于偏微分法便可推导出汽轮机内功率增加计算公式。分析可知，汽轮机的内效率受最后几级内蒸汽温度的变化影响较大。当汽轮机蒸汽温度处于中等参数时，温度提升10%，汽轮机内效率会提升0.5%。如蒸汽温度变化量较小时，汽轮机内效率增加量和温度增量成正比关系。并且具有的越高的背压，蒸汽温度变化给汽轮机功率带来的影响越明显。
二、蒸汽温度升高给汽轮机组造成的影响
汽轮机工作中，如温度调节器、减温器、锅炉等发生故障，无法对蒸汽温度加以有效调节，便会导致蒸汽温度的升高，引起前置高压汽轮机运行参数发生改变或出现故障，造成中压供汽温度的升高。汽轮机组的安全运行构成威胁，影响企业经济效目标的顺利实现。
1.给安全造成的影响
汽轮机组运行中蒸汽温度应控制在允许最高温度以下，否则受锅炉过热器管壁温度升高的影响，会大大增加爆管事故的发生机率。另外，会增加法兰螺栓、气缸、气阀等部件的热变形与热应力，削弱金属部件的机械性，导致其强度的降低，不仅缩短其使用寿命，而且面临发生事故的风险。
研究发现，蒸汽温度升高，会加速金属材料的蠕变速率，促使其发生较大塑性变形。基于以往经验，汽轮机叶片材料发生高温蠕变的临界温度在400~500℃。对应的经验公式为：
公式对应参数含义，如表1所示：
表1 公式中的参数及含义
其中m和温度相关。
和温度、材料相关，对于某一材料当时间、温度一定时，该值为常数。当应力、温度增加时，金属的蠕变速度都会增加。其给汽轮机组带来的影响主要体现在：
其一，当材料蠕变较为严重时，汽轮机组的叶片塑性变形一旦超过气缸和叶片间隙，导致叶片因触碰到气缸而损坏。其二，蠕变过大，法兰会形成内张口，法兰螺栓被拉长，紧力减小严密性降低。其三，金属部件一旦出现塑性变形，截面常会变小，应力会进一步增加，蠕变速度变得更快，部件的许应力会出现较大程度降低，导致其安全性、强度的下降，因此，在未经过认真的计算、论证或制造厂的特别说明，禁止汽轮机组的蒸汽温度在高于设计值的情况下运行。
汽轮机组实际运行中，为严格控制蒸汽温度，避免升高，可采取以下措施：一方面，及时将升温情况告知锅炉系统、主控制室技术人员。另一方面，使用主蒸汽截止阀截流蒸汽，可实现降低温度的目的。如蒸汽温度550℃，9MPa时，进行截流操作后，可使温度降低至540℃，压强减小至7MPa。另外，蒸汽温度达到允许值后，汽轮机组继续运行，应注重降低运行负荷。
2.给经济造成的影响
理论而言，蒸汽的背压和初压保持不变时，蒸汽温度升高，可提升汽轮机的循环热效率。另外，蒸汽焓降低变大，运行效率和输出功率均有所提升。蒸汽温度的升高，会减小排气的湿度，降低叶片腐蚀。
综上可知，无论蒸汽温度升高还是降低，都会给汽轮机组的正常运行造成不良影响，因此，做好汽轮机组运行中蒸汽温度的控制尤为重要，确保其在允许的温度范围内运行。
三、蒸汽温度降低给汽轮机组造成的影响
汽轮机运行中，受温控或锅炉部件故障影响，蒸汽温度容易降低，给汽轮机组的安全性、功率带来不良影响。
1.引发的危险及预防
其一，当蒸汽温度下降迅速，一旦带水会引发水击事故，因此，机组运行中，技术人员一旦发现蒸汽温度降低，应做好疏水工作，及时将位于汽缸、主汽管道上的疏水阀关闭，并减小机组运行负荷。
其二，蒸汽温度降低后，蒸汽中含有较多水滴，给叶片造成冲击，增加轴向力，推力瓦块温度因而升高。例如，部分机组在蒸汽温度降低10℃时，推力瓦块会因此升高2~4℃，导致轴瓦的损坏，促使转子发生明显的轴向移动，机组叶片的损坏。实际汽轮机组运行中曾发生过相关故障：某75吨循环流化床锅炉，配套一台6000KW，进汽温度435±10℃，进汽压力3.5MPa的背压式汽轮发电机组。在今年5月份，锅炉炉膛水冷壁管发生严重爆管事故，导致蒸汽温度急速下降。在汽轮发电机组紧急停机时，进汽温度只有200℃左右，该温度严重低于机组进汽要求，同时停机后转子惰走时间不到2分钟，相当于急速刹车，事后机组转子也无法强行转动。待冷却后拆开汽缸体，发现第一级的复速级叶轮发生严重磨损，后返厂进行维修，因此，为避免上述事故的发生，当蒸汽温度出现较多的下降量时，技术人员应认真监视仪表盘上的轴向位移指示值，以及推力轴承的温度，为避免事故的发生，应注重降低机组运行负荷。需要注意的是，当蒸汽中含有过多的水分时，在汽轮机本体或主汽管道有水冲击金属的声音出现时，为保证机组的安全性，应做紧急停车操作。
其三，当新蒸汽初压未发生改变，而温度降低，并且汽轮机阀门开度一定，会减小蒸汽的理想焓，此时应注重增加经过汽轮机的气流量。
其四，当初始温度下降而流量增加，会减少调节级与高压部分的压力级焓降，增加其反动度，受其影响轴向推力也会有所增加，致使推力轴承处于超负荷运行状态。
其五，排汽压力不变，受流量增加影响焓降会因此有所增加，促使末级叶片、隔板应力增大增加超负荷运行的可能。为保证机组运行安全性，技术人员应做好相关工况的研究，避免盲目的在该工况下运行。另外，技术人员还应注意，汽轮机组在中等参数下运行时，蒸汽初温度降低10℃而出力并未发生变化时，会导致末级叶片承受的应力超过设计值的1.2%~1.5%。
2.降低机组功率
汽轮机组的功率可通过以下公式衡量：
因Nt’＜Ht，因此，Ni’＜Ni。如需将凝汽式汽轮机在蒸汽温度降低情况下运行，应适当降低负荷。如为调节抽气式汽轮机，其对负荷的要求不太严格。由公式不难看出，蒸汽温度降低，机组功率会伴随着焓降的降低而下降。此时将阀门打开，调大蒸汽流量，可在一定程度上提高功率，但出力仍小于额定功率下的出力，原因在于在每一级流量均不能超过额定设计值。
汽轮机组蒸汽温度一旦下降，机内膨胀过程会向湿度大的区域延伸，进而增加最后几级的湿度，导致轴向推力的增加。另外，增加的湿气会侵蚀最后几级叶片，造成叶片使用年限的缩短，例如，当蒸汽温度由535℃降低为180℃时，经测得最后几排叶片湿度增加2%。为实现降低其湿度的目的，如仍需机组在蒸汽温度降低的情况下运行，应适当将压强降低，确保最后几级蒸汽状态接近设计工况。
蒸汽温度、压力均降低，可将膨胀过程维持在不变状态，焓降低减少也会增加，引导汽轮机组功率降低，不过可保障其运行安全。事实上，对汽轮机组进行带负荷清洗时，可在蒸汽温度降低的情况下进行，可在一定程度上防止积垢。清洗汽轮机组使用的水质不好，会导致蒸汽中含有盐分，并在叶片与喷嘴处聚集，不仅降低汽轮机效率，而且会导致叶片和轴向推力的应力增加。降低汽轮机组蒸汽温度，可增加有结垢区域的湿度，致使结垢在水中溶解，而后经水的冲刷，便可去除垢盐。不过需要注意的是，为保证转子可以承受推力轴承的承载力，末级叶片不超负荷运行，不能将汽轮机长期处于蒸汽温度较低的情况下运行。
四、控制蒸汽温度的举措探讨
为保证汽轮机组各工况参数在允许的范围内运行，避免故障的发生，企业应引起足够重视，认真分析引起蒸汽温度变化的因素，及时采取有效措施加以预防，为汽轮机的安全、稳定运行做好铺垫。
1.做好日常维护
研究发现，引发汽轮机组蒸汽温度变化的因素较为复杂，其中锅炉、温控系统以及其他部件故障都会引起蒸汽温度的改变，因此，为防止蒸汽温度变化，保证汽轮机组安全、稳定运行，生产企业应重视锅炉、汽轮机组的日常维护。
一方面，构建稳定的维护团队。生产企业应根据汽轮机组及生产情况，招聘经验丰富、技术扎实的维护人员，组建稳定的汽轮机组维护队伍。明确维护团队相关责任人，将控制蒸汽温度，作为维护的关键，制定不同阶段的维护工作目标，为日常维护工作的开展奠定基础。另一方面，完善日常维护制度。为保证维护工作的认真落实，生产企业应制定完善的工作制度，要求维护人员定期检查锅炉系统、温度调节器、减温器等部件，做好日常维护工作记录，保证维护工作不重不漏的落实。另外，认真落实维护监督制度。为提高维护人员意识，认真落实维护工作细节，生产企业应认真落实监督制度，实施维护工作责任制，鞭策维护人员尽职尽责，踏实完成日常维护工作，杜绝引发蒸汽温度变化的因素出现。
2.制定应急对策
汽轮机运行中蒸汽温度变化的发生毫无征兆，为最大限度的避免蒸汽温度变化的情况发生，避免引发故障，降低其造成的影响，生产企业应注重制定相关的应急对策，不断提高应急水平。
一方面，做好常见蒸汽温度变化原因分析。针对以往汽轮机组蒸汽温度变化事故，做好排除措施总结，要求技术人员吸取以往经验，不断提高蒸汽温度变化控制水平。同时，鼓励技术人员做好汽轮机组运行原理学习，熟练掌握汽轮机组各部分构成，积累丰富的专业知识。另一方面，技术人员应提高认识，充分认识到控制蒸汽温度的重要性，针对不同原因造成的蒸汽温度变化制定应急预案，缩短响应时间，及时通过调整工况其他运行参数，将蒸汽温度控制在允许的范围内。
3.加强技术培训
为提高汽轮机组蒸汽温度控制水平，生产企业应注重提升技术人员的技能水平，及时发现与消除引起蒸汽温度变化的因素。
一方面，定期组织技术人员召开汽轮机组维护工作座谈会，总结以往维护工作经验，明确维护工作中存在的不足，针对存在的问题进行积极讨论，寻找切实可行的解决方案，指导维护工作。另一方面，定期组织技术人员，邀请业内专家开展汽轮机组蒸汽温度控制培训活动，讲解控制汽轮机组蒸汽温度的最新方法、控制技巧。同时，解答技术人员提出的问题，解答其工作中的疑惑，不断促进技术人员专业水平的提升。另外，生产企业还应定期组织技术人员开展汽轮机组温度控制大练兵活动，使技术人员在训练中不断积累实战经验，更好的应用到实际工作中。
五、结论
蒸汽温度是汽轮机组重要的运行参数，是汽轮机组运行管理的重要内容，关系着汽轮机组运行的安全性、稳定性，因此，做好蒸汽温度变化研究具有重要的现实意义。本文通过研究得出以下结论：
（1）当新蒸汽温度未发生较大变化，汽轮机内效率增量和初温的增量呈现正比关系。汽轮机组具有越高的背压，新蒸汽温度给汽轮机功率造成的影响越明显。
（2）汽轮机组蒸汽温度升高或降低，都会给汽轮机组的安全性、经济性、功率造成影响，因此，应运行中应做好蒸汽温度的控制，保证其在允许的温度范围内运行。
（3）生产企业应通过落实日常维护、制定应急对策、加强技术培训，做好汽轮机组蒸汽温度变化情况研究，不断提高汽轮机组蒸汽温度控制水平，促进汽轮机组安全、稳定运行。
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论文作者:周锦德
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/6
标签：蒸汽论文; 汽轮论文; 温度论文; 机组论文; 汽轮机论文; 叶片论文; 技术人员论文; 《电力设备》2018年第21期论文;