摘要:针对汽轮机在冷态启动过程中高压段胀差大难以控制的现象，根据汽轮机高压缸结构以及相关操作分析了导致胀差大的原因，提出了预防胀差增大的措施。
关键词：胀差；原因；控制；汽轮机；冷态启动
基本情况概述：某厂汽轮机为东方汽轮机有限公司生产的C200/150-13.75/0.245-535/535型超高压一次中间再热，单轴三缸双排汽抽凝式汽轮机。高中压分缸，通流部分反向布置。高压缸为双层缸，有一个单列调节级和十一个压力级组成。第九和十级间有一抽汽口为一段抽汽。高压缸内外缸之间的夹层设置夹层加热，高压外缸法兰还有法兰加热系统。
高压部分胀差＜-2mm或＞5mm保护动作于跳机，汽轮机在额定工况时高压段膨胀量在33mm左右，冷态冲转时主汽参数：280℃、1.8MPa。
事件简述：
#2汽轮机某日18：00时开始以升速率150r/min向500rpm目标冲转。18：04时达到500rpm，汽轮机高缸温度117℃、胀差0.9mm，膨胀5.2mm，摩检正常；18：18时冲转至1400rpm，主汽温度300℃，高缸温度125℃，胀差1.6mm，膨胀5.4mm，期间投入夹层加热和法兰加热，检查正常；18：41时升速至2450rpm，主汽温度320℃，高缸温度142℃、胀差4.01mm、膨胀7.0mm，同时胀差正向增大的速率加快，接近5mm，被迫打闸停机；19：00胀差降至2.8mm，重新开始冲转至2750rpm左右，胀差又开始增大至4.5mm，第二次被迫打闸，第三次冲转成功，胀差可控。
如下所示为某次机组启动时胀差和膨胀量变化的历史曲线图：
原因分析：
对DCS历史数据及趋势和相关操作进行总结分析，得出汽轮机在启动过程中胀差增大的几个主要原因：
1 在机组冷态启动过程中，转子被加热沿轴向膨胀的量和速率都大于汽缸，以致转子和汽缸的膨胀之差即胀差增大，控制不当会很快超限导致动静摩擦。
1.1 主汽冲转时的温度（280℃）比高缸的初温（30℃左右）高得多。因转动的动叶是在转动中被流动的高速蒸汽加热，有热力学原理可知其被加热和膨胀的速率会大于汽缸，这样胀差自然会增大。
1.2 高压缸为双层缸。内外缸缸体厚度大，而且夹层沿轴向被隔成前后两部分。其一沿轴向汽缸温度场梯度小于转子，其二前夹层加热汽投入不及时，迟于后夹层被加热，将导致内缸前外壁，外缸前内壁的加热速率小，沿轴向膨胀就慢于转子，这样会加快胀差的增大。
1.3 法兰加热投入不及。内缸固定在外缸上，外缸只有内壁接触加热蒸汽，被加热的效果远差于内缸和转子，法兰加热汽再投入不及时就会使膨胀远小于内缸和转子而导致胀差增大。
1.4 轴封蒸汽温度不匹配。机组正常运行时，其温度应大于260℃。但机组冷态启动时轴封温度应根据汽机胀差逐步提高其温度。因其对汽封处转子的加热膨胀同样会快于汽缸，导致胀差增大。
2 机组在冷态动过程中冲转速度、暖机时间、主汽温度以及在各阶段汽缸应膨胀到什么程度没有很好的预控目标，以致胀差增大。
2.1 汽机在冲转时主汽温度280℃，在2450转时，主汽温320℃。主汽温升高40℃，将直接加剧胀差增大。汽机在冲转过程中应尽可能保持主汽温度稳定，创造一个稳定的温度场，使汽缸膨胀慢于转子的程度得以减小，确保汽机安全启动。
2.2 在1400rpm，2450rpm时暖机不充分。汽缸没有得到均匀的加热，膨胀量不足，导致胀差增大。暖机的目的就是在汽机转子转速不变及转子运动场稳定或负荷不变的环境下使汽缸的膨胀能跟上转子的膨胀。因为这时汽缸的进汽量不变，转子的受热条件不变使其膨胀减慢，而汽缸在其温度梯度下得以充分均匀、稳定膨胀。
2.3 机组启动各阶段膨胀量的预控目标经验值如下：冲转前汽缸经过预暖膨胀到4 mm左右、1400rpm暖机结束时膨胀到8mm左右、2400rpm暖机结束时膨胀到12mm左右、并网前膨胀到15mm左右、40MW负荷暖机结束时膨胀到17mm左右、100MW负荷暖机结束时膨胀到25mm左右、150MW负荷暖机结束时膨胀到28mm左右、180MW负荷暖机结束时膨胀到31mm左右，是可以有效控制胀差的
预控措施
1 在机组启动时选择合适的时机投夹层、法兰加热，控制好加热速率。
针对机组冷态启动初期缸温较低、加热速度慢、汽缸需要膨胀的量大（31mm左右），需要提升的温度在500℃左右等特点，就要按汽缸由前到后、由内到外的温度梯度场规律及早投入夹层、法兰加热。可在冲转前20～30min投入夹层和法兰加热。这样在冲转时后夹层开始进汽受热时前夹层就已经被加热到一定程度，符合其膨胀后温度场变化规律，减小汽缸膨胀慢于转子的特点，同时为汽缸的均匀受热膨胀创造条件。
2 在机组启动时严格控制主汽的温度及升温率。
在机组冷态启动的整个过程中严格控制主汽温度及其变化速率。在保证蒸汽过热度的前提下，使蒸汽温度与汽缸温度差值稳定在一定范围内，不超过60℃。
3 在机组启动时严格控制轴封供汽温度。
机组冷态启动初期控制轴封供汽温度在较低值，如起初控制在240℃，随着汽缸的膨胀和温度的升高逐渐提高轴封供汽温度。
4 在汽机冲转是严格控制升速率。
汽机在冷态冲转过程中严格控制升速率，一般设100r/min为宜。
5 加强机组启动各阶段暖机
在汽机冲转和低负荷时，由于汽缸还没有完全膨胀开，需要膨胀的空间还很大，尤其要加强暖机，必要时可延长暖机时间，使汽缸膨胀跟上转子膨胀，控制胀差在正常范围内。
6机组计划停机检修时重新测定保温棉的厚度，必要时增加其厚度。减小散热和两侧不平衡散热对汽缸膨胀的影响。
7若汽缸揭缸检修，应认真检查各轴封齿是否完好，必要时进行检修或更换。确认轴封系统管道连接是否正确。检查上下缸法兰结合面是否严密。轴封处理正常后撤去临时轴封风机。
如下图为采取积极地预控操作措施后机组热启过程中高缸胀差、膨胀历史曲线图：
结束语
通过上述分析与预控，目前机组通过运行调整使高压缸的膨胀和胀差在各种工况下能被控制在安全范围内，确保机组安全启停。设备缺陷的问题就等机组有检修机会时进行逐一改进。
作者简介：
禄顺平 单位：宁夏电投西夏热电厂 专业：电气与自动控制
王艳霞 单位：神华宁煤集团化工公司 专业：过程装备与控制
论文作者:禄顺平,王艳霞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：汽缸论文; 温度论文; 转子论文; 机组论文; 汽轮机论文; 夹层论文; 汽机论文; 《电力设备》2018年第24期论文;