200MW汽轮机冷态启动胀差增大原因分析及控制

邹恩生

【摘 要】本文根据我厂汽轮机机构特征，详细论述了汽轮机冷态启动过程中，对我厂机组经常发生胀差正值增大，影响机组安全经济运行，进行了深入细致的研究分析，指出启动过程中，胀差正值增大的原因，并提出胀压增大应采取的具体对策。

【关键词】汽轮机；汽缸；胀差；温度

0.引言

汽轮机转子与汽缸的相对膨胀，称为胀压。通常规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差值为正胀差，汽缸膨胀大于转子膨胀的胀差值为负胀差。根据汽缸分类又可分为高压胀差、中压胀差、低压胀差，胀差数值是很重要的运行参数，若胀差超限造成机组动态部分摩擦，严重影响机组的安全经济运行，为保证机组在最佳工况下运行，胀差正值增大是我们应解决的问题。

1.转子与汽缸的相对膨胀的关系及分析

（1）机组在冷态启动时，汽轮机的启动过程属于不稳定导热过程。在汽轮机冷态启动之前，汽缸壁温与保温层的温度都接近于室温。当蒸汽进入汽轮机后，汽缸和转子的受热基本是单向进行的。蒸汽进入汽轮机后，汽缸和转子的受热基本是单向进行的。蒸汽与汽缸内壁及转子外表面接触，将热量首先传给这些部件。汽缸的外壁与转子中心的热量是通过热传导而获得的，由于转子与汽缸的热交换条件不同，使得它们在膨胀或收缩时出现差别。为了更好的分析转子与汽缸的膨胀或收缩时出现差别。为了更好的分析转子与汽缸的膨胀情况如下图所示：

1—高压缸 2—推力轴承 3—中压缸 4—低压缸

5—高压胀差 6—中压胀差 7—低压胀差

汽缸与转子膨胀示意图

综合分析可知，胀差的大小，表明了汽轮机轴向动静间隙的变化情况，如果转子与汽缸的膨胀相等，胀差指示为零，表明轴向间隙正常。当转子的膨胀大于汽缸时，胀差为正值。表明轴向间隙正常。当汽缸膨胀大于转子膨胀（或转子的收缩快于汽缸）时，胀差为负值。

汽轮机冷态启动条件：

（1）主蒸汽压力在1.4-1.6Mpa，汽温在250-260℃再热温度不低于130℃，主再过热度不低于50℃，机、炉两侧主蒸汽温差不大于40℃。

（2）凝汽器真空在60-65Kpa。

（3）大轴晃动不大于原始值的0.02mm。

（4）盘车连续运行2-4h。

2.胀差增大的原因分析

根据大庆油田热电厂DQ/CNPC-DQ0877-2003《200MW汽轮机设备运行规程》造成冷态启动胀差正值增大的主要原因有：

（1）轴封供汽。

（2）汽轮机冲动到定速。

（3）汽轮机组并列带负荷。

（4）汽缸夹层、法兰加热装置。

（5）汽轮机滑销系统。

（6）凝汽器真空变化影响。

2.1轴封原因

机组处于冷态工况时，轴封供汽温度影响差胀差。因为从轴封供汽到冲转前，胀差向正值方向变化，轴封供汽后，转子轴封段首先被加热，使转子伸长，所以，轴封供汽后转子伸长值是由供汽温度决定，但是，轴封供汽的时间长，轴封段主轴被加热的越充分，胀差正值增加的就较多。从汽封供汽到冲转前，高压胀差约增加0.4-0.5mm，中压胀差约增加0.5-0.6mm，低压胀差约增加0.8-1.0mm。

2.2汽轮机冲动到定速

在冲转到定速期间，高压胀差基本上增大的，约增加0.8-1.2mm，在低速暖机时，中、低压胀差均是增加的，这时中压缸中压部分转子膨胀量不大，中压部分汽缸基本上没有变化；而低压部分转子和低压缸转子都有明显伸长，所以低压胀差就比较大，自低速暖机后至中速暖机结束，中压转子的膨胀速度有所增加，因为冲动时再热汽温上升较快，中压转子的膨胀值大于汽缸故中压胀差增加。

2.3汽轮机组并列带负荷

冷态启动加负荷时，高压胀差增加的幅度较大，中低压胀差增加的幅度小些。高压胀压的变化，主要取决主蒸汽温度的变化，并且汽缸膨胀也影响着高压差，高压胀太增加的快慢，又取决于主蒸汽的温升速度。

2.4汽缸夹层、法兰加热装置

夹层、法兰螺栓加热装置，对改善高压胀差有着重要作用。因为法兰内外壁温差的减小，有且于汽缸的膨胀。高压外缸法兰宽度为230mm，厚度为400mm，而汽缸壁厚度有70mm，设法提高高压外缸金属温度使其尽快膨胀出来，是控制胀差的有效途径。如果厚重的法兰膨胀不出来，必然限制汽缸的膨胀。

2.5汽轮机滑销系统

汽轮机启动中对滑销系统是否畅通加强监视，当汽缸的滑销系统卡涩时，将严重的影响汽缸的自由膨胀，使胀差发生异常的变化，并威胁机组的安全运行。我厂在三台机组投产时期，#1机组因滑销系统卡涩，造成高压胀差经常达5.0-5.8mm之间，延长启机时间，机组带不满负荷，高压缸膨胀指达到20-22mm。影响机组安全经济运行。

2.6凝汽器真空的影响

当真空降低时，欲保持机组转速或负荷不变，必须增加进汽量，使高压转子受热加快，其高压缸正胀差随之增大。由于进汽量的增大，中低压缸摩擦鼓风的热量容量被蒸汽带走，因而转子被加热的程度减少，正胀差减小。当凝汽器真空升高时，过程正好相反。

3.控制措施

3.1对轴封供汽采取的措施

我厂在机组冲动前，要对轴封供汽系统进行充分的暖管，控制好厂用低压联箱只轴封备用汽源的压力、温度。轴封供气温度取决于三抽减温器，低压联箱保持压力在0.3-0.4 Mpa，温度：300-330℃，缩短轴封供汽的时间，在机组冲动前20分钟投入运行。

3.2动到定速采取的措施

汽轮机冲动时，升速率设为100r/min，在转速达到500 r/min时及时投入汽缸，法兰螺栓加热装置。中速暖机要充分，中速暖机结束后，高压缸膨胀应4mm以上，中压缸应稍有膨胀，高压内缸上、下壁温度达150℃，中压缸内壁上、下温度达100℃，以上。

3.3列带负荷措施

冷态滑参数启动加负荷时，机炉要配合，主蒸汽温升速度1-1.5℃，再热蒸汽温升速度2-2.5℃，根据缸温膨胀情况控制胀差的增加的快慢。发电机并网后要缓慢开大调速汽门，要注意调节级温度的变化。严格执行滑行参数启动曲线的要求，如胀差增大，必要时可关小调速汽门或降低主蒸汽温度，延长暖机时间。

3.4缸法螺加热装置措施

加热装置调整及时，可以提高或降低汽缸法兰和螺栓的温度，加快汽缸膨胀或收缩，引起控制胀关的目的。随着主汽压力升高，控制汽缸夹层加热联箱压力≤4.0Mpa，法螺联箱压力≤0.7Mpa。高压加热器可在机组50MW后投入，使高压外缸充分膨胀。减小高压胀差。

3.5汽轮机滑销系统措施

机组在滑负荷时，应注意汽缸膨胀表的指示，如有突跳现象，根据胀差判断汽缸滑销系统是否卡涩。运行中应经常往滑动面之间注油，保证滑动面润滑及自由移动。如滑销卡涩，胀差大，必须进行检修。

4.结论

综上所述，胀差正值增大与汽缸和转子的膨胀有着直接原因，只要采取有效措施，解决好转子与汽缸的膨胀关系，就可以保证汽轮机的安全经济运行。

【参考文献】

[1]山西省电力工业局编.汽轮机设备运行.

[2]华东电力局编.汽轮机运行.

[3]华东电力公司编.发电厂集控运行.

[4]大庆石油管理局企业标准.200MW机组汽轮机设备运行规程.