汽轮机冷态启动过程中胀差偏大的原因分析及优化措施

李涛

【摘 要】本文简要介绍了胀差的概念及胀差过大的危害，从我厂汽轮机冷态启动过程中出现胀差正值偏大的实际现象进行分析，提出控制胀差正值偏大的相应措施。

【关键词】汽轮机；冷态启动；胀差

0 概述

我厂汽轮机型号为CC360/251.6-24.2/1.3/0.45/566/566，为东方汽轮机有限公司制造的超临界、一次中间再热、单抽、三缸两排汽、双抽可调供热、凝汽式汽轮机。主再热蒸汽温度均为566℃，高中压转子、低压转子均是由整体合金钢锻件加工的无中心孔转子，高中压转子为双流结构，反向布置；低压转子为双流对称结构。高压汽缸为双层缸，中压汽缸为双层缸，低压汽缸为三层缸。机组投运后的多次启动过程中，高压和中压胀差偏大，常接近报警值，影响启机并网及升负荷速度。

1 胀差概述

1.1 胀差的定义

当汽轮机启停及负荷变化时，转子和汽缸均会膨胀或者收缩。由于转子的质量比汽缸小，且转子受热表面积比汽缸要大，因此蒸汽对转子表面的放热系数较大。在相同的条件下，转子温度变化比汽缸快，转子和汽缸的膨胀存在着差值，定义为相对膨胀差（胀差）。当转子膨胀量大于汽缸膨胀量时为正胀差，当转子膨胀量小于汽缸膨胀量时为负胀差。

1.2 胀差大的危害

启动过程中，胀差偏大不仅延缓启机速度，当胀差超过规定值时，就会使汽轮机动静间的轴向间隙消失，发生动静摩擦，引起汽轮机组振动增大，甚至掉叶片、大轴弯曲等严重事故。无论是正差胀还是负差胀，达到某一数值，汽轮机轴向动静部分就要相碰发生摩擦。

2 冷态启动过程中胀差正值偏大的原因

2.1 汽轮机进汽温度高，冲转参数与厂家推荐的冲转参数有偏差

合适的启动参数能够减少转子和汽缸的膨胀差，冲转参数较高，转子和汽缸的温差也大，引起胀差也大。

2.2 轴封供汽温度高

本厂有两台同型号机组，启机过程中用辅助蒸汽供轴封，而辅助蒸汽汽源来自邻机四抽，邻机正常运行时，四抽温度380℃，高于厂家说明书推荐值208～260℃。由于轴封供汽直接与汽轮机大轴接触，因此轴封供汽温度的变化直接影响转子的伸缩。

2.3 高压缸倒暖不充分，中压缸正暖管道太细

本厂高压缸采用辅汽倒暖，中压缸采用辅汽正暖，暖机时间点为锅炉点火后。本厂采用中压缸启动，高压缸倒暖完成后进行闷缸，在冲转时，需开启高排通风阀以防止高压缸叶片过热。在开启高排通风阀时，高压缸缸温下降较快，说明高压缸未充分加热，只是表面测点温度达到了倒暖缸所做的要求。而中压缸正暖的管道太细，一部分取自中联门阀后的疏水管道进入中压缸，造成进汽量不足，中压缸正暖不充分。

2.4 高中压夹层加热装置未发挥作用

本厂高压缸夹层加热汽源来自冷再热蒸汽，中压缸启动过程中，在切缸完成后，高压缸外缸温度已经高于冷再热蒸汽温度，此时若投入高压缸夹层加热，只能起到冷却高压缸的作用，因此高压缸夹层加热无法投入。本厂汽轮机中压缸启动后，中压缸夹层加热汽源取自中联门门后的疏水管道，造成中压缸夹层加热汽量不足。两者均造成了外缸无法尽快膨胀。

2.5 升速过快，暖机时间不足

暖机能够使汽轮机各部金属温度得到充分的预热，减少汽缸法兰内外壁，法兰与螺栓之间的温差，转子表面和中心的温差，从而减少金属内部应力，使汽缸、法兰及转子均匀膨胀，各胀差值在安全范围内变化。暖机时间不足会造成汽缸无法得到充分膨胀，转子和汽缸的膨胀差值偏大。

3 控制措施

3.1 严格控制启动初参数

启动时加强与锅炉专业人员联系，严格控制启动参数。初参数控制低，有利于增加进入汽轮机的蒸汽流量，便于汽轮机暖缸，同时，主蒸汽温度控制低，也会限制汽轮机转子的温升速度，减少正胀差的出现。

3.2 采用合理的轴封供汽温度，适当缩短轴封供汽压力及送汽封时间

机组在正常运行中，冷再热蒸汽温度要低于四抽温度。辅汽汽源设计了冷再和四抽，冷态启机时可采用邻机冷再热蒸汽作为辅汽汽源，适当降低轴封供汽温度。冷态启动时，尽量缩短送汽封时间，在不影响真空的情况下汽封压力尽量降低。

3.3 充分进行高压缸倒暖

适当将高压缸暖缸时间提前，当高压缸内部表面温度达到暖缸规定值后，停止倒暖后观察，若缸温下降，则反复进行倒暖，让高压缸进行充分加热。

3.4 高压缸夹层加热装置及中压缸夹层加热管道改造

高压缸夹层加热汽源可改造为主汽，具体接口可取自主汽供轴封的管路，让高压缸夹层加热在启动过程中发挥实际作用。中压缸夹层加热进汽管路可适当改粗，让中压缸夹层加热汽量充足。

3.5 升速过程中充分暖机

按照设置的暖机点充分暖机。若升速或升负荷后胀差有不断增大的趋势，应稳定转速或负荷继续暖机，不要时可以降低转速或负荷。

3.6 充分疏放水

充分的疏放水可以提高下汽缸的温度，降低上下缸的温差，也就提高了汽缸整体的平均温度。各抽汽管道充分疏放水，能够提高各抽汽口的温度，相应提高汽缸的整体平均温度。同时，能够使各抽汽管道充分膨胀，减少抽汽管道阻碍汽缸热膨胀现象的发生。

3.7 低压加热器随机启动

胀差产生的主要原因是汽缸加热慢，而转子加热快，采用低压加热器随机滑启，能够使下汽缸汽流流动充分，彻底排尽积水，提升了下汽缸的加热速度，使得下汽缸尽快胀出，从而减少了正胀差。

3.8 并列后全周进汽，适当降低主汽压力

汽轮机并列后，全开调门，采用全周进汽，使各部分均匀加热。在一定负荷下适当降低主汽压力能够增加汽轮机的进汽量，加快汽缸加热速度。现今大容量机组采用CCS控制，若CCS已经投入，可将滑压偏置设置为负值。

【参考文献】

[1]华东六省一市电机工程（电力）学会编.汽轮机设备及其系统[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]翦天冲.汽轮机原理[M].北京：中国水力电力出版社，2002.

[责任编辑：王伟平]