东汽超临界600 MW抽汽机组冷态启动暖机方式优化

王永伟

（福建省鸿山热电有限责任公司，福建泉州362712）

0 引言

汽轮机的启动暖机目的是使汽轮机各部位金属得到充分的预热，减小汽缸部件间、转子表面与中心等的温差，从而减小金属内部应力，使汽缸、法兰和转子等均匀膨胀，且胀差值在安全范围内变化，保证汽轮机内部存在动静间隙，避免摩擦；同时，使带负荷的速度相应提高，缩短升至额定负荷时所需要的时间，达到节约能源的目的。然而，汽轮机启动过程中，各部件间的温差、热应力、热变形大，导致多数事故是发生在启动时刻。不正确的暖机工况、值班人员的误操作以及设备本身某些结构存在缺陷都可能造成事故，即使在当时没有形成直接事故，但由此产生的后果还将在以后的生产中造成不良影响，从而在一定程度上影响着汽轮机的安全运行，严重时会导致机组不能顺利并网。因此，不同学者从不同方面对其进行了研究，并且在早期就有相应的实际应用系统被开发。

1 故障的现象描述及机理分析

本电厂配备两台东汽超临界600 MW抽汽机组，抽汽用途为工业生产。机组自投产以来在冷态启动过程中多次出现汽轮机在中速暖机过程中，由于汽轮机振动大导致汽机被迫打闸，重回盘车状态，经盘车连续运行直轴，再次冲转后汽轮机运行正常。机组冷态启动一次成功概率不到25%，而温态启动与热态启动均未出现类似现象。汽轮机振动大，严重时会导致汽轮机转子产生永久性弯曲。由于每次冷态开机均在春节过后，需要如期实现机组对外供汽，为保证主设备安全，针对汽轮机冷态启动方式进行优化研究就显得尤为重要。

1.1 问题描述

东汽超临界600 MW抽汽机组在冷态启动暖机过程中，多次出现由于汽轮机振动大导致汽机被迫打闸、重回盘车，经盘车连续运行直轴、再次冲转后汽轮机运行正常的问题。

1.2 故障机理分析

1.2.1 冲转参数分析

东汽600 MW级别汽轮机默认的启动方式为中压缸启动，其利用旁路并向中压缸进汽来启动汽轮机的方法正被越来越多的机组所采用。东汽厂家设计冷态冲转参数与该机组实际冲转参数的比较如表1所示。

实际选择低压力、高温度冲转的原因有如下几点：该公司采用等离子点火模式，而厂家初期设计的为油枪点火模式。采用等离子点火模式以后，由于要保证锅炉稳定燃烧，必须有最小煤量。采用等离子模式锅炉点火后，汽温汽压上涨速率较快。如果按照东汽厂家要求的主汽压冲转，主汽温将会升至500℃左右，为了降低主再热汽温，满足汽轮机冲转温度要求，锅炉就必须使用减温水，低负荷锅炉蒸发量较少，在此情况下使用减温水，如果使用不当就容易造成锅炉受热面积水，严重时还会造成“水塞”，导致过热器严重超温。在锅炉低负荷时汽温调节手段有限，为了保证锅炉安全，防止锅炉在低负荷下超温爆管，因此汽机冲转选择的主压力较低。根据水蒸气压力对应的饱和温度特性，汽压如果升高，汽温也将会升高，因此从机组安全性考虑，选择低压力、高温度冲转。1.2.2 问题分析

表1 冲转参数对比表

上述冷态启动均为#2轴承振动大导致机组被迫打闸，#2轴承振动大主要是由于动静碰磨造成。高压调节级与中压缸第一级为整个汽轮机间隙最小处，高中压缸温差过大容易造成膨胀不均匀。通过冷态启动的历史曲线可以看出，在中速暖机阶段高中压缸温差过大，最大达100℃以上，每当高中压缸温差过大时，就会导致过桥汽封处发生碰磨，造成#2轴承振动大打闸汽轮机。引起高中压缸温差大的具体原因分析如下：

（1）东汽厂家给出的暖机结束条件为，暖机4 h或达到以下条件，中速暖机结束：高压内缸内壁温度≥320℃；中压进汽室内壁温度≥320℃；高压缸膨胀≥8 mm。根据同类机组运行经验，暖机4 h结束后，中压进汽室内壁温度也未能达到320℃；中压缸进汽量偏小，高压缸进汽量偏大，造成高中压缸温差增大。

（2）启动前高压缸经过倒暖，温度初步提高至150℃以上；而中压缸仅靠轴封漏汽逐步升温，升温速度很慢。

（3）机组启动阶段，不投减温水，要防止锅炉受热面超温，运行调整手段有限，造成了主再热汽温较高，实际汽轮机冲转温度较厂家给定的温度高出40～100℃，有时更高。

2 优化策略设计

通过上述分析可以看出，对暖机运行方式进行调整是解决该问题的一种方式，因此，对“暖机模式”逻辑修改如下：

（1）冷态启动，在“暖机模式”投入时，当汽轮机高压调门开度大于9%后，高压调门保持在9%，汽轮机转速由中压调门控制。

（2）运行人员根据高中压缸温差，可以手动关小和开大高压调门，中压调门此时应维持汽轮机转速稳定，自动进行开大或关小。

（3）中速暖机结束，“暖机模式”切除后保持原有逻辑控制状态，即：高压调阀关闭，汽轮机转速由中压调门控制。

（4）机组投轴封抽真空时，尽量选择合理的轴封供汽温度，防止高中压缸胀差升高过多。

3 试验测试及优化效果

针对上述情况，对汽轮机在中速暖机过程中由于振动大导致被迫打闸的问题进行了认真分析，对汽轮机的“暖机模式”提出了修改方案，并在机组C修结束后对DEH中“暖机模式”进行了优化改造。以#2汽轮机为例，在2017年2月8日冷态启动冲转过程中以及过临界时机组主要冲转参数为：主蒸汽压力3.33 MPa，主蒸汽温度399℃，再热蒸汽压力0.413 MPa，再热蒸汽温度371℃。汽轮机摩检正常；就地打闸汽轮机，正常；重新挂闸冲转，汽轮机升速至1 400 r/min中速暖机，并执行高压遮断、ETS遮断试验，正常；中速暖机结束后，汽轮机升速至3 000 r/min。此外，还进行了超速试验，试验过程中汽轮机运行正常。

4 结语

实际冲转参数显示，本文提出的优化策略具有良好的应用效果：（1）启动过程中高中压缸温度同步升高，在中速暖机结束后，高中压缸内壁温度温差小于10℃，高中缸胀差在6 mm左右，达到了机组自投产以来中速暖机的最佳值；（2）汽轮机冲转一次成功，在机组过临界时，汽轮机各轴承振动较以往明显减小。这对大功率抽汽机组的暖机方式优化具有一定的借鉴意义。

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