对350MW汽轮机胀差影响因素与控制方法探讨

刘志健

摘要：对于350MW汽轮机而言，胀差变化是影响机组启动与运转的关键性因素，随着汽轮机内热应力变化，可对机体造成一定磨损，甚至发生恶性事故。基于此，本文首先围绕350MW汽轮机胀差的影响因素展开分析，继而结合350MW汽轮机结构提出控制350MW汽轮机胀差的具体方法，以期进一步控制胀差变化，结合整体汽轮机胀差变化提高安全运转保障，降低事故发生频率。

关键词：350MW汽轮机;胀差;控制

引言：350MW汽轮机内部构件受到温度变化产生金属膨胀现象，并在对流换热过程中造成水平、垂直、轴向方向的尺寸变化，随着机组启动蒸汽环境随之改变，进一步产生安全运转隐患。胀差作为350MW汽轮机重要运行参数，机组动、静轴摩擦可造成内部转子弯曲变形，继而引起恶性振动，严重时甚至可能造成较大运行事故，继而造成较大经济损失，因此围绕350MW汽轮机胀差展开研究是必要的。

一、350MW汽轮机胀差影响因素分析

在机组运行中，转子与轴承之间作用力发生变化，导致相对平衡点产生偏移，，即 ，其中转子平均升温为 ，相对膨胀值为 。

（一）冲转定速

冲转定速对于胀差的影响主要存在于350MW汽轮机冷态启动时，由冲转到定速实现了正胀差变化，随着转子加热速度不断变快，正胀差仍持续上升，在这一阶段，受到离心力与低压缸摩擦鼓风影响，导致启动机组温度急剧变化，至350MW汽轮机冷态启动完毕时，达到正胀差最高值。受到正常运转影响，冷态冲转需维持以下状态：主汽压力4.2MPa、主汽温420℃，首先在挂闸基础上开启中联门并达到100%输入阀限，控制DEH画面冲转升速率，机组转速达到600r/min后摩擦加剧，冲转速度达到2500r/min时适当暖机，这时胀差随着冲转速度的变化已产生较大胀差变化，当冲转温度所产生蒸汽温度低于汽缸温度时，冷却效果作用下导致负胀差出现，同时蒸汽温度与350MW汽轮机金属机体温度产生较大差值，进一步造成了汽轮机胀差现象[1]。

（二）水平法兰结构

现阶段350MW汽轮机内部结构均采用水平法兰方式安装，机组汽缸膨胀受到结构制约，升速过程温度导致胀差增大，同时水平法兰结构导致机组滑动面阻力加大，此时350MW汽轮机保温措施无法发挥作用，抽汽管道进一步分散结构内部温度热量，导致汽缸温度无法稳步提升，汽缸膨胀效果受阻，下缸疏水不畅导致温度随之降低，受到膨胀效果与疏水冷却影响导致汽缸变形，当转子持续转动时，离心力作用于转子结构，导致发生泊松效应，即受到力的作用发生径向、轴向结构变形，在水平法兰结构与离心力限制下，胀差持续增大。

（三）真空变化

汽轮机胀差变化可受到结构真空影响，350MW汽轮机在冷态环境下启动时，轴封供汽导致温度与转子温度存在差值，导致转子受热不均匀，产生局部变形现象，继而出现正胀差，若情况不加以控制，转子结构受到轴封摩擦影响造成350MW汽轮机磨损，严重损害其使用寿命。真空环境变化时，为确保汽轮机稳定运转，需确保机组进汽量，在此基础上无法控制结构内部摩擦现象，随转子运转产生局部高压，使整体机组受热面积增大，实现正胀差值提高，当转子转速与温度下降后，正胀差值随之降低，但随着真空环境变化高压转子胀差减小，继而导致胀差进一步扩大。

二、控制350MW汽轮机胀差的具体方法讨论

为更好地控制350MW汽轮机胀差变化，以下主要从冷态启动控制、热态启动控制展开分析，并结合在线监测系统实现全面控制。

（一）冷态启动控制

1.法兰螺栓加热

350MW汽轮机冷态启动条件下，主要受到汽缸与转子的膨胀作用影响产生正胀差，这时可借助法兰螺栓加热装置缩短冲转供汽时间与温度，其中需持续控制速率变化与温度变化，以此确保汽轮机内部结构实现均匀受热，同时为缓解高压环境下胀差持续增高现象，可通过中速暖机运转时间与速率控制实现胀差控制。法兰螺栓加热装置可借助蒸汽温度控制降低整体机组胀差，此方式对于小型机组尤为使用，蒸汽参数随法兰螺栓加热程度而出现波动，造成法兰螺栓、汽缸内外部之间的温差趋于稳定，加热膨胀程度导致后续收缩变化增大，继而可实现胀差范围控制。值得一提的是有效的法兰螺栓加热需规避温度过热现象，温度约80℃最为适宜，最高不得超过110℃，避免过热导致胀差增大。

2.汽源温度选择

汽封供汽可通过汽源温度二次选择实现供汽状态控制，一般而言，供汽时间愈长则会导致汽源温度剧烈，继而实现350MW汽轮机内部机组胀差变化，冷态环境下启动为保障胀差控制效果，需尽量选择温度較低的汽源，实现冲转轴封送汽时间与温度控制，此时需注意停机状态下的温度与胀差波动，为全面避免胀差负值现象，可控制机组转子转动状态，向内部汽封环境下输入高压汽源，以此完成转子加热，此方式可有效缓解胀差，无法实现彻底消除。

（二）热态启动控制

1.定速并网操作

相较于350MW汽轮机冷态启动，热态启动主要造成蒸汽压力与流速波动现象，由于内部结构蒸汽压力显著高于平衡状态，调速汽门调节效率较低，虽可通过蒸汽节流实现汽温与压力控制，但实际操作中节流后的汽温处于降低状态，由此可知热态启动下无法实现转子与汽缸的均衡冷却控制，负胀差现象无法规避，由于汽轮机金属温度存在差异，其受热程度与胀差变化规律不同，若汽缸温度已达350℃以上，汽封供汽状态下的胀差在低压、中压、高压条件下均呈现降低趋势，但同时受到高温蒸汽影响与差异变化，导致胀差控制效果并不明显，需加强对于高温蒸汽温度的控制，若汽缸温度处于200～250℃范围内，胀差可稳步降低，但降缓速率并不显著[2]。

热态启动后的定速并网操作可通过负荷速度降低胀差，尤其对于温度较高时效果更为显著，转子受到冷却作用可实现进一步收缩，导致动叶入口间隙缩小，甚至消失，以此实现胀差控制，面对低温汽缸，需借助低负荷暖机提高胀差，并投入加热装置控制胀差变化，使胀差始终处于可控状态。

2.调动蒸汽温度

受到热态启动影响蒸汽温度产生波动，受到胀差变化规律影响，导致展开胀差控制时仅汽门调速阶段才可实现温度调节，尤其对于主蒸汽温度而言，随着温度降低转子受到冷却作用而持续收缩，导致胀差降低，此时可通过调动蒸汽温度升速，配合低温混合蒸汽与加热装置，以此中和胀差变化，缩小胀差降低幅度，以此实现有效胀差控制。

（三）在线监测系统

为更好地实现350MW汽轮机胀差控制，可借助DCS系统实现实时检测控制，DCS系统集计算机站、操作站、高速网络、管理网关、工程师站、现场控制站为一体，实现全面数值控制，其中在线监测系统作为DCS系统中关键功能，能够通过汽轮机压缸胀差数据采集与分析实现在线监控，并借助计算机系统完成决策规划。首先需在350MW汽轮机运转时进行传感器固定，与被测金属表面形成统一温度变化，可借助受热膨胀相对差值实现数据采集，并借助涡流传感器数值正负关系实现线性测量，例如：350MW汽輪机转子与被测表面加工呈8°坡角，借助 公式展开数值换算，其中δ为传感器与被测斜坡表面的垂直距离，L为胀差，若δ处于4mm内，其胀差为28.74，经公式换算可知在8°斜坡条件下可将4mm作为线性测量范围展开换算验证，其胀差结果为28.74，进一步将斜坡垂直距离转换为直流电压信号传输至胀差监测器，借助DCS在线监测系统展开实时检测，最大化确保胀差控制[3]。

结束语：综上所述，350MW汽轮机胀差具有一定危害，且受到不同因素的多重作用，展开胀差控制时，需结合机组状态展开针对性措施，经研究可知为满足不同情况下的运行需求汽轮机内部结构存在一定差异，因此为进一步延长350MW汽轮机使用寿命，需借助不同措施展开调节，另外可借助一定在线监测系统辅助控制，结合胀差计算公式，以此环节胀差影响，提高350MW汽轮机工作效率。

参考文献：

[1]段金鹏，李兴华，徐殿吉.350MW超临界汽轮机通流改造热力设计[J].汽轮机技术，2020，62（04）：251-254.

[2]王国成.350MW供热机组采用背压汽轮机供工业蒸汽方案探讨[J].价值工程，2019，38（35）：156-157.

[3]戴建刚.350 MW机组汽轮机中压缸排汽供热改造分析[J].发电设备，2019，33（03）：217-219+222.