汽輪機投抽汽后負脹差增大超標的原因分析及處理

摘要: 簡要介紹了邯鋼新區自備電廠60MW汽輪機第一次投抽汽后負脹差增大超標跳閘停機后，對汽輪機負脹差增大的原因進行了綜合分析，并采取了相應的控制措施，確保了汽輪機第二次投抽汽的成功。

關鍵詞: 汽輪機;負脹差;抽汽

1 前言

邯鋼新區自備電廠的裝機容量為3×60MW，屬于熱電聯產機組，除正常發電外，還擔負著向新區全廠供應1.0MPa低壓生產蒸汽的任務。三臺汽輪機為抽汽凝汽式汽輪機，均是由哈爾濱汽輪機廠于2007年生產制造的。1#、2#汽輪機發電分別于2009年5月份和6月份投產。在汽輪機發電投產之前，新區全廠的1.0MPa低壓生產蒸汽一直由鍋爐經過減溫減壓裝置對外供汽。由于減溫減壓經常出現故障，影響生產，所以在1#、2#汽輪機并網發電運行正常后，決定采用汽輪機抽汽對外供汽，減溫減壓裝置作為熱備用。

2009年6月13日下午16點10分，1#汽輪機第一次投抽汽外供蒸汽。16點50分真空突然下降，從-87kPa降到-68kPa，開兩臺射水泵維持真空到-70kPa，懷疑運行的抽汽器有問題了，倒換抽汽器后沒有任何效果。真空系統查漏沒有查出來，于是就維持運行。2009年6月14日上午11點，1#汽輪機由于汽輪機負脹差大超標跳閘停機。

1#汽輪機跳閘后，我們對于投抽汽后負脹差逐漸增大超標跳閘停機的原因進行了綜合分析，研究了影響汽輪機脹差的因素，采取了相應的控制措施。于2009年7月3日，分別對1#、2#汽輪機投上抽汽并汽共同對外供汽，成功控制住了負脹差，保證了汽輪機的長期安全穩定運行，建立了邯鋼新區全廠1.0MPa低壓生產蒸汽穩定供應的新格局。

2 影響脹差的主要因素

2.1脹差的定義

汽缸和轉子受蒸汽加熱后，隨著金屬溫度的升高，都會膨脹，但轉子和汽缸由于重量和受熱面積的不同，所以膨脹值也不同。轉子與汽缸沿軸向膨脹之差值，稱為轉子與汽缸的相對膨脹脹差，簡稱脹差。習慣上規定:當轉子軸向膨脹值大于汽缸的軸向膨脹值時，脹差為正;反之為負。脹差的大小表明了汽輪機軸向動靜間隙的變化情況。轉子的相對脹差過大，會使動、靜軸向間隙消失而產生摩擦，造成轉子彎曲，引起機組振動，甚至出現重大事故。

2.2影響脹差的主要因素

(1)凝汽器真空的影響:當凝汽器的真空降低時，欲保持機組轉速不變或負荷不變，必須增加進汽量，使高壓轉子受熱加快，高壓轉子的正脹差值隨之增大，由于進汽量的增大，中低壓缸鼓風摩擦產生的熱量容易被蒸汽帶走，因而轉子被加熱的程度減小，正脹差減小，同時由于凝汽器真空降低，排汽缸的溫度升高，這樣低壓缸的膨脹就增大，正脹差也會減小。當凝汽器的真空升高時，脹差的變化正好相反。

(2)軸封供汽溫度的影響:由于軸封供汽直接送至汽輪機各轉子的兩端，所以供汽溫度直接影響轉子的伸縮，而對汽缸的膨脹影響較小。

(3)進汽參數影響:當進汽參數發生變化時，首先對轉子受熱狀態發生影響，而對汽缸的影響要滯后一段時間，這樣也會引起脹差變化，而且參數變化速度越快，影響越大。因此，在汽輪機啟停過程中，控制蒸汽溫度和流量變化速度，就可以達到控制差脹的目的。主蒸汽溫升和溫降速度，是控制脹差最基本也是最有效的手段，因為脹差產生的原因是汽缸和轉子存在著溫差，蒸汽溫升或溫降速度小，那么汽缸和轉子之間的溫差也就小，脹差也就小。

(4)汽缸法蘭和螺栓加熱裝置的影響:汽缸水平法蘭在升速過程中溫度比汽缸要低，阻礙汽缸膨脹，引起脹差增加。為了使汽輪機汽缸和轉子同步膨脹，一般使用法蘭、螺栓加熱裝置。合理地投用法蘭、螺栓加熱裝置就可以達到控制脹差的目的。

(5)轉速的影響:泊桑效應也就是汽輪機的軸在轉速增加的時候，受到離心力的作用，而變粗，變短.轉速減小的時候，而變細，變長。

(6)滑銷系統的影響:在運行中，必須加強對汽缸絕對膨脹的監視，防止左右側膨脹不均以及卡澀造成的動靜部分摩擦事故。

(7)汽缸保溫和疏水的影響:汽缸保溫不好，會造成汽缸溫度分布不均且偏低，從而影響汽缸的充分膨脹，使汽機膨脹差增大;疏水不暢可能造成下缸溫度偏低，影響汽缸膨脹，并容易引起汽缸變形，從而導致相對脹差的改變。

啟動時，一般應用加熱裝置來控制汽缸的膨脹量，而轉子主要依靠汽輪機的進汽溫度和流量以及軸封汽的溫度和流量來控制轉子的膨脹量。啟動時脹差一般向正方向發展。汽輪機在停用時，隨著負荷、轉速的降低，轉子冷卻比汽缸快，所以脹差一般向負方向發展，特別是滑參數停機時尤其嚴重，必須采用汽加熱裝置向汽缸夾層和法蘭通以冷卻蒸汽，以免脹差保護動作。汽輪機轉子停止轉動后，負脹差可能會更加發展，為此應當維持一定溫度的軸封蒸汽，以免造成惡果。

2.3負脹差增大的原因

(1)真空急劇下降，排汽缸溫度上升，使負脹差增大。

(2)軸封汽溫度太低。

(3)負荷迅速下降或突然甩負荷。

(4)主蒸汽溫度驟減或啟動時的進汽溫度低于金屬溫度。

(5)發生水沖擊，或蒸汽溫度太低。

(6)軸向位移變化。

(7)軸承油溫太低。

(8)空負荷或低負荷運行時間太長。

(9)汽缸夾、法蘭加熱裝置加熱過度。

(10)停機過程中用軸封蒸汽冷卻汽輪機速度太快。

(11)啟動中轉速突升，由于轉子在離心力的作用下軸向尺寸縮小，尤其低差變化明顯。

3 汽輪機投抽汽后負脹差增大的原因分析

綜合以上分析，2009年6月13日，1#汽輪機投抽汽后負脹差逐漸增大超標跳閘停機，主要有以下幾方面原因。

(1)真空出現急劇下降，并且真空維持太低。投抽汽后，真空出現了急劇下降，后來雖然采取應急措施，啟動兩臺射水泵維持真空到-70kPa，但是由于真空維持太低，使排汽缸的溫度升高，這樣低壓缸的膨脹就增大，這是造成負脹差逐漸增大的一個主要原因。

(2)外網蒸汽用量不穩定，頻繁的突然增加和減少。投抽汽后，由于外網蒸汽用量不穩定，抽汽流量變化較大且頻繁，外送蒸汽流量最高100t/h，最低50t/h。這樣由于抽汽流量的突然增加，為了保持電負荷的穩定，汽輪機調速汽門自動開大，增加汽輪機的進汽量，由于進汽量的增大，中低壓缸鼓風摩擦產生的熱量容易被蒸汽帶走，因而轉子被加熱的程度減小，從而導致正脹差減小，負脹差逐漸增大。同時，又由于抽汽流量的突然增加，引起進入抽汽后的汽缸蒸汽流量減少，造成轉子的冷卻，從而引起負脹差的不斷增加。所以，外網蒸汽用量的突然增加和突然減少，也是造成負脹差逐漸增大的另外一個主要原因。

(3)均壓箱蒸汽溫度較低。投抽汽后，均壓箱蒸汽溫度維持較低，在負脹差逐漸增大時，沒有及時的提高均壓箱蒸汽溫度來加熱轉子。這也是造成負脹差逐漸增大的另外一個原因。

4 汽輪機投抽汽后負脹差的控制措施

在對于1#汽輪機投抽汽后負脹差逐漸增大超標跳閘停機的原因，進行了綜合分析后，針對上述分析原因，通過采取以下措施，于2009年7月3日，分別對1#、2#汽輪機投上抽汽，成功控制住了負脹差，保證了汽輪機的安全穩定運行。

(1)維持凝汽器較高真空。一是對真空系統查漏，1#汽輪機真空系統查出有一個法蘭墊壞泄漏，解釋了1#汽輪機投抽汽后為什么會真空突然下降。二是靠提高均壓箱壓力的方法來提高真空，壓力以后汽封稍微冒汽為標準。

(2)提高均壓箱溫度。靠提高均壓箱蒸汽溫度加熱轉子的方法來控制汽輪機的負脹差，均壓箱溫度的提高以各軸瓦振動不上升為標準。

(3)減少抽汽流量頻繁的突然增加和減少。一是要求外網蒸汽用量盡量避免頻繁的突然增加和減少。二是1#2#汽輪機抽汽并汽同時對外供汽，以緩解外網蒸汽頻繁的突然增加和減少對單臺汽機的影響。

(4)盡量提高電負荷，以減少抽汽流量在整個汽輪機進汽流量中的比重。

5 結論

對于負脹差的控制，確保了邯鋼新區1#2#汽輪機投抽汽的成功，結束了邯鋼新區全廠1.0MPa低壓生產蒸汽長達半年的供應緊張局面，建立了邯鋼新區全廠1.0MPa低壓生產蒸汽穩定供應的新格局。60MW抽汽凝汽式汽輪機屬于高溫高壓機組，不同于中溫中壓機組，對于我們來說屬于首次接觸，運行和維護上的知識和經驗還有待于進一步學習和提高。

參考文獻:

[1]任宏. C12-8.83/3.82型汽輪機組負脹差超限原因分析及處理[J].四川電力技術. 2009，(3):32.

[2]楊錦波.韶關發電廠10號機組高中壓缸負脹差大的原因分析及處理[J].廣東電力.2005，(6):18.