C50-90/1.2汽輪機組負(fù)脹差過大原因及處理

李明臣 雷亞軍

中石油云南石化公司 云南安寧市

一、問題

某廠4號汽輪發(fā)電機組于1987年試運投產(chǎn)以來負(fù)脹差問題已有顯現(xiàn)，伴隨運行時間的增長，汽輪機的負(fù)脹差過大的問題越來越突出，機組平時滿負(fù)荷運行時的負(fù)脹差達到-1.2mm，而夏季高溫季節(jié)的負(fù)脹差更是達到-1.73mm，排汽室溫度高達70℃，超出了運行規(guī)程的范圍。

汽輪機脹差數(shù)值直接反映了通流部分軸向間隙的相對變化，脹差偏離正常運行范圍后，可能使汽輪機動靜葉片發(fā)生摩擦，其負(fù)脹差更易造成汽輪機的損壞。在負(fù)荷要求緊張情況下，該汽輪機不得不低負(fù)荷運行，而在機組啟動過程中，由于負(fù)脹差的出現(xiàn)，又額外延長了機組的啟動時間，鍋爐燃煤消耗量增加。

二、負(fù)脹差影響因素的理論分析

脹差是指汽輪機某一截面汽缸與轉(zhuǎn)子軸向相對位置的改變量。汽輪機的脹差主要受3方面因素的影響，一是轉(zhuǎn)子和汽缸的熱膨脹位移之差，二是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時離心力引起轉(zhuǎn)子的縮短量，三是轉(zhuǎn)子在推力軸承處的軸向位移，可用式（1）表示。

式中ZΔ——汽輪機脹差

ZΔc——轉(zhuǎn)子熱膨脹量

Za——轉(zhuǎn)子離心力引起轉(zhuǎn)子的縮短量

Zcd——轉(zhuǎn)子軸向位移

Zcc——汽缸熱膨脹量

汽輪機在某一負(fù)荷下正常運行時，轉(zhuǎn)子離心力引起轉(zhuǎn)子的縮短量、轉(zhuǎn)子熱膨脹和轉(zhuǎn)子的軸向位移變化相對較為穩(wěn)定，其數(shù)值基本不變。對4號汽輪機而言，由于機組低壓段抽汽溫度高，排汽缸溫度隨之升高等因素而造成后汽缸的熱膨脹變化，對脹差變化造成較大影響，在計算式（1）中，汽缸熱膨脹量越大，汽輪機的負(fù)脹差也就越大。

三、負(fù)脹差問題的原因查找和分析

分析中發(fā)現(xiàn)四級抽汽、六級抽汽溫度明顯高于設(shè)計值，數(shù)據(jù)見表1。將表1中大修前各級抽汽溫度實測值與設(shè)計值比較后可知，四級抽汽和六級抽汽溫度偏離設(shè)計值較多，分別為285℃和127℃。這是由于4號汽輪機組高壓段的二段汽封漏汽和三段汽封漏汽分別與低壓抽汽的四級和六級相連接，連接點距抽汽口較近所以后汽缸的溫度較高。對汽缸體起到了加熱作用，使得汽缸膨脹量大大增加，從而引起汽輪機負(fù)脹差超出規(guī)程允許范圍，為了驗證以上的分析，進行以下實測。

表1 抽汽溫度實測值與設(shè)計值比較 ℃

（1）在機組運行中，全開高壓二段軸封漏汽至四級低壓抽汽的截門，全開高壓三段軸封漏汽至六級低壓抽汽的截門，發(fā)現(xiàn)排汽缸溫度從63℃迅速升至120℃，負(fù)脹差從-1.2mm升至-1.71mm，機組負(fù)脹差超標(biāo)。

（2）緩慢關(guān)閉高壓段軸封漏汽至低壓抽汽截門時，排汽缸溫度有所下降，且隨著高壓二、三段軸封漏汽量的減少，排汽缸溫度逐漸下降至合格，而且能達到機組滿負(fù)荷時后汽缸的溫度標(biāo)準(zhǔn)要求。

試驗證實了排汽缸溫度過高與高壓段軸封漏汽至低壓抽汽口較近有直接關(guān)系，若能消除這種關(guān)系，則負(fù)脹差情況有較明顯地改善。

四、大修期間消缺和改進措施

圖1 改動二段和三段高壓軸封漏汽走向

在機組大修中，重點安排二段和三段高壓軸封漏汽走向的改動（圖1）。采取的消缺措施是針對試驗得出的結(jié)論，即關(guān)閉原二段和三段高壓軸封漏汽至四級和六級低壓抽汽的截門。將二段高壓軸封漏汽直接接至三號低壓加熱器進汽門后，三段高壓軸封漏汽直接接至一號低壓加熱器進汽門后，而且在新二段和三段高壓軸封漏汽至低壓加熱器的管道上各加閥門，用以調(diào)節(jié)軸封漏汽高溫蒸汽量。此改進有效地控制了排汽缸的溫度，使排汽缸熱膨脹量大大減小。

經(jīng)過以上改動，機組從2010年7月再次啟動帶滿負(fù)荷運行，四、六級的抽汽溫度均已接近設(shè)計值，尤其是四、六級抽汽溫度較改動前有大幅度下降。凝汽器真空明顯改善，機組在帶滿負(fù)荷運行工況時排汽溫度降至50℃以下，汽輪機組實際運行情況也表明，汽機的負(fù)脹差值較改動前有了明顯改善，實測負(fù)脹差僅為－0.9mm，小于規(guī)程上限值-1.2mm，完全滿足機組滿負(fù)荷運行要求。