汽輪機熱態(tài)啟動的危險點淺析

摘 要：機組的啟動是機組運行過程中重要階段，存在很多的風(fēng)險。結(jié)合2012年11月05日內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)生因雨雪天氣導(dǎo)致線路故障跳閘后5號機組的實際啟動過程，了解機組啟動狀態(tài)的分類，掌握機組熱態(tài)啟動的注意事項，分析機組熱態(tài)啟動過程的重要參數(shù)變化情況、危險點和采取的措施，合理控制機組升溫升壓率、金屬溫升率及升負(fù)荷速率，加強對汽輪機重要參數(shù)的監(jiān)視和控制，使汽輪機能夠安全、穩(wěn)定、快速地啟動。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險；汽輪機；啟動；熱態(tài)；重要參數(shù)；安全

引言

機組啟動是機組運行過程中一個重要階段，也是機組最危險、最不利的運行工況，其中很大一部分原因在于機組各部件受熱不均勻，使各部件溫差、脹差、熱應(yīng)力和熱變形等超出了允許的范圍，若操作不當(dāng)會導(dǎo)致汽輪機動靜摩擦，甚至導(dǎo)致大軸永久彎曲。為了保證單元機組安全、穩(wěn)定、快速地啟動，必須對其啟動特點有所了解。

1 系統(tǒng)概述

1.1 主設(shè)備概述

托克托縣，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部、大青山南麓、黃河上中游分界處北岸的土默川平原上。托電5號機組為600MW空冷汽輪發(fā)電機組，汽輪機為東方汽輪機廠生產(chǎn)制造，型號為NZK600-16.7/538/538型，型式為亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式。發(fā)變組采用單元接線方式，發(fā)電機通過主變升壓至500kV，接線方式為3/2接線，四回送出線路，即：托源一～四線，終點分別在北京安定變電站和河北霸州變電站，中間在渾源設(shè)有一開關(guān)站。

1.2 機組啟動狀態(tài)分類

2 汽輪機的熱態(tài)啟動應(yīng)當(dāng)注意的幾個問題

2.1 上下汽缸溫差是汽輪機熱態(tài)啟動時常見的問題，也是必須正確處理的問題。高壓汽輪機金屬溫度在從高溫狀態(tài)逐漸冷卻的過程中，由于下汽缸比上汽缸冷卻得快，上下汽缸將出現(xiàn)較大的溫差，使汽缸產(chǎn)生“貓拱背”變形。這將使調(diào)節(jié)級段下部的動靜部分的徑向間隙減少甚至消失。所以熱態(tài)啟動應(yīng)對上下汽缸溫差作出明確規(guī)定，并嚴(yán)格控制。一般規(guī)定調(diào)節(jié)級處上下汽缸溫差不得超過50℃。

2.2 停機后由于上、下缸存在溫差，如果盤車裝置使用不當(dāng)，將會使轉(zhuǎn)子徑向產(chǎn)生溫差，從而使轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲，彎曲最大處往往也在調(diào)節(jié)級處，并且轉(zhuǎn)子彎曲最大的時刻也幾乎是上下汽缸溫差最大和汽缸變形最大的時刻。這樣，轉(zhuǎn)子的彎曲加上汽缸的變形，勢必造成轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時動靜部分發(fā)生摩擦，摩擦產(chǎn)生熱量，使轉(zhuǎn)子的彎曲又增大，而彎曲的增大又加劇摩擦。轉(zhuǎn)子彎曲后，其重心與旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生偏離，因而隨轉(zhuǎn)速的升高振動越來越大。這樣摩擦、彎曲、振動的惡性循環(huán)，將會導(dǎo)致汽輪機大軸的永久性彎曲。

2.3 沖轉(zhuǎn)前連續(xù)盤車不少于4h，以消除轉(zhuǎn)子臨時產(chǎn)生的熱彎曲。在連續(xù)盤車時間內(nèi)，應(yīng)盡量避免盤車中斷，如果中斷，則每中斷1min應(yīng)延長10min的盤車時間且最多不能中斷10min。當(dāng)高壓缸內(nèi)壁溫度在350℃以上時，盤車停止不得超過3min，并且每停止1min就要多盤10min。在整個盤車時間內(nèi)不可停止供油。經(jīng)過盤車確認(rèn)大軸的撓度達到正常值后方可沖轉(zhuǎn)，否則應(yīng)延長盤車時間。

2.4 啟動過程中，軸封是受熱沖擊最嚴(yán)重的部件之一，特別是在熱態(tài)啟動時，軸封處的轉(zhuǎn)子溫度很高，一般只比調(diào)節(jié)級處汽缸溫度低30～40℃，如果軸封供汽溫度與金屬溫度得不到良好的匹配或大量低溫蒸汽通過軸封段吸入汽缸時，它不僅將在轉(zhuǎn)子上引起較大的熱應(yīng)力，而且將使軸封段轉(zhuǎn)子收縮，引起前幾級軸向間隙減少，故熱態(tài)啟動時應(yīng)先送軸封汽后抽真空。這是熱態(tài)啟動與冷態(tài)啟動在操作方面的主要區(qū)別之一。在軸封供汽前應(yīng)充分暖管疏水，使軸封供汽溫度盡量與金屬溫度相匹配，并有一定的過熱度。

2.5 熱態(tài)啟動時凝汽器真空應(yīng)適當(dāng)?shù)谋３指咭恍驗橹髡羝驮贌嵴羝氖杷际峭ㄟ^擴容器排至凝汽器的，真空維持高一些可以使疏水更加暢通。但真空過高又可能會因為主汽門和調(diào)速汽門漏汽而使汽缸受到冷卻，或在暖管時自行沖動轉(zhuǎn)子，所以必須引起運行人員注意。

2.6 熱態(tài)啟動時因啟動時間短，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視振動，如果突然發(fā)生較大的振動，必須立即打閘停機，轉(zhuǎn)入盤車狀態(tài)。絕對不允許降速暖機或等待觀望拖延時間，以免擴大事故。只有消除引起振動的原因后，才允許重新啟動汽輪機。熱態(tài)啟動時，冷油器出口油溫不得低于規(guī)定值，由于機組升速快，油溫低會使油膜不穩(wěn)定。

3 機組啟動實際過程

2012年11月03日源霸Ⅰ、Ⅱ線均跳閘，11月05日源安Ⅰ線跳閘，僅剩源安Ⅱ線運行。迅速降4、8號機組負(fù)荷至300MW運行，其他機組（1、2、3、5號機）均打閘停機。

5號機狀態(tài)：A磨煤機等離子狀態(tài)運行，送、引風(fēng)機和一次風(fēng)機均運行正常，汽輪機處于盤車狀態(tài)（>4h），缸溫425℃，真空-72.5KPa，高、低旁路系統(tǒng)投入運行，A、B小機停運，發(fā)電機解列，廠用電切至高備變帶，發(fā)變組系統(tǒng)熱備用。

16：39：05 啟動A、B汽泵前置泵，輔汽汽源至B小機供汽投入，小機投軸封抽真空，輔汽沖B小機，升轉(zhuǎn)速至800rpm暖機備用；17：53：28 啟C磨，火檢穩(wěn)定后退油槍；18：15：02 汽輪機掛閘沖轉(zhuǎn)（沖轉(zhuǎn)參數(shù)：主汽壓力11.087MPa，主汽溫度511.8℃，再熱汽壓1.213MPa，再熱汽溫503℃，真空-73KPa），就地檢查盤車裝置自動脫扣正常，停盤車電機，拉開控制箱內(nèi)動力電源，低加隨機滑啟；18：23：35 汽輪機轉(zhuǎn)速2500rpm，檢查頂軸油泵聯(lián)停；18：25：05 汽輪機轉(zhuǎn)速3000rpm定速，停運MSP、TOP，潤滑油壓正常，整個沖轉(zhuǎn)升速過程主機1-9號軸承振動平穩(wěn)，無異常突變現(xiàn)象；18：38：35 發(fā)電機啟勵并網(wǎng)，初負(fù)荷16MW，升負(fù)荷至60MW；18：48：03 5號機切缸，切缸完成后負(fù)荷100MW，逐步投入高加；18：53：55 廠用電快切由備用電源切換至工作電源，檢查各用戶無異常跳閘現(xiàn)象；20：24：28負(fù)荷400MW，協(xié)調(diào)方式投入AGC。

4 啟動過程中的危險點分析和采取的措施

4.1 汽輪機沖轉(zhuǎn)前，開啟各抽汽管道上的疏水門，必須保證主、再熱蒸汽管道、導(dǎo)汽管疏水閥已連續(xù)疏水不少于5min，并且確保疏水暢通。疏水點有：（A）高排逆止門前疏水門，冷再母管疏水門（B）主蒸汽母管疏水門，1、2號主汽門前疏水門（C）熱再母管疏水門，1、2號中聯(lián)門前疏水門（D）熱再至低旁母管疏水門、低旁前疏水門（E）1、2號主汽門下閥座疏水門（F）1、2號中聯(lián)門下閥座疏水門（G）高調(diào)門導(dǎo)管疏水門。就地確認(rèn)所有疏水門均已開啟，所有疏水管路的溫度測點顯示均已達到100-400℃，唯主蒸汽母管疏水門溫度在70℃右變化。假如在疏水不暢的情況下進行沖轉(zhuǎn)，管道中的凝結(jié)水進入汽輪機將造成水沖擊，可能造成動靜部分摩擦、葉片的損傷及斷落、推力瓦燒損等嚴(yán)重設(shè)備損壞事故，所以必須徹查其原因。通過檢查發(fā)現(xiàn)疏水溫度測點脫落，未與管道直接連接，而是在附在保溫棉上，所測溫度不準(zhǔn)確，實際測量管路溫度已上升。

4.2 軸封是熱態(tài)啟機中重點關(guān)注的點。機組軸封汽源設(shè)有兩路：輔汽聯(lián)箱供汽和主汽系統(tǒng)供汽。冷態(tài)啟動由輔汽供軸封，熱態(tài)啟動時，主汽過熱度大于50℃，由主汽供軸封，鍋爐點火后主汽溫度保持在480℃以上，滿足供軸封條件，汽缸溫度425℃，軸封母管溫度也保持在300℃以上。

4.3 由于線路恢復(fù)后要求機組迅速啟動，5號機組存在的左側(cè)中壓調(diào)門不嚴(yán)缺陷未能處理。機組正常啟動方式為中壓缸啟動，汽輪機掛閘后高、中壓主汽閥全部開啟，相當(dāng)于已經(jīng)有少量蒸汽通過左側(cè)中壓主汽閥和不嚴(yán)的左側(cè)中壓調(diào)門進入中壓缸，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速突然上升雖不至于轉(zhuǎn)速突升太多，但是存在較大的風(fēng)險，根據(jù)領(lǐng)導(dǎo)和專業(yè)人員的共同研究和商議后，因停機時已確認(rèn)左側(cè)中壓主汽閥嚴(yán)密，沖轉(zhuǎn)汽輪機前強制汽輪機掛閘后左側(cè)中壓主汽閥全開邏輯條件，保持左側(cè)中壓主汽閥關(guān)閉，待轉(zhuǎn)速升至600rpm左右時再行開啟，使轉(zhuǎn)速在可控范圍內(nèi)提升，不致于轉(zhuǎn)速波動過大。

4.4 空冷島防凍。托克托縣處于北方地區(qū)，冬季受蒙古冷高壓控制，嚴(yán)寒且漫長。空冷系統(tǒng)進入冬季運行時，因啟機初期進入空冷島的汽量較少，調(diào)節(jié)不當(dāng)易出現(xiàn)空冷換熱管束凍結(jié)甚至發(fā)展為大面積凍結(jié)，直接影響機組安全經(jīng)濟運行，所以升溫升壓至1.0MPa時，開啟兩排散熱器進汽蝶閥及抽空氣門，當(dāng)真空達76kPa以上時，開啟主、再熱汽疏水及高低壓旁路向空冷島供汽，隨著進入空冷島排汽量的增加，根據(jù)真空情況逐漸投入其它排散熱器運行。

4.5 真空調(diào)節(jié)。直接空冷系統(tǒng)啟機過程中的真空調(diào)節(jié)主要依靠投入空冷散熱器的數(shù)量、空冷風(fēng)機的頻率調(diào)節(jié)，此外受環(huán)境溫度和風(fēng)向影響很大，托克托縣大風(fēng)日數(shù)較多，變化幅度較大，啟機初期蒸汽流量較小，排汽缸溫度較高，另外真空下降會推進這個趨勢，因此必須特別注意對機組真空的監(jiān)視，將其控制在64.4～74.4KPa的范圍內(nèi)。

4.6 控制蒸汽的過熱度。如果蒸汽的過熱度低，在起動過程中，由于前幾級溫度降低過大，后幾級溫度有可能低到此級壓力下的飽和溫度，變?yōu)闈裾羝Ｕ羝麕畬θ~片的危害極大，所以在啟動過程中蒸汽的過熱度要控制在50～100℃較為安全。整個機組啟動過程中主再熱汽溫基本控制在500℃左右，未出現(xiàn)大幅度波動，過熱度保持150℃以上。

4.7 實際啟動曲線：

5 總結(jié)

熱態(tài)啟動中除做好冷態(tài)啟動前防彎曲措施外，還應(yīng)注意以下工作：熱態(tài)啟動，應(yīng)先向軸封供汽后抽真空；各主蒸汽、再熱蒸汽、軸封供汽管道應(yīng)暖管充分，加強疏水是熱態(tài)啟動防進水的關(guān)鍵；調(diào)節(jié)系統(tǒng)充分提前運行排出空氣：因為沖轉(zhuǎn)過程調(diào)門大幅變化，不易控制轉(zhuǎn)速，并引起鍋爐參數(shù)不穩(wěn)定，造成蒸汽帶水；合理選擇沖轉(zhuǎn)參數(shù)：主再熱蒸汽溫度高于汽缸最高溫度50-100℃，并有80-100℃過熱度；軸封供汽溫度應(yīng)與金屬溫度相適應(yīng)，減少溫差產(chǎn)生的局部熱應(yīng)力，必須充分疏水并在連續(xù)盤車時才能投入軸封供汽；熱態(tài)啟動前連續(xù)盤車不少于4小時，若盤車中斷應(yīng)重新計時，加強振動監(jiān)視，因為熱態(tài)汽輪機各部件溫差大，容易發(fā)生摩擦，進而引起振動；啟動前，啟動班組應(yīng)詳細(xì)了解上次停機綜合情況，并向每個操作人員說明，做好預(yù)想；將上次停機曲線與正常曲線比較，若有異常應(yīng)認(rèn)真分析，查明原因，采取措施處理。

6 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，運行經(jīng)驗的積累，在汽輪機熱態(tài)啟動的措施將會越來越完善。嚴(yán)格執(zhí)行二十五項反措和相關(guān)運行規(guī)程的規(guī)定，熱態(tài)啟動中重視低負(fù)荷充分暖機，升負(fù)荷過程中控制好升溫升壓率、金屬溫升率及升負(fù)荷率，不放松對機組重要參數(shù)的監(jiān)視和控制，可以很好地縮短機組啟動時間，同時使汽輪機安全啟動能得到有效的保障。

參考文獻

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作者簡介：吳超（1986-），男，山東德州人，助理工程師，工學(xué)學(xué)士，集控全能值班員高級工，從事集控值班員工作。