國產330MW機組汽輪機脹差產生原因及控制措施

摘要：本文結合北京重型電機廠生產的330MW一次中間再熱、三缸兩排汽式汽輪機，敘述汽輪機脹差產生的原因，并結合現場實際運行情況分析各種工況下脹差的變化趨勢，提出機組變工況時脹差的控制措施，及在運行中總結出的注意事項，保證機組安全可靠運行。

關鍵詞：330MW汽輪機脹差產生原因控制措施

0引言

在汽輪機運行過程中，使轉子與汽缸保持大致相同的軸向熱脹速率是十分重要的，而在機組啟、停機以及運行過程中，由于汽輪機轉子與汽缸的質量、熱膨脹系數以及熱耗散系數不同，就使得轉子的溫度比軸承的溫度上升快，如果兩者之間的熱增長差超過汽輪機規定的公差，就會發生動靜部分的摩擦，造成機組的損壞。為此在實際運行中，為了保證機組的正常運行，就需要我們必須嚴格控制好脹差。

1脹差種類產生的原因和危害

在實際運行中，不論產生正脹差還是負脹差都會對機組產生一定的影響，為此需要我們進行嚴格的控制。所以脹差可以分為正脹差和負脹差兩種，當轉子膨脹大于汽缸膨脹的時候為正脹差，反之成為負脹差。正負脹差的產生與機組在不同的運行情況有關，當啟機、升負荷過程中產生的脹差為正脹差，減負荷、停機過程中所產生的脹差就為負脹差。而脹差數值是十分重要的運行參數，若脹差超限，則熱工保護動作使主機脫扣。當轉子的相對脹差過大，就會使動、靜軸向的間隙消失而產生摩擦，以此造成轉子彎曲，引起機組振動，甚至會造成較大事故出現。轉子與汽缸的重量、表面積以及結構等都各不相同，因此他們的質面也就相對不同。所謂的質面比就是轉子或者汽缸質量與熱交換面積之比。而轉子與汽缸相比較，當轉子的質量較小的時候，就會使質面較小；反之，如果汽缸的質量大，就會使質面比增大。而在加熱和冷卻的過程中，由于轉子溫度升高或者傳遞的時候速度要比汽缸快，就會造成轉子的膨脹值大于汽缸，造成冷卻時轉子的收縮值也會大于汽缸的現象。

2脹差保護的重要意義

監視脹差是機組啟動以及停過程中一項十分重要的任務。為了避免軸向間隙的變化過程中所出現的危險程度，就需要降低動靜態部分發生的摩擦。這時候需要我們對脹差進行嚴格監視，必要的時候還要對各部分的脹差對汽輪機是否正常運行的影響進行足夠的認識。無論是正脹差還是負脹差，達到某一數值，汽輪機軸向動靜部分就要相碰發生摩擦。為了避免因脹差過大引起動靜摩擦，大機組一般都設有脹差保護，當正脹差或負脹差達到某一數值時，立即破壞真空緊急停機，防止汽輪機損壞。

3變工況脹差變化情況

汽輪機在穩定工況下運行時，才能保證脹差數值的穩定。但是在變工況運行時，由于汽輪機溫度場的不斷變化，脹差也會隨之發生變化，甚至可能超過極限值，從而影響機制的安全運行。當汽缸的滑銷系統卡澀時，就會嚴重的影響到汽缸的自由膨脹，造成脹差發生異常的變化，嚴重威脅機組的安全運行。

4控制脹差的要點

4.1控制加減負荷速度（根據機組容量大小由運行規程決定）以及汽機主汽溫度變化率（一般小于1.5度/分）。

4.2對于帶有法蘭加熱的機組，啟動過程中要合理的使用汽缸和法蘭螺栓加熱裝置，當高、中壓缸脹差達到一定數值的時候就需要投入法蘭加熱裝置，需要注意的就是調整加熱裝置的進汽溫度和進汽量，以滿足加熱要求為準，這時候也能夠有效的加熱法蘭，還能夠避免法蘭加熱過度，我們需要將蒸汽溫度控制在80℃左右，最高不得超過100～120℃。

4.3利用汽封供汽控制脹差，汽封供汽對脹差影響的程度，主要取決于供汽時間和供汽溫度，而供汽時間越長就會對脹差影響越大，當冷態啟動時候為了避免脹差值過大，就應該選擇溫度較低的汽源，并盡量縮短沖轉前軸封送汽時間，熱態啟動時應合理使用高溫汽源，防止向軸封供汽后脹差出現負值，在停機過程中，如出現脹差負值，可向汽封送入高壓汽源加熱轉子汽封段，控制轉子收縮。因此脹差在于控制，而不在于消除。

5熱態啟動脹差的變化

汽輪機熱態啟動時候脹差的主要變化，主要是因為受主蒸汽和再熱蒸汽溫度的影響。為了減少熱應力和脹差的負值，就要求保證汽溫度高于汽缸金屬溫度。因此，就要求鍋爐在點火后升壓過程中，投入盡可能多的燃料。一般在油點火后，其具備條件時便可進行投煤，以此滿足旁路系統全部容量的排汽，以便于將主蒸汽和再熱蒸汽提高到所需要的溫度。

熱態啟動時，一般主蒸汽壓力比較高，在相同工況下，調速汽門開度比冷態啟動時小，蒸汽節流雖是等焓過程，但節流后的汽溫仍是降低的。所以熱態啟動初始階段，汽缸和轉子均要受到不同程度的冷卻，其中又以轉子冷卻較快，因此出現脹差的負值是不可避免的，但同屬于熱態啟動，汽缸金屬溫度水平卻不一樣。對于不同的汽缸金屬溫度，脹差的變化規律也不同。當汽缸溫度比較高時（比如350℃以上），汽封供汽后，高，中、低壓脹差均是減小的，但又由于汽封是否供高溫蒸汽而有所差異。而汽封投高溫蒸汽時，脹差就可保持不變或略有增加。當汽缸溫度比較低（比如200～250℃）時，汽封供汽后脹差基本不變或略有減小。

沖轉到定速，各脹差仍為減小趨勢。汽缸溫度高時減小的幅度大些，汽缸溫度低時減小的幅度小些。中速以后升速過程，中、低壓脹差減小的情況與冷態啟動的變化規律相同。

熱態啟動時，就需要盡快定速后并網；如果空轉時間拖長，脹差將繼續往減小的方向變化。并網后脹差的變化情況取決于帶負荷的速度。特別是當汽缸的溫度較高時，帶負荷速度更應快些，不然轉子要進一步冷卻收縮，使高、中壓脹差負值過大，甚至造成前幾級動葉入口間隙消失。如果汽缸溫度較低，低負荷暖機以后，高壓脹差增加的較快，應提前投入法螺夾層加熱裝置。

總而言之，當熱態啟動時，為了防止脹差負值過大，就需要檢查操作是否跟得上，這時候需要盡快的升速，并網和接帶負荷，并使之達到與汽缸溫度相對應的負荷水平。至于沖轉的蒸汽溫度，當然需要滿足熱態啟動的所有要求，否則就會將若干不利因素湊在一起，發生動靜態部分摩擦事故。

6滑參數停機脹差的變化

在滑參數停機的過程中，由于高壓脹差的變化規律與冷態啟動時完全相反。我們只有在調速汽門全開的這個階段內，調動階級溫度使之接近蒸汽溫度，因此這段時間內的高壓脹差就會有一定的增加，而后隨著主蒸汽溫度的逐漸降低，使高壓轉子的收縮快于外缸，使高壓脹差呈現減小的狀態。而解決這些問題的方法主要就是控制溫度的速度不要過快，法蘭螺栓加熱裝置要用高、低溫混合蒸汽。

當中壓脹差和低壓脹差，隨著再熱汽溫度的降低而逐漸減小的時候，就會使排汽室溫度過高。這樣會造成中、低壓脹差減小的幅度更大。因此，就會造成中壓缸法蘭螺栓加熱裝置也使用高、低溫混合蒸汽。

7控制機組的正脹差采取的措施

①選擇適當的沖轉參數。②制定適當的升溫、升壓曲線。③及時投汽缸、法蘭加熱裝置，控制各部分金屬溫差在規定的范圍內。④控制升速速度及定速暖機時間，帶負荷后，根據汽缸溫度掌握升負荷速度。⑤沖轉暖機時及時調整真空。⑥軸封供汽使用適當，及時進行調整。⑦調整軸承潤滑油供油溫度。

8汽機熱態啟動時的脹差變化和采取措施

熱態啟動前，脹差一般都是負值。而啟動時轉子和汽缸溫度高，就會使得蒸汽溫度偏低，而蒸汽進入汽輪機后就會對轉子和汽缸起到冷卻作用，使脹差負值不斷增大。所以說在啟動的前一階段，主要是控制負脹差過大；在后一階段，就應該留意脹差向正的方向變化。在啟動過程中，只有控制脹差過大，才能保持氣溫高于汽缸金屬溫度的50～100度；假如氣壓較高氣溫還應適當再進步，以防轉子過度收縮。

9總結

①汽輪機在運行及開停機過程中產生脹差如果大于設計的數據，對設備會造成損壞。

②汽輪機在運行及開停機過程中產生脹差是正常的，并且有時是正脹差、有時是負脹差。但是必須做到嚴格控制，尤其要控制負脹差的產生。

③在控制脹差過程中，必須針對不同情況產生的脹差采取不同的措施和手段消除。在機組正常啟動、停機和運行過程中，合理地控制蒸汽溫升率和溫降率，維持再熱蒸汽溫度在穩定的水平上，就能將汽輪機組脹差控制在安全的范圍內。

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