330MW汽輪機冷態啟動低壓差脹超限原因分析與處理

宋偉

摘要：針對某發電廠北重產NC330-17.75/0.39/540/540型汽輪發電機組，冷態啟動時低壓差脹超限影響機組安全經濟運行的問題，對機組滑銷系統和軸封系統進行了詳細檢查分析，認為導致機組冷態啟動時低壓差脹超限的主要原因是高、中壓缸推拉桿偏心圓銷無鎖緊裝置，引起汽缸膨脹不暢及中、低壓缸軸封系統漏汽加快中、低壓轉子膨脹所致。并對滑銷系統和軸封系統進行了修復處理，成功解決了機組冷態啟動時低壓差脹超限問題，提高了機組運行的經濟性和可靠性。

關鍵詞：330MW機組 ?汽輪機 ?低壓差脹 ?滑銷系統 ?推拉桿 ?軸封系統

汽輪機脹差就是指汽輪機轉子與汽缸在受熱膨脹時軸向膨脹的差值。通常為了提高機組的效率，汽輪機的通流間隙都要設計的盡量小，那么為了保證汽輪機較小間隙的動靜部分不發生碰摩，就要控制好汽輪機脹差值。因此脹差是汽輪機啟動、運行及變工況運行時的最重要監視和控制的參數之一，也是影響機組安全運行的重要因素。如果汽輪機啟動或運行中，出現脹差增大并接近報警值，甚至停機值，必須盡力降下來，或打閘停機，否則將危及汽輪機設備的安全。

1 機組概況

大唐遼源發電廠3、4號汽輪機是北京重型汽輪發電機有限責任公司引進法國ALSTHOM（阿爾斯通）技術設計制造的NC330-17.75/0.39/540/540型，亞臨界，一次中間再熱，三缸，雙排汽，單軸，抽汽凝汽式汽輪機。汽輪機的滑銷系統及各部膨脹方向如圖1所示。

高、中壓缸滑銷系統采用推拉桿結構，通過推拉桿剛性連接高、中壓外缸，推力軸承座與高壓外缸之間用另一對推拉桿剛性連接，使汽缸與轉子的膨脹直接聯系在一起。各軸承座均與基礎臺板固定，不隨汽缸膨脹而移動。各汽缸與軸承座通過立銷連接，高、中壓缸膨脹死點在中壓下缸后貓爪橫銷處，低壓外缸膨脹死點為靠近低壓缸前側排汽口的橫銷，低壓內缸膨脹死點在進汽口中線的橫銷處，各部件的膨脹方向如圖1所示。

汽輪機裝有3個差脹測點：高壓差脹、中壓差脹和低壓差脹。其中高、中壓差脹的測量裝置分別安裝在各自的外缸缸體上，隨缸體一起移動，而低壓差脹傳感器采用靶板式位移傳感器，其探頭在低壓轉子與發電機轉子對輪處被固定在對輪保護罩上，而對輪保護罩固定在基礎臺板上，并不隨缸體滑動，因此3、4號機組汽輪機低壓差脹的測量值并不是測點處轉子與缸體的膨脹差，而是中、低壓轉子在測點處相對于基礎臺板的位移量。經北重廠家證實，北重所有汽輪機的低壓差脹均采用這種測量方法。廠家提供的3、4號機組高、中、低壓差脹正常范圍為：高壓差脹-1.2～+6.6mm，中壓差脹-3.5～+6.0mm，低壓差脹-2.2～+8.0mm，對應的測量范圍均為0～100%，超過限值10%（-10%或+110%時）緊急停機。即低壓差脹停機值-3.3mm和+9.1mm。TSI測量模塊內設置的測量范圍是-50%～+150%。

2 存在問題

3、4號機組分別于2008年12月和2009年2月投產發電，均經歷大修一次、小修三次，兩臺機組投運以來汽輪機高、中壓缸總膨脹及高、中壓差脹均能滿足各種運行工況的要求，但自2011年兩臺機組小修后冷態啟機過程中發現低壓差脹值在機組冷態啟動時低壓差脹已接近甚至超過停機值+9.1mm，從而使機組無法繼續沖轉，必須打閘停機后進行二次啟動，才能正常啟動并網運行，這嚴重影響了機組運行的經濟性。但機組正常運行和熱態啟動時低壓差脹卻滿足差脹要求。

3 原因分析

3.1 差脹測量裝置檢查

初步懷疑低壓差脹測量探頭老化，2012年3、4號機組小修期間采用經校驗合格的脹差測量新探頭更換了舊探頭，同時汽輪機監控系統TSI整套裝置進行了詳細檢查和效驗試驗。從檢查情況和校驗數值判斷，測量裝置無異常。對低壓差脹測量裝置重新校正零位，確保測量探頭的安裝位置及測量回路正常。

3.2 機組高、中壓缸滑銷系統故障

通過調取2012年3、4號機組冷態啟動時的機組膨脹脹值與各參數的過程趨勢曲線對比發現，高、中壓缸總膨脹未達到要求值時，低壓差脹值在短時間內迅速增長報警值，并超過控制值，而且高、中缸缸脹左右相差6.14mm，偏差較大，見圖2。由此分析冷態啟動時低壓差脹超限的原因是：機組高、中壓缸滑銷系統故障導致缸體膨脹過慢，而轉子正常膨脹，出現正脹差超標。

4 故障處理

2013年4月下旬和8月下旬，4號和3號機組開始A級檢修，針對汽輪機低壓差脹的異常情況及原因分析，采取了相應的修復措施。

通過詳細檢查機組滑銷系統發現如下3處問題：

①高、中壓缸推拉桿偏心圓銷無鎖緊裝置;

②高壓缸前右側防升起裝置定位銷折斷;

③2號軸承箱與中壓缸連接立銷座螺栓松動，銷座活動。機組采用中壓缸啟動，加熱過程中，中壓轉子先受熱向后膨脹，低壓差脹產生正脹差，而中壓缸由后側死點向前膨脹通過推拉桿推動高壓缸一起向前膨脹。但由于高、中壓缸推拉桿偏心圓銷無鎖緊裝置導致中壓缸向前膨脹時偏心圓銷轉動，不能推動高壓缸及轉子向前移動。也就導致低壓正脹差持續增大直至超限。打閘停機后再次啟動，推拉桿偏心圓銷隨著中壓缸的向前膨脹，偏心部分旋轉完畢，才開始推動高壓缸向前膨脹進而帶動轉子向前移動，使低壓轉子正脹差減小。這一點通過圖2曲線可以很好的驗證。問題②和③也正是高、中壓缸膨脹故障衍生出來的問題，處理辦法：①測量調整高、中壓轉子通流間隙，并對轉子進行軸向定位，測量推力軸承推力間隙為27mm（標準：25mm-30mm），在高、中壓缸推拉桿偏心圓銷與銷孔外延相接處轉M10螺孔，并安裝鎖緊螺絲;②重新制作高壓缸前右側防升起裝置定位銷，并調整好防升起裝置間隙后進行安裝;③更換2號軸承箱與中壓缸連接立銷座螺栓，并緊固牢靠。

通過檢查軸封系統發現如下2處問題：①中壓內缸前軸封汽封齒向前側傾倒，共4環;②低壓缸前后軸封汽封環弧端間隙大，約2.5mm。兩處問題均導致軸封漏汽，由軸封結構和芬諾原理可知：軸封供汽溫度升高，將使轉子絕對膨脹量增大，而軸封體是通過嵌套方式固定在汽缸端部，其對汽缸的放熱系數很小，汽缸的絕對膨脹量不變，進而導致低壓差脹一度超標。處理方法：①更換中壓內缸前軸封傾倒的4環汽封齒，并調整汽封間隙至合格范圍內;②采取切割補焊的方法對低壓缸前后汽封環進行補焊嫁接，并調整弧端間隙至合格范圍內。

5 大修后運行情況

2013年6月底和10月底，4、3號機組A級檢修結束，機組在各參數正常的情況下冷態啟動，能達到廠家要求的啟動、加負荷速度;冷態啟動時3、4號機低壓缸脹差最大值7.3mm和7.6mm，3、4號機高、中壓缸缸脹左右偏差也減小到了0.03mm，達到了正常值，啟動順利，并網后也運行正常。

6 結束語

大唐遼源發電廠3、4號機組低壓缸差脹在機組冷態啟動時超限的主要原因是高、中壓缸推拉桿偏心圓銷無鎖緊裝置以及中、低壓軸封系統漏汽，導致高壓缸未能及時膨脹，而中、低壓轉子過快膨脹，從而出現低壓差脹超限問題。對3、4號機組滑銷系統和軸封系統的故障處理是成功的，解決了冷態啟動時低壓差脹超限對機組啟機的影響，其經濟效益是可觀的，也大大提高了機組的運行可靠性。

參考文獻：

[1]戎朝陽，韓吉文.ALSTOM 600MW機組汽輪機低壓差脹測量誤差的研究和對策[J].熱力發電，2009（12）：5.

[2]戎朝陽.600MW汽輪機差脹變化規律及控制[J].華東電力，1999（08）.

[3]NC330-17.75-0.39/540/540型汽輪機說明書及有關資料.