臺山電廠600 MW汽輪機啟動中脹差大原因分析及控制策略

唐道朋

摘 要：臺山電廠2號機在冷態啟動過程中，多次出現汽輪機高壓脹差大甚至超越設計值的現象，當高壓脹差超越設計值時，將會拖延機組的啟動，嚴重時將會被迫停爐及造成汽輪機設備損壞等。現對一次高壓脹差增大事件進行分析，以總結積累經驗、吸取教訓。

關鍵詞：汽輪機;脹差;膨脹;轉速

1 本次機組啟動背景

臺山電廠2號機為上汽600 MW亞臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機，無法蘭加熱裝置，設計允許的高壓脹差為-5.5～16.5 mm。啟動前機組經歷了近一個月的小修，各測量裝置與熱控儀表均已按啟動要求準確投入，缸脹在2.58 mm，高壓脹差仍在10.71 mm，檢修后正溫差冷態啟動。

汽輪機高壓脹差增大事件發生在汽輪機2 370 r/min中速暖機時，高壓正脹差由啟動初期真空建立的10.65 mm增大到15.43 mm。

2 高壓脹差大的危害

脹差數值是很重要的運行參數，若脹差超限，則熱工保護動作使主機脫扣。由于汽輪機靜葉與動葉間的間隙比動葉與下一級靜葉間的間隙小得多，因此負脹差比正脹差更危險。如脹差趨向負值，會引起動靜之間的摩擦，造成惡性事故;當然正脹差增大到一定程度時也勢必造成動靜碰磨，嚴重威脅汽輪機動靜部件安全，所以嚴格控制正負脹差值在一定的范圍內是非常必要的。

3 啟動過程中影響脹差的因素

（1）主汽、再熱汽溫升（溫降）速度。（2）軸封供汽溫度。（3）汽缸法蘭、螺栓加熱裝置。（4）凝汽器真空。（5）機組負溫差啟動。（6）脹差指示器零點不準或觸點磨損。（7）推力軸承磨損，軸向位移增大。（8）汽缸保溫層的保溫效果不佳或保溫層脫落。（9）滑銷系統或軸承臺板的滑動性能差，易卡澀。（10）雙層缸的夾層中流入冷汽（或冷水）。（11）各級抽汽量變化。（12）軸承油溫太高。

4 汽輪機脹差大過程

結合表1所示的本次啟動背景、啟動過程中影響脹差的因素和脹差的實際反映，認為以下幾個方面是影響本次啟動過程中高壓正脹差增大較快的重要原因。

4.1? ? 軸封供汽的影響

15：00，未抽真空之前，缸脹2.576 mm，高壓脹差10.709 mm。

16：09，軸封暖管，背壓88.37 kPa，缸脹2.545 mm，高壓脹差10.648 mm。

17：06，低壓軸封汽暖至94.35 ℃時，缸脹2.545 mm，高壓脹差10.643 mm，此時汽缸略有收縮。

18：33，低壓軸封汽暖至232.92 ℃時，缸脹2.551 mm，高壓脹差11.526 mm，此時汽缸開始膨脹，而轉子仍因被加熱而持續膨脹。

19：00，低壓軸封汽調節至226.86 ℃穩定，缸脹2.565 mm，高壓脹差11.721 mm，此時汽缸與轉子均因被加熱而膨脹。

19：59，低壓軸封汽調節至229.08 ℃穩定，缸脹2.641 mm，高壓脹差11.980 mm，此時汽缸與轉子均因被加熱而膨脹。

23：06，汽輪機進汽沖轉前，從19：00至此時低壓軸封汽在225～230 ℃較穩定，缸脹3.787 mm，高壓脹差11.694 mm，此時汽缸仍在膨脹，但高壓脹差卻變小。

由以上數據可得到如下結論：在汽輪機沒有進汽沖轉之前，唯一影響到缸脹及脹差的熱源只有低壓軸封供汽，在低壓軸封供汽投入6 h后，汽缸與轉子均受到不同程度的加熱而膨脹，且由于汽缸質量較大，沒有達到膨脹穩定，相對質量較小的轉子卻在230 ℃的低壓熱源作用下達到了膨脹穩定。

4.2? ? 主再熱汽溫的影響

23：06，爐側過熱汽溫362.94 ℃，再熱汽溫349.38 ℃，主汽壓3.83 MPa，鍋爐EF層4支油槍燃油9.59 t/h，汽輪機開始進汽，沖轉至600 r/min，進汽量約15 t/h。

23：57，爐側過熱汽溫392.76 ℃，再熱汽溫380.31 ℃，鍋爐EF層4支油槍燃油9.59 t/h，汽輪機轉速已到2 376 r/min，進汽量約43 t/h。此刻缸脹4.620 mm，高壓脹差11.750 mm，汽缸與轉子均因汽輪機的大量高溫高壓進汽而被加熱膨脹。

次日00：08，爐側主再熱汽溫仍在持續上升，過熱汽溫達396.40 ℃，再熱汽溫也達到384.87 ℃，主汽壓5.37 MPa，鍋爐燃油無變化，仍是EF層4支油槍燃油9.59 t/h，此時汽輪機在42.43 t/h蒸汽的作用下轉速穩定在2 370 r/min。但此刻汽輪機金屬在經歷了十幾分鐘的延時之后，膨脹突然增大;00：09時缸脹4.874 mm，高壓脹差達到12.152 mm，并且表現出了相當大的速率，有明顯的抬頭現象;00：09，撤出1支油槍，保留3支油槍，燃油控制在7.28 t/h。1 h之后過熱汽溫由396.40 ℃降到了375.52 ℃（溫降明顯），再熱汽溫由384.87 ℃降到了374.16 ℃，主汽壓也由5.37 MPa降到了4.00 MPa。其間為控制脹差還采用了降低燃油壓力的辦法，將燃油減至7.00 t/h，加大了鍋爐爐水的排補，以降低軸封供汽溫度。

01：09，缸脹6.372 mm，高壓脹差14.417 mm，脹差較大;01：10，繼續撤出1支油槍，此時鍋爐僅有2支油槍，燃油僅4.82 t/h。

01：55，在爐側過熱汽溫降至341.26 ℃，再熱汽溫也降至338.34 ℃后，高壓脹差在15.431 mm并趨于穩定。

由以上數據可得，汽輪機在大量蒸汽進入并沖轉至2 370 r/min后，高壓脹差有了明顯的突增，隨后在保持蒸汽通流量穩定的情況下，采用降低蒸汽溫度的辦法，使脹差的上升趨勢得到了有效抑制。