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1、关于机组胀差控制的若干问题分析发电部 王理摘 要本文针对我公司200MW汽轮机在启动、停止、变工况等工况下胀差控制中存在的一些问题存在的一些问题进行分析，提出见解关键词汽轮机 胀差 温度 变化 控制一、 前言我公司一期工程4200MW汽轮机属东方汽轮机厂完善化产品，伴随公司多年的技术改造及运行人员技术技能水平的不断进步和提高，机组逐渐向长周期、满负荷运行的目标迈进，并取得了可喜成果。但是，在一些实际操作和运行实践中，仍不可避免的存在一些问题。其中，在机组启动、停止、变工况过程中胀差的控制问题就是比较突出的一个问题。本文将针对实践操作中存在的一些典型问题提出笔者自己的看法和见解，有不足之处敬请批
2、评、指正。二、 问题分析：1. 汽轮机胀差产生的原因分析：1 机组启停工况金属部件温度场变化情况分析：（1） 汽轮机冷态启动过程金属部件温度场变化情况：汽轮机的冷态启动过程是一个使汽轮机各转动和静止金属部件均匀受热的过程，这一过程是一个非稳态传热过程。随着启动的进行，蒸汽温度逐渐升高，由于金属部件的传热有一定的速度，所以蒸汽温升速度大于金属部件的温升速度，使金属部件产生内外温差，如汽缸内外壁温差，转子表面与中心孔温差等等。这种温差的存在，使金属部件产生热应力、热变形、热膨胀等等，再加上部件原有的机械应力，使某些部件所受应力将达到很大的数值。（2） 汽轮机停机过程金属部件温度场变化情况：汽轮机的
3、停机过程则是汽轮机部件的冷却过程，它所处的应力状态与启动时相反，停机过程的主要问题是防止机组各部件冷却快或不均匀，引起较大的热应力、热变形和胀差等。（3） 汽轮机热态启动过程金属部件温度场变化情况：对于机组的热态启动，其温度变化则较前二者有一定的特殊性。在热态启动过程中，启动升速、并网以及带初始负荷的阶段，汽轮机动静部分金属受到冷却，而当汽轮机加负荷至汽缸金属温度对应负荷之上时，由于流过通流部分的蒸汽温度高于动静部件金属温度，金属开始受热，因此，热态启动过程汽轮机各部金属表面受到一个先冷却后加热的交变应力过程2 汽轮机胀差产生的原因：汽轮机的汽缸和转子由于质面比不同，在受热（冷）膨胀（收缩）时
4、，转子的膨胀（收缩）较汽缸快，因而产生膨胀（收缩）差值，亦称胀差。通常，汽轮机启动及加负荷过程中，转子温度升高比汽缸快，因而转子膨胀值大于汽缸膨胀值，胀差为正；反之，在停机过程中，胀差为负。胀差的大小直接表明汽轮机内部动静部分轴向间隙变化情况。胀差正值发展，造成本级动叶出口与下级喷嘴入口的轴向间隙减小，胀差负值发展，造成本级喷嘴出口与本级动叶入口轴向间隙减小。由于本级喷嘴出口与本级动叶入口轴向间隙较本级动叶出口与下级喷嘴入口的轴向间隙小得多，故规定，汽轮机负胀差允许值比正胀差允许值小得多。另外，对于多缸、多轴汽轮机组，由于相临汽缸、转子胀差的变化也会引起本汽缸、转子胀差的变化。以及由于轴向位移
5、的变化、汽缸、转子热应力、热变形、机械应力变化等等原因，都会引起汽缸、转子胀差的变化。因此，机组胀差的变化情况应综合分析，区别情况，分别对待，采取积极有效的措施，控制机组胀差，防止动静碰磨。2. 汽轮机冷态启动过程中胀差控制存在的问题：1 轴封供、泄气调整不当造成胀差变化过大：汽轮机冷态启动的过程，是一个加热过程，在启动过程中，往往存在轴封供汽时间不当、供泄、汽调整不当造成胀差正值发展过快的现象。在实际操作中，有些运行人员盲目过早送入轴封汽源，使端部转子加热过度，造成胀差正值发展过快的现象。由于我公司#1#4机组端部轴封片都不同程度存在磨损现象，造成端部轴封间隙偏大，并且布兰登可调汽封片的特性
6、也使得汽封片在冲转及低负荷时处于张开位置，端部轴封处间隙很大，过早送入轴封，使得端部加热过度，胀差正值发展过快。因此，应该在不拖延锅炉点火操作的前提下，尽量推迟送轴封，以便控制胀差。同时，轴封送入后，应就地观察，以端部轴封处既不冒汽亦不吸汽为准。并且随着机组升速、并网，可调汽封片的张开角逐渐减小，应及时调整减小或停运备用轴封汽源，使端部轴封供汽温度与汽缸、转子金属温度相对应，减小热应力、热变形，对机组加负荷过程中胀差的控制极为有力，而不要有因为担心真空而迟迟不切换轴封汽源的想法。2 汽温、汽压不匹配，造成胀差正值发展过快： 机组的冷态启动操作，核心关键的是要寻求合理的加热方式。而合理的加热方式
7、就是在保证汽轮机各部金属部件均匀受热，减小热应力、热变形的前提下，缩短启动时间，尽快将机组带到额定负荷的过程。在机组启动过程中，一些运行人员都能严格按照机组启动的温升率来控制机组胀差，但却不能严格执行压力上升曲线。殊不知，蒸汽对机组的加热受到加热蒸汽温度和加热蒸汽流量两个因素的影响。他们为了防止机组在并网后低负荷暖机时胀差正值发展过快，往往采用提高蒸汽压力，控制蒸汽温度的方法来控制胀差。殊不知，由于压力的提高，使机组进汽量进一步减少，导致进入机组的蒸汽流量减小，不能及时充分加热汽缸和带走由于启动初期强烈的凝结换热而产生的水珠，甚而导致汽缸发生膜状凝结，机组暖缸效果进一步减弱，汽缸内外壁和汽缸与
8、转子的温差进一步加大，最终结果只能导致胀差正值的急剧发展甚至超限。因此，运行人员在冷态启动中速暖机以及低负荷暖机的操作中，一定要采取低压微过热蒸汽，尽量增大进汽量，增强暖缸效果，合理控制温差，以达到有效控制机组胀差的目的。3 加强汽缸各部金属温度监视，合理控制温度场变化，减小金属部件温差目前的实际操作中，往往存在运行人员对汽缸金属温度表重视程度不够的现象。我们每一位运行人员都应该时刻牢记，汽缸金属温度表是我们启动、停止过程的行动指南，也是我们进行合理的启停操作的重要科学依据。我们只要控制好汽缸金属温度，就能得到优化的启停过程、就能控制好的胀差变化。遗憾的是，往往在启停操作中，有些主岗位人员，随
9、便找一名学员抄录汽缸金属温度表，主岗位人员严重缺乏对缸温表的分析检查。直到出了问题，才想起察看缸温表。4 汽缸夹层、法兰加热装置使用不当，造成汽缸加热不足，胀差正值发展过快：汽机启动过程中，最厚重的金属部件莫过于法兰了国产N200-130/535/535型汽轮机高压外缸壁厚最大为70mm，而法兰宽度为200230mm，因此，启动时在法兰内外壁会产生较大的温差。因此，在机组启动过程中应及时投入汽缸夹层、法兰加热装置，并严格执行规程规定：“汽机冲转后（或滑停时）转子膨胀（或收缩）最快。因此要以转子为基准，内缸温度要跟上转子的温度，外缸温度要跟上内缸的温度” 。很多运行人员都能够及时投入汽缸夹层、法
10、兰加热装置，但却忽视对汽缸夹层、法兰加热装置的及时调整往往造成外缸及法兰外壁加热不足，造成机组胀差正值发展。因此，在冷态启动中，不仅要及时投入汽缸夹层、法兰加热装置，而且应根据汽缸金属温度变化及蒸汽压力变化，及时调整夹层、法兰进汽量，保证内外缸上下、内外温差及法兰左右、内外温差在规定范围内。3. 汽轮机停机过程中胀差控制存在的一些问题：1 停机过程汽缸夹层回汽处理不当，造成高压胀差负值变化。机组在准备减负荷至150MW过程中，没有及时开启汽缸夹层回汽至凝汽器手动门，导致内外缸内外壁温差过大，胀差负值发展。在操作中，应尽早开启汽缸夹层回汽至凝汽器手动门，可以有效抑制高压胀差负值发展，甚至在初始阶
11、段始有胀差正向发展趋势，为以后滑停过程打下良好基础。2 机组滑参数停机过程中温度、压力控制不当造成机组胀差负值发展。机组停机的过程，是一个逐渐冷却过程。必须严格控制汽缸金属温度的下降速度和温差变化，避免急剧冷却。在机组停机过程中，首先应在额定参数下减1520负荷暖机，然后降低新蒸汽压力、温度（压力9.8Mpa/温度520525），逐渐将调门全开，稳定运行一段时间，待汽缸金属温差减小后，再逐渐按照滑参数停机曲线逐渐减负荷停机。在这一操作过程中处理不当，对胀差负值发展产生了影响。机组在滑参数停机过程中，大家对控制温降率及温升率的认识是比较清楚的，但是，对于滑停过程中究竟先滑压或是先降温的认识就比较
12、模糊。在滑参数停机过程中，由于各金属部件不断受冷，因此，保持蒸汽过热度，尤为重要。并且，在停机过程中，保持汽缸充分、均匀的冷却也是至关重要的。因此，笔者认为，在滑停过程中，应当先降压，后降温，压力下降梯度以调门开度为限制，既要保证足够的蒸汽流量充分冷却金属部件金属部件，又要防止汽轮机调门过开，同时还要保证压降率符合要求（0.020.05Mpa/分）。温度的下降梯度要符合并滞后于压力下降梯度，既要保证过热度，又要符合温降率（11.5/分）要求。切忌先降温后降压的做法。这样不仅使得胀差控制不当，还会引起一系列的问题。3停机过程中汽缸夹层法兰加热装置使用意识淡薄，造成胀差负值发展。绝大多数运行人员在
13、机组启动过程中能够很好的使用汽缸夹层、法兰加热装置，但在停机时则使用意识淡薄。当汽缸、法兰温差大时，往往由于汽缸夹层、法兰加热装置还没有暖管备用或暖管不充分而延误战机，致使胀差负值发展。因此，在停机过程中，应尽早将汽缸夹层、法兰加热装置暖管备用。4 停机过程轴封汽源操作不当，造成胀差负值变化。我公司汽轮机采用布兰登可调汽封片，完全避免了低真空事故的发生。但是，相当一部分运行人员受以前压力汽封片特性的影响，在停机过程中很早就倒换轴封汽源，造成胀差负值发展。较早倒换轴封汽源可能带来以下危害：首先，由于轴封汽源倒换较早，可能使备用汽源疏水不充分，导致端部轴封进冷水，而使端部转子急剧收缩，造成胀差负值
14、发展较快。其次，较早的倒换轴封汽源使得轴封供汽温度与汽缸端部金属不匹配，产生急剧冷却，造成胀差负值发展。我们知道，我公司高压厂用蒸汽联箱（轴封备用汽源）汽源来自二段抽汽，其温度为320左右，而联箱由于散热、积水等原因，其温度最高也超不过280。而实际操作中，在主汽温度320时，对应汽缸金属温度大约在380左右，在这个温度下送入备用轴封汽源，会造成端部轴封急剧冷却，使胀差负值快速发展。因此，在停机过程中，应尽量推迟轴封汽源倒换操作。只要能维持正常真空，就尽量不要倒换轴封汽源，而使用关小轴封泄气门的手段维持真空。在机组打闸停机惰走过程中，部分运行人员往往较早的停止轴封供汽，造成胀差负值发展。机组惰
15、走过程中，如果胀差负值较大，不妨截留轴封供汽，部分开启真空破坏门，控制机组惰走转速。切不可过早停止轴封供汽。甚至在机组盘车后，仍然继续供汽。因为，过早停止轴封汽源，会使大量冷空气通过端部吸入，使胀差负值发展速度加剧。综上所述，在停机过程中，轴封备用汽源暖管操作宜早不宜迟，轴封汽源倒换操作宜迟不宜早，轴封汽源停止操作应因地制宜，不可盲目早停。4. 热态启动过程中胀差控制存在的一些问题：前面已经分析过，热态启动过程一般是一个交变循环的过程。在实际操作中主要有以下一些问题：1 极热态启动对蒸汽参数要求不严，导致胀差负值发展。尤其是在机组甩负荷、锅炉灭火的事故处理中，这一现象尤为明显。机组极热态启动，
16、无法将蒸汽参数加热到额定参数，因此也就无法避免负温差启动。但是，我们应尽量负温差数值，保持蒸汽过热度，控制各部金属温度变化，避免产生过大的热应力、热变形。一些运行人员在锅炉灭火以及甩负荷事故处理中，盲目恢复，不监视汽缸金属温度，不考虑热应力、热变形，急于冲转，导致机组急剧遇冷收缩，不仅造成胀差负值变化，而且使设备的安全受到严重的危害。因此，在极热态启动过程中，一定要有高度的责任心和安全意识，坚决杜绝违章作业，盲目恢复。2 极热态启动中忽视对金属温度变化监视。在极热态启动过程中，很少有人认真监视或检查各部金属温度变化，存在极热态启动操作的侥幸心理。须知，各部件金属温度变化情况在任何时候都是我们操作的指南和依据，放松或忽视对其监视，会带来很大的隐患。所以，请大家在极热态启
