【摘要】我廠2號(hào)機(jī)組本次機(jī)組啟動(dòng)高壓缸的脹差偏大，通過(guò)熱控測(cè)量原理和機(jī)組運(yùn)行工況的分析、論證，得出導(dǎo)致脹差增大的原因是再熱器溫度升高導(dǎo)致。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；汽缸；轉(zhuǎn)子；脹差；再熱器

我廠2號(hào)機(jī)組為600MW汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司（按照美國(guó)西屋技術(shù)）生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)的型號(hào)是N600-16.7/537/537，最大功率663MW（VWO工況），具有較好的熱負(fù)荷和變負(fù)荷適應(yīng)性，機(jī)組整個(gè)通流部分共58級(jí)葉片，其中高壓缸1+11級(jí)，中壓缸2×9級(jí)，低壓缸2×（2×7）級(jí)。高壓缸為雙層缸結(jié)構(gòu)，中壓缸為雙層缸雙流對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩個(gè)低壓缸結(jié)構(gòu)相同，均為雙層內(nèi)缸加一外缸的三層缸結(jié)構(gòu)，分流布置。

一、脹差測(cè)量原理

在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，使轉(zhuǎn)子與汽缸保持大致相同的軸向熱脹速率是極其重要的。在機(jī)組啟、停機(jī)及運(yùn)行過(guò)程中，由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸的質(zhì)量、熱膨脹系數(shù)和熱耗散系數(shù)不同，轉(zhuǎn)子的溫度比軸承的溫度上升得快，如果兩者間的熱增長(zhǎng)差超過(guò)汽輪機(jī)所允許的間隙公差，就會(huì)發(fā)生動(dòng)靜部分磨擦。為防止這類故障的發(fā)生，需要安裝脹差監(jiān)測(cè)探頭，以監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子與汽缸之間的間隙。

臺(tái)山電廠的脹差包括高壓缸和低壓缸兩部分，高壓缸的脹差是通過(guò)計(jì)算高壓缸與高壓缸內(nèi)轉(zhuǎn)子軸系的膨脹差值，低壓缸是計(jì)算汽機(jī)低壓缸與發(fā)電機(jī)聯(lián)接處轉(zhuǎn)子軸系的膨脹差值。高壓缸軸系膨脹通過(guò)布置在高壓缸軸頭的二支渦流探頭測(cè)軸端法蘭與汽缸間隙得到。低壓缸軸系通過(guò)布置在汽輪機(jī)低壓缸和發(fā)電機(jī)間的軸的斜面兩側(cè)的兩支渦流探頭采用補(bǔ)償方式測(cè)得。

二、機(jī)組啟動(dòng)操作中對(duì)脹差造成影響的因素

1.機(jī)組啟動(dòng)前工況

2.機(jī)組實(shí)際沖轉(zhuǎn)參數(shù)選擇

3、軸封汽溫度情況

4.真空情況

5.高、低加投入情況

6.滑銷系運(yùn)行工況

7.保溫情況

三、結(jié)合我廠實(shí)際，啟動(dòng)中高壓脹差造成偏大原因分析

根據(jù)我廠實(shí)際情況，目前各類啟動(dòng)工況中，低壓脹差基本不存在問(wèn)題，關(guān)鍵在于對(duì)高壓脹差的控制上。（注：高缸脹差保護(hù)定值打閘小于或等于5.5mm或者大于或等于16.5mm）。

在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，脹差的變化和對(duì)脹差的控制大致分為以下幾個(gè)階段：汽封供汽抽真空點(diǎn)火階段。從汽封供汽抽真空到轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)前脹差值是一直向正方向變化的。因?yàn)樵诩訜峄蚶鋮s過(guò)程中，轉(zhuǎn)子溫度升高或降低的速度都要比汽缸快，相應(yīng)的膨脹或收縮的速度也要比汽缸快。在投入輔汽對(duì)汽封供汽時(shí)，汽封套受熱后向兩側(cè)膨脹，對(duì)整個(gè)汽缸的膨脹影響不大。而與汽封相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子主軸段受熱后則使轉(zhuǎn)子伸長(zhǎng)。汽封供熱對(duì)轉(zhuǎn)子伸長(zhǎng)值的影響是由供汽溫度來(lái)決定的，但加熱時(shí)間也有影響。軸封溫度應(yīng)在180-200攝氏度以內(nèi)。當(dāng)抽氣系統(tǒng)投入并開(kāi)始抽真空后，如果脹差向正值變化過(guò)快，可以采取降低軸封壓力或適當(dāng)提升凝汽器真空的方法，因?yàn)橥ㄟ^(guò)提升真空可以減少蒸汽在汽封中的滯留時(shí)間。冷態(tài)開(kāi)機(jī)，汽封來(lái)汽溫度和壓力應(yīng)該低一些，拉真空速度應(yīng)該提升的快一點(diǎn)，在確保安全的前提下盡早達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)的條件。

汽輪機(jī)沖沖轉(zhuǎn)前，一定要結(jié)合缸溫對(duì)沖轉(zhuǎn)參數(shù)進(jìn)行選擇，尤其是汽溫不能過(guò)高，否則沖轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)子迅速膨脹，導(dǎo)致脹差快速上升。

自汽機(jī)沖轉(zhuǎn)到汽機(jī)中速暖機(jī)之間，主汽溫度一般會(huì)有一定的上升趨勢(shì)。由于此前軸封的投入已經(jīng)引起轉(zhuǎn)子一定的膨脹，而汽機(jī)沖轉(zhuǎn)期間進(jìn)汽量很少，缸體相對(duì)轉(zhuǎn)子的受熱膨脹要緩慢很多，加之主汽溫度又有一定的上升，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子受熱膨脹過(guò)快而缸體膨脹不足，所以自汽機(jī)中速暖機(jī)開(kāi)始高壓缸差脹的上升趨勢(shì)就會(huì)變的比較快。

機(jī)組并網(wǎng)后，第一臺(tái)制粉系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，加煤速度可能過(guò)快，導(dǎo)致汽溫上升幅度增大，此時(shí)，要及時(shí)將減溫水投入備用狀態(tài)，只要機(jī)組負(fù)荷大于10%后，立即使用減溫水進(jìn)行控制，煤量控制人與汽溫調(diào)節(jié)人要及時(shí)溝通，做好提前控制汽溫的準(zhǔn)備，防止溝通不及時(shí)在汽溫出現(xiàn)上漲時(shí)調(diào)節(jié)滯后或蒸汽帶水的現(xiàn)象出現(xiàn)。

出現(xiàn)異常后所采取的控制措施及冷態(tài)啟動(dòng)中差脹控制的注意事項(xiàng)：

1.發(fā)現(xiàn)汽溫度有上升，立即采取措施進(jìn)行降溫。采取減少煤量、調(diào)整二次風(fēng)門等手段控制鍋爐的燃燒，緩慢降低主汽溫度。同時(shí)關(guān)閉5%旁路、開(kāi)啟爐后墻放水也對(duì)降低主汽溫度有一定的幫助。在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制鍋爐的升溫、升壓速度，尤其是沖轉(zhuǎn)、中速暖機(jī)時(shí)保持主汽溫度的穩(wěn)定是很重要的，投入油槍或加煤也應(yīng)當(dāng)慎重、平穩(wěn)，盡量保持主汽溫度穩(wěn)定，不能夠上升很快。在冷態(tài)啟動(dòng)工況下，主汽溫度維持在340℃，高壓差脹的上升趨勢(shì)基本能夠得到有效的控制。

2.沖轉(zhuǎn)前機(jī)組真空不易過(guò)高，如果三臺(tái)真空泵運(yùn)行時(shí)，可停用一臺(tái)真空泵，適當(dāng)降低軸封壓力，降低機(jī)組的真空。加大通過(guò)汽輪機(jī)的蒸汽流量和放熱系數(shù)，使高壓缸有足夠多的介質(zhì)流通，加強(qiáng)缸體的受熱，加快缸體的膨脹速度，盡量使高壓缸膨脹出來(lái)也對(duì)差脹的控制起到比較好的作用。

3.應(yīng)注意冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)向軸封供汽溫度。沖轉(zhuǎn)前過(guò)早的向軸封供汽，會(huì)使上、下缸溫差、差脹增大，所以投入軸封系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間必須恰當(dāng)，同時(shí)軸封汽溫度要進(jìn)行適當(dāng)控制，防止過(guò)高，造成轉(zhuǎn)子膨脹過(guò)快導(dǎo)致差脹增長(zhǎng)過(guò)快。在啟動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，要調(diào)整軸封汽溫度在合適范圍內(nèi)，及時(shí)對(duì)減溫水調(diào)節(jié)不良進(jìn)行處理，防止軸封溫度過(guò)高

4.隨機(jī)投入低壓加熱器，加大汽缸通流量，加快對(duì)汽缸的加熱，有利于控制脹差。

5.在并網(wǎng)后，機(jī)組進(jìn)行加負(fù)荷時(shí)，啟動(dòng)制粉系統(tǒng)的時(shí)候，在保證安全情況下盡量緩慢加煤，防止汽溫大幅長(zhǎng)漲，結(jié)合多次的啟動(dòng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，制粉系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)均出現(xiàn)了汽溫大幅上漲的情況，加劇了差脹的增大趨勢(shì)

從以上幾點(diǎn)控制脹差是我廠的基本手段，而多次啟動(dòng)機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，如何控制再熱蒸汽溫度從而有利的控制高缸脹差是我廠最重要的手段。

四、本次啟動(dòng)參數(shù)對(duì)比分析

（1）2號(hào)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程分析

本次啟動(dòng)過(guò)程中高缸脹差有2次大的突增：

①2月3日23：45-2月4日2：08這一時(shí)間段，此時(shí)參數(shù)最高值；主汽溫395度再熱汽溫385度，真空80.7Kpa）高缸脹差從11.716MM迅速上升到15.416MM，2：08分以后控制了再熱汽溫度，其開(kāi)始下降到345度，真空77.7Kpa）；高缸脹差從最高15.416下降到13.934MM趨于穩(wěn)定。

②2月4日，9：30，并網(wǎng)加初負(fù)荷暖機(jī)，高缸脹差從13.934MM迅速上升到最高15.563MM、主汽溫最高到485度、再熱汽溫最高到489度、缸脹此時(shí)為22.48mm。

根據(jù)臺(tái)山電廠歷次啟動(dòng)機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，以及參考機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)參數(shù)曲線（如圖1所示）對(duì)比：

2號(hào)機(jī)組的脹差和熱段再熱蒸汽溫度存在較大的不匹配，其它參數(shù)基本一致。當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，首先是轉(zhuǎn)子的熱狀態(tài)發(fā)生變化，汽缸的熱狀態(tài)變化要滯后于轉(zhuǎn)子一段時(shí)間，因此機(jī)組的脹差會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)汽輪機(jī)的再熱蒸汽溫度升高時(shí)，由于死點(diǎn)的存在，將使轉(zhuǎn)子向發(fā)電機(jī)方向膨脹；由于汽缸的死點(diǎn)位于兩個(gè)低壓缸之間，兩個(gè)汽缸之間是剛性連接的，只存在很少的熱傳遞，同時(shí)再熱蒸汽經(jīng)過(guò)了中壓缸的做功后，其溫度已大大降低，而脹差監(jiān)測(cè)探頭是安裝在汽輪機(jī)低壓缸與發(fā)電機(jī)之間，因此再熱蒸汽溫度的升高使脹差監(jiān)測(cè)探頭所在汽缸的膨脹速度大大慢于轉(zhuǎn)子的膨脹速度，汽缸的膨脹程度小于轉(zhuǎn)子膨脹程度，從而導(dǎo)致脹差增大。在同等負(fù)荷的前提下，熱段再熱蒸汽溫度比剛投產(chǎn)時(shí)有所升高，而脹差正是隨著再熱蒸汽溫度的升高而增大，因此再熱蒸汽溫度的變化是導(dǎo)致脹差變化的直接原因。

（2）小結(jié)

此次冷態(tài)啟動(dòng)對(duì)再熱蒸汽溫度控制不好，主要是在這2個(gè)階段對(duì)再熱蒸汽溫度的重視不夠，低負(fù)荷低流量下蒸汽溫度有一定的滯后性，點(diǎn)火后要按照冷態(tài)啟動(dòng)曲線升溫升壓，而不能突升突降。要避免下次啟動(dòng)機(jī)組不能再有此類情況發(fā)生，比如幾個(gè)機(jī)組重要節(jié)點(diǎn)的參數(shù)控制：

①規(guī)程規(guī)定60MW主蒸汽溫度330度，再熱蒸汽溫度340度，考慮此次啟動(dòng)機(jī)組電氣試驗(yàn)較長(zhǎng)，參數(shù)可比一般情況稍高，但是不能太高，但此次啟動(dòng)并網(wǎng)前再熱蒸汽溫度最高達(dá)到380度，60MW時(shí)候?qū)嶋H再熱蒸汽溫度最高達(dá)到435度。

②規(guī)程規(guī)定120MW主蒸汽溫度到380度，再熱蒸汽溫度340度，而實(shí)際運(yùn)行中由于再熱蒸汽減溫水調(diào)整門熱工接線錯(cuò)誤使運(yùn)行人員沒(méi)有能及時(shí)控制住減溫水的上漲趨勢(shì)；首臺(tái)磨的啟動(dòng)加煤幾分鐘后突然燃燒情況變好，主再熱蒸汽溫度都大大的偏離了冷態(tài)啟動(dòng)對(duì)溫度參數(shù)控制的曲線，分別達(dá)到480度和489度，由于蒸汽溫度的波動(dòng)造成了高缸脹差達(dá)到最大15.563mm。

五、后期控制措施

1.發(fā)現(xiàn)蒸汽汽溫度有上升，立即采取措施進(jìn)行降溫。采取減少煤量、調(diào)整二次風(fēng)門等手段控制鍋爐的燃燒，緩慢降低主汽溫度。同時(shí)關(guān)閉5%旁路、開(kāi)啟爐后墻放水也對(duì)降低主汽溫度有一定的幫助。在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制鍋爐的升溫、升壓速度，尤其是沖轉(zhuǎn)、中速暖機(jī)時(shí)保持主汽溫度的穩(wěn)定是很重要的，投入油槍或加煤也應(yīng)當(dāng)慎重、平穩(wěn)，盡量保持主汽溫度穩(wěn)定，不能夠上升很快。在冷態(tài)啟動(dòng)工況下，主汽溫度維持在340℃，高壓差脹的上升趨勢(shì)基本能夠得到有效的控制。

2.沖轉(zhuǎn)前機(jī)組真空不易過(guò)高，如果三臺(tái)真空泵運(yùn)行時(shí)，可停用一臺(tái)真空泵，適當(dāng)降低軸封壓力，降低機(jī)組的真空。加大通過(guò)汽輪機(jī)的蒸汽流量和放熱系數(shù)，使高壓缸有足夠多的介質(zhì)流通，加強(qiáng)缸體的受熱，加快缸體的膨脹速度，盡量使高壓缸膨脹出來(lái)也對(duì)差脹的控制起到比較好的作用。

3.應(yīng)注意冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)向軸封供汽溫度。沖轉(zhuǎn)前過(guò)早的向軸封供汽，會(huì)使上、下缸溫差、差脹增大，所以投入軸封系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間必須恰當(dāng)，同時(shí)軸封汽溫度要進(jìn)行適當(dāng)控制，防止過(guò)高，造成轉(zhuǎn)子膨脹過(guò)快導(dǎo)致差脹增長(zhǎng)過(guò)快。在啟動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，要調(diào)整軸封汽溫度在合適范圍內(nèi)，及時(shí)對(duì)減溫水調(diào)節(jié)不良進(jìn)行處理，防止軸封溫度過(guò)高。

4.隨機(jī)投入低壓加熱器，加大汽缸通流量，加快對(duì)汽缸的加熱，有利于控制脹差。

5.在并網(wǎng)后，機(jī)組進(jìn)行加負(fù)荷時(shí)，啟動(dòng)制粉系統(tǒng)的時(shí)候，在保證安全情況下盡量緩慢加煤，防止汽溫大幅長(zhǎng)漲，結(jié)合多次的啟動(dòng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，制粉系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)均出現(xiàn)了汽溫大幅上漲的情況，加劇了差脹的增大趨勢(shì)。

六、結(jié)論

造成2號(hào)機(jī)組脹差增大的原因是在運(yùn)行過(guò)程中熱段再熱蒸汽溫度有較大的升高，使轉(zhuǎn)子在軸向方向的膨脹程度比汽缸的膨脹程度大。因此在機(jī)組正常啟動(dòng)、停機(jī)和運(yùn)行過(guò)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(wěn)定的水平上，就能將汽輪機(jī)組脹差控制在安全的范圍內(nèi)。