300MW汽轮机胀差变化的原因分析与控制

300MW汽轮机胀差变化的原因分析与控制

佟雪岩

佟雪岩

华电能源股份有限公司牡丹江第二发电厂黑龙江牡丹江157000

摘要：汽轮机作为发电厂能量转换的主要动力设备之一，在长期的使用中极易发生胀差增大引发安全隐患的现象，本文提出了减少胀差的几点措施以及变工况过程中胀差控制的要点，保证了整个轴系的安全运行，避免引起恶性的安全事故。

关键词：300MW汽轮机胀差；原因分析；控制；

1胀差产生机理

汽轮机的整体都是由金属构成，在运行过程中产生热量，导致发生膨胀，而膨胀的大小与构件比例有直接关系，实际结果需要根据膨胀系数进行计算。如果汽轮机处于对流换热状态，则受热膨胀的比例与换流热系数、流体流速有关。高压汽轮在正常使用中，需要经历从静止到运行产生热能的一系列过程，其中温度差较大，进而汽轮机的汽缸相关参数都会受到膨胀的影响。机组启动的初期，高压缸质量较重，但转子的重量不明显，而处于运转中的转子受热的接触面是汽缸的5倍，受热效果更加明显。在运行过程中，在同样的时间内，质子因为运转速度较快，温度上升程度也较高，而汽缸的温度相比较下上升不明显，极其容易产生温差，即胀差。

2影响胀差的因素

2.1机组运行工况对胀差的影响

汽轮机在冷态状态下开启，表现为正胀差。而从冲转到达定速阶段，汽缸与转子的温度都会因为运转而生热，而后者表现出的加热速度更为明显，其正胀差是呈现上涨的趋势，如果该机组使用的是中压缸，那么胀差的产生在缸内。缸的胀差变动不但会受到摩擦产生的热量影响，同时与离心力也有直接关系。当汽轮机转子达到3000r/min时，启动过程到最后结束，两者的正胀差值会到达最大峰值。在冷态冲转中，主汽的压力值一般控制在4.2Pa左右，温度将会在420℃范围内，使用高压缸启动的方案，主要环节包括：汽轮挂闸之后，第一步需要启动1、2号中联门，输入阀限100%后，中压主汽门打开，DEH采用TV控制，调到300r/min的速度，1-6号门全部打开，在大机转速到达600r/min时进行摩擦检查，结束后在采取2400r/min中使用中速暖机。如果热气温再次到达260℃，并计算中速暖机时间，在3h之后，将会升速到2900r/min采取TV/GV切换，然后申述到3000r/min。

2.2负荷变化对胀差的影响

当负荷变化时，各级蒸汽流量发生变化，特别是在低负荷范围内，各级蒸汽温度的变化较大。负荷增长速度越快，蒸汽的温升速度也越快，直接影响金属表面之间的温差加大。汽缸和转子的温升速度差别越大，引起正胀差增大的可能性越大。负荷降低的速度加快，造成正胀差缩小的可能性越大，以至出现负胀差。如果机组在某一负荷下稳定运行，其胀差随时间增长而减小，最终会稳定在某一状态下。

2.3汽缸结构对胀差的影响

大多数汽缸都设有水平法兰，水平法兰在升速过程中温度比汽缸要低，它阻碍汽缸的膨胀，引起胀差增大。运行中滑销系统的滑动面之间存在阻力，会引起胀差增大。由于汽缸保温措施不完善、抽汽管道多，可能引起汽缸温度分布不合理且偏低，从而影响汽缸的膨胀不完全，使汽轮机胀差增大，汽缸疏水不畅也可能导致下缸疏水冷却、温度降低，使得汽缸膨胀受影响，从而引起上缸变形、向上拱起，致使相对胀差发生变化。转子高速旋转时，受离心力作用，使转子发生径向和轴向的变形。即转子在离心力的作用下变短、变粗，即泊松效应。对于大容量机组，因转子很长，离心力会对胀差产生影响。

2.4摩擦鼓风损失对胀差的影响

由于叶轮直接与蒸汽相摩擦，所以转子的金属温度，比汽缸的金属温度高，故出现正胀差。随着转子转速的升高，叶轮与蒸汽之间鼓风摩擦产生的热量相应增加，产生鼓风损失的级数相应减少，因此，蒸汽吸收鼓风摩擦产生的热量，先随转速的升高而增大，使中、低压缸的正胀差增大，后又随转速升高而相应减少，对胀差的影响逐渐变小。

2.5汽轮机初参数对胀差的影响

汽轮机发生冲转前，会向轴封供汽，此时的轴封温度高于转子，转子部分部位因受热发生膨胀，会出现正胀差的降低或升高。当出现真空的降低时，为了保障机组的转速稳定，需要适当地提升进汽量，影响到摩擦鼓风的力度，进而高压转子受热，正胀差值也会随之增大，相反抵押转子减小。当滑参数停机时，胀差会与负荷的数值呈现正比例关系，一旦负荷缩减，汽源的温度需要再次达到350℃左右，此时的负荷数值最低，这时发生停机解列，对于机组的检修时长而言也是有利的。另外，可以发现负荷的数值不断在下降的同时，汽源的温度随之发生变化，进而带来胀差的降低。即使偶尔出现汽源温度再次升高的反复现象，但是总体而言与汽缸的膨胀程度无直接关系。因此可以得出，有效地控制汽源的温度变化快慢就能直接调整胀差大小。

3降低胀差的措施

1）控制加减负荷速度，（根据机组容量大小由运行规程决定）以及汽机主汽温度变化率（一般小于1.5度/分）。2）对于带有法兰加热的机组，启动过程中要合理的使用汽缸和法兰螺栓加热装置，当高、中压缸胀差达到一定数值的时候就需要投入法兰加热装置，需要注意的就是调整加热装置的进汽温度和进汽量以满足加热要求为准，这时候也能够有效的加热法兰，还能够避免法兰加热过度，我们需要将蒸汽温度控制在80℃左右，最高不得超过100～120℃。3）利用汽封供汽控制胀差，汽封供汽对胀差影响的程度，主要取决于供汽时间和供汽温度，而供汽时间越长就会对胀差影响越大，当冷态启动时候为了避免胀差值过大，就应该选择温度较低的汽源，并尽量缩短冲转前轴封送汽时间，热态启动时应合理使用高温汽源，防止向轴封供汽后胀差出现负值，在停机过程中，如出现胀差负值，可向汽封送入高压汽源加热转子汽封段，控制转子收缩。因此胀差在于控制，而不在于消除。4）真空维持更高，升速更快，避免在低速时多停留而导致机组冷却，从而使负胀差增大。5）采用合适的法兰和螺栓加热系统，使法兰温度也能随着蒸汽温度上升，从而使胀差减少。在汽轮机启停过程中使用汽缸法兰和螺栓加热装置，小型机组主要采用汽缸法兰和螺栓的温度随蒸汽参数的变化来提高或降低，来尽量减小汽缸外部和内部、法兰里外、汽缸和法兰、螺栓与法兰的温差，使得汽缸在膨胀或收缩时都能迅速把胀差控制在正常范围内。

总结：胀差是机组启动以及停过程中一项十分重要的任务。为了避免因胀差过大引起动静摩擦，大机组一般都设有胀差保护，当正胀差或负胀差达到某一数值时，立即破坏真空紧急停机，防止汽轮机损坏。

参考文献：

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[2]张德泽.法国330 MW汽轮机胀差异常的原因分析及应对措施[J].四川电力技术，2010（4）.

[3] 彭博伟．汽轮机高压缸胀差偏大的故障分析[J]．电力安全技术，2012（1）.