王永偉

（福建省鴻山熱電有限責任公司，福建泉州362712）

0 引言

汽輪機的啟動暖機目的是使汽輪機各部位金屬得到充分的預熱，減小汽缸部件間、轉(zhuǎn)子表面與中心等的溫差，從而減小金屬內(nèi)部應力，使汽缸、法蘭和轉(zhuǎn)子等均勻膨脹，且脹差值在安全范圍內(nèi)變化，保證汽輪機內(nèi)部存在動靜間隙，避免摩擦；同時，使帶負荷的速度相應提高，縮短升至額定負荷時所需要的時間，達到節(jié)約能源的目的。然而，汽輪機啟動過程中，各部件間的溫差、熱應力、熱變形大，導致多數(shù)事故是發(fā)生在啟動時刻。不正確的暖機工況、值班人員的誤操作以及設(shè)備本身某些結(jié)構(gòu)存在缺陷都可能造成事故，即使在當時沒有形成直接事故，但由此產(chǎn)生的后果還將在以后的生產(chǎn)中造成不良影響，從而在一定程度上影響著汽輪機的安全運行，嚴重時會導致機組不能順利并網(wǎng)。因此，不同學者從不同方面對其進行了研究，并且在早期就有相應的實際應用系統(tǒng)被開發(fā)。

1 故障的現(xiàn)象描述及機理分析

本電廠配備兩臺東汽超臨界600 MW抽汽機組，抽汽用途為工業(yè)生產(chǎn)。機組自投產(chǎn)以來在冷態(tài)啟動過程中多次出現(xiàn)汽輪機在中速暖機過程中，由于汽輪機振動大導致汽機被迫打閘，重回盤車狀態(tài)，經(jīng)盤車連續(xù)運行直軸，再次沖轉(zhuǎn)后汽輪機運行正常。機組冷態(tài)啟動一次成功概率不到25%，而溫態(tài)啟動與熱態(tài)啟動均未出現(xiàn)類似現(xiàn)象。汽輪機振動大，嚴重時會導致汽輪機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生永久性彎曲。由于每次冷態(tài)開機均在春節(jié)過后，需要如期實現(xiàn)機組對外供汽，為保證主設(shè)備安全，針對汽輪機冷態(tài)啟動方式進行優(yōu)化研究就顯得尤為重要。

1.1 問題描述

東汽超臨界600 MW抽汽機組在冷態(tài)啟動暖機過程中，多次出現(xiàn)由于汽輪機振動大導致汽機被迫打閘、重回盤車，經(jīng)盤車連續(xù)運行直軸、再次沖轉(zhuǎn)后汽輪機運行正常的問題。

1.2 故障機理分析

1.2.1 沖轉(zhuǎn)參數(shù)分析

東汽600 MW級別汽輪機默認的啟動方式為中壓缸啟動，其利用旁路并向中壓缸進汽來啟動汽輪機的方法正被越來越多的機組所采用。東汽廠家設(shè)計冷態(tài)沖轉(zhuǎn)參數(shù)與該機組實際沖轉(zhuǎn)參數(shù)的比較如表1所示。

實際選擇低壓力、高溫度沖轉(zhuǎn)的原因有如下幾點：該公司采用等離子點火模式，而廠家初期設(shè)計的為油槍點火模式。采用等離子點火模式以后，由于要保證鍋爐穩(wěn)定燃燒，必須有最小煤量。采用等離子模式鍋爐點火后，汽溫汽壓上漲速率較快。如果按照東汽廠家要求的主汽壓沖轉(zhuǎn)，主汽溫將會升至500℃左右，為了降低主再熱汽溫，滿足汽輪機沖轉(zhuǎn)溫度要求，鍋爐就必須使用減溫水，低負荷鍋爐蒸發(fā)量較少，在此情況下使用減溫水，如果使用不當就容易造成鍋爐受熱面積水，嚴重時還會造成“水塞”，導致過熱器嚴重超溫。在鍋爐低負荷時汽溫調(diào)節(jié)手段有限，為了保證鍋爐安全，防止鍋爐在低負荷下超溫爆管，因此汽機沖轉(zhuǎn)選擇的主壓力較低。根據(jù)水蒸氣壓力對應的飽和溫度特性，汽壓如果升高，汽溫也將會升高，因此從機組安全性考慮，選擇低壓力、高溫度沖轉(zhuǎn)。1.2.2 問題分析

表1 沖轉(zhuǎn)參數(shù)對比表

上述冷態(tài)啟動均為#2軸承振動大導致機組被迫打閘，#2軸承振動大主要是由于動靜碰磨造成。高壓調(diào)節(jié)級與中壓缸第一級為整個汽輪機間隙最小處，高中壓缸溫差過大容易造成膨脹不均勻。通過冷態(tài)啟動的歷史曲線可以看出，在中速暖機階段高中壓缸溫差過大，最大達100℃以上，每當高中壓缸溫差過大時，就會導致過橋汽封處發(fā)生碰磨，造成#2軸承振動大打閘汽輪機。引起高中壓缸溫差大的具體原因分析如下：

（1）東汽廠家給出的暖機結(jié)束條件為，暖機4 h或達到以下條件，中速暖機結(jié)束：高壓內(nèi)缸內(nèi)壁溫度≥320℃；中壓進汽室內(nèi)壁溫度≥320℃；高壓缸膨脹≥8 mm。根據(jù)同類機組運行經(jīng)驗，暖機4 h結(jié)束后，中壓進汽室內(nèi)壁溫度也未能達到320℃；中壓缸進汽量偏小，高壓缸進汽量偏大，造成高中壓缸溫差增大。

（2）啟動前高壓缸經(jīng)過倒暖，溫度初步提高至150℃以上；而中壓缸僅靠軸封漏汽逐步升溫，升溫速度很慢。

（3）機組啟動階段，不投減溫水，要防止鍋爐受熱面超溫，運行調(diào)整手段有限，造成了主再熱汽溫較高，實際汽輪機沖轉(zhuǎn)溫度較廠家給定的溫度高出40～100℃，有時更高。

2 優(yōu)化策略設(shè)計

通過上述分析可以看出，對暖機運行方式進行調(diào)整是解決該問題的一種方式，因此，對“暖機模式”邏輯修改如下：

（1）冷態(tài)啟動，在“暖機模式”投入時，當汽輪機高壓調(diào)門開度大于9%后，高壓調(diào)門保持在9%，汽輪機轉(zhuǎn)速由中壓調(diào)門控制。

（2）運行人員根據(jù)高中壓缸溫差，可以手動關(guān)小和開大高壓調(diào)門，中壓調(diào)門此時應維持汽輪機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，自動進行開大或關(guān)小。

（3）中速暖機結(jié)束，“暖機模式”切除后保持原有邏輯控制狀態(tài)，即：高壓調(diào)閥關(guān)閉，汽輪機轉(zhuǎn)速由中壓調(diào)門控制。

（4）機組投軸封抽真空時，盡量選擇合理的軸封供汽溫度，防止高中壓缸脹差升高過多。

3 試驗測試及優(yōu)化效果

針對上述情況，對汽輪機在中速暖機過程中由于振動大導致被迫打閘的問題進行了認真分析，對汽輪機的“暖機模式”提出了修改方案，并在機組C修結(jié)束后對DEH中“暖機模式”進行了優(yōu)化改造。以#2汽輪機為例，在2017年2月8日冷態(tài)啟動沖轉(zhuǎn)過程中以及過臨界時機組主要沖轉(zhuǎn)參數(shù)為：主蒸汽壓力3.33 MPa，主蒸汽溫度399℃，再熱蒸汽壓力0.413 MPa，再熱蒸汽溫度371℃。汽輪機摩檢正常；就地打閘汽輪機，正常；重新掛閘沖轉(zhuǎn)，汽輪機升速至1 400 r/min中速暖機，并執(zhí)行高壓遮斷、ETS遮斷試驗，正常；中速暖機結(jié)束后，汽輪機升速至3 000 r/min。此外，還進行了超速試驗，試驗過程中汽輪機運行正常。

4 結(jié)語

實際沖轉(zhuǎn)參數(shù)顯示，本文提出的優(yōu)化策略具有良好的應用效果：（1）啟動過程中高中壓缸溫度同步升高，在中速暖機結(jié)束后，高中壓缸內(nèi)壁溫度溫差小于10℃，高中缸脹差在6 mm左右，達到了機組自投產(chǎn)以來中速暖機的最佳值；（2）汽輪機沖轉(zhuǎn)一次成功，在機組過臨界時，汽輪機各軸承振動較以往明顯減小。這對大功率抽汽機組的暖機方式優(yōu)化具有一定的借鑒意義。

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