中压缸胀差的控制

俄制500MW汽轮机中缸胀差控制摘要：结合俄制500MW三缸两排汽式汽轮机，阐述了汽轮机胀差产生的机理，分析了高、中、低压缸胀差之间的相互关系，并结合现场实际运行情况分析了如何控制中压缸胀差方法关键词：胀差产生机理”控制法1.0概述1.0什么是胀差汽轮机在启、停过程中，由于转子与汽缸比较，转子的质量小，参加热交换的面积大；而汽缸的质量大，参加热交换的面积小。为此在加热（或冷却）过程中，转子温度的升高（或降低）比汽缸来得快，也就是说，在加热时转子的膨胀值大于汽缸，在冷却时转子的收缩值也大于汽缸。这种转子与汽缸的加热（或冷却），使得它们在膨胀（或收缩）时出现差别。这些差别称为汽轮机转子与汽缸的相对膨胀差，简称胀差。1.1高、中、低压缸胀差产生的相互关系下面以俄制500MW机组为例介绍，转子的死点在汽轮机高中压缸之间的2#推力支持轴承处，汽轮机受热后汽轮机的高、中压缸带动转子向前移动，转子以相对死点为基础，高压转子向前膨胀，中压、低压缸-Ⅰ转子相后膨胀。而汽缸的死点有两处，低压缸-Ⅰ低压缸的后部，而低压-Ⅱ缸。机组启动时，高、中压缸，前轴承箱，＃2轴承箱向前膨胀，低压缸-Ⅰ向前（机头）方向膨胀而低压-Ⅱ缸向发电机方向膨胀图1高压胀差：从图1可以看出，高压外缸与高压转子均是向机头方向膨胀的。当高压外缸膨胀或收缩时，带动1号轴承箱一起移动，所以高压胀差实际是高压转子与高压外缸的胀差。中压胀差：从图1可以看出，中压转子是向后膨胀的，而中压缸是向前膨胀的，二者膨胀方向相反，若其膨胀不等便产生胀差。现以受热情况为例加以说明：转子受热后以推力轴承(推推力轴承，转子的死点汽缸的死点力盘)为死点向后膨胀；汽缸受热后，自低压缸-Ⅰ死点向前膨胀，当中压缸向前膨胀时，则带动2号轴承箱(推力轴承)向前移动，推力轴承又带动中低压转子向前移动。如果转子向后膨胀的数值等于推力轴承向前移动的数值，中压胀差表指示为零。如果转子的膨胀量大于汽缸的膨胀量，中压胀差为正值。这时动叶出口到下一级喷嘴入口轴向间隙减小；反之中压胀差为负值，则喷嘴与本机动叶轴向间隙减小。低压胀差：低压胀差1的胀差与中压缸相同。低压Ⅱ胀差以受热情况为例说明低压胀差的产生和轴向间隙的变化。低压缸受热时，从死点开始向后膨胀；而低压转子受热也向后膨胀，若二者膨胀量不等便产生胀差。如果转子膨胀量大于汽缸膨胀量，低压胀差为正值，反之为负值。俄制500MW机组规定：胀差报警值是：高压缸-3.0～+4.5mm、(胀差表的量程：-4.0～+6.0mm)中压缸-2.0～+4.5mm(胀差表的量程：-4.0～+6.0mm)、低压缸-Ⅰ-3～+10mm(表的量程：-4.0～+14mm)，低压-Ⅱ缸-3～+15mm(胀差表的量程：-4.0～+20mm)。停机值是：高压缸-3.0～+4.5mm、中压缸-2.0～+4.5mm、低压缸-Ⅰ-3～+10mm，低压-Ⅱ缸-3～+15mm。在滑启条件下，低缸胀差允许放宽到如下值：低压缸-Ⅰ：13.0mm低压缸-Ⅱ：20.0mm2.0机组启停过程中调整胀差的方法：(1)启动时，如高中压缸正胀差增加较快时，应减慢或停止升温、升压、升负荷，直到胀差稳定有回落趋势，依据法兰金属温差及正胀差情况，投入法兰螺检加热装置。(2)如果低压缸负胀差增大时，可提高轴封供汽温度，但最高不大于220℃，或适当提高真空。(3)低压缸正胀差增大时，可适当降低轴封供汽温度，但最低不低于140℃或适当降低真空。(4)机组热态启动时，高中缸负胀差较大时，可提高高压轴封供汽温度；机组启动后，若高中压缸负胀差较大可适当加快升温、升压、升负荷速度。(5)当采取措施无效，胀差达极限值应打闸停机。(6)在热态、极热态起动过程中,冲转后,蒸汽温度不应出现下降情况,并注意汽缸金属温度不应下降,应尽快升速、并网、带负荷到金属温度对应的负荷点,避免胀差负值过大。3.0冷态启动过程中对胀差的控制分以下几个阶段。3.1中压缸转子预热：可以当中压缸外缸上壁金属温度低于100℃时，在进入启动状态后锅炉点火前完成，用厂用蒸汽系统对中压缸予热。闭锁低压缸七个排汽安全门(留下＃2低压缸后部2个安全门中的一个不闭锁),检查润滑油系统，调速油系统，密封油系统，顶轴油泵，盘车装置工作正常,投入汽封冷却器，开启汽封冷却器抽空气门SD757，保持汽封冷却器中压力在0.096MPa。由厂用汽系统给中压、低压缸轴封送汽，保持母管压力0.115～0.12MPa，温度160℃。控制进入中压缸的加热蒸汽压力0.15MPa,温度160–200℃。控制中压缸金属温度的温升速度在3–5℃∕min，逐渐加热中压上缸外表面温度到100–110℃。整个加热过程中尽量保持厂用汽压力稳定，注意低压缸蒸汽压力不超过0.015MPa；同时检查低压缸排汽安全门和整个负压系统的严密性。从汽轮机中、低压缸汽封供汽到预热结束：高压胀差约增加0.56～1.0mm，中压胀差约增加0.7～1.2mm，1#低压缸胀差约增加0.3～07mm。2#低压缸胀差约增加3.8～4.0mm。中压转子预热对转子伸长值有影响的，但是对机组的膨胀值增加很多，以中压缸上缸外壁温度50度加热到中压缸外缸上壁金属温度100℃时，高压缸膨胀值增加4.19mm，中压缸膨胀值增加4.19mm，也就是由1低压缸死点，机组的中低压缸向机头方向膨胀4.19mm。为此机组冷态启动时中压缸外缸上壁金属温度低于100℃时，必须进行中压缸转子预热。对增加机组的膨胀，减少胀差有一定的作用。3.2汽封供汽：我厂机组中压缸转子预热后，前汽封供汽到真空的建立后胀差的变化，高压胀差变化-0.17～0.5mm，中压胀差约增加0.5～0.8mm，#1低压胀差约增加1.5～2.3mm，#2低压胀差约增加1.64～2.15mm。汽封供汽对转子伸长值的影响是由供汽温度和单位时间轴封供汽的流通量决定的。因此汽封供汽的时间越长，汽封段主轴被加热的越充分，胀差正值增加的就较多。因此缩短汽封的供汽时间，降低中、低压缸缸轴封温度对减少胀差的正值有一定作用。3.3再热器暖管：暖再热系统的操作步骤：（详见主蒸汽系统图2）在锅炉点火前开启RC603门前疏水，锅炉点火后机前压力达0.5Mpa时稍开RC044(5-10%)进行RC603门前暖管，暖管5～20分钟后打开厂用旁路(ПСБУ-СН)到冷段的电动门RC602(检查RC603在关闭位置)。逐渐开启厂用旁路压力调节器RC044，保持再热汽压力不超过0.196MPa，开始暖再热器系统和倒暖高压缸。中压自动主汽门前再热蒸汽管道金属温度超过初始值40℃以后，为增强高压导汽管道和高压缸缸体加热，逐渐开启厂用旁路压力调节器RC044以提升中压自动主汽门前压力到0.6～0.8MPa注意再热热段管金属温度变化速度不超过15℃/min。在暖二次汽管道的同时，要全开法兰加热进汽一次门SM706，SM708，二次门SM707，SM709前疏水门，暖法兰加热管道。为强化加热中压导汽管，可打开导汽管疏水门SH8884-1、2、3、4。在我厂冷态控制汽轮机胀差的关键就是利用暖再热器系统对汽轮机的高压缸到暖，和用法兰螺栓加热装置对法兰进行加热。再热器暖管开始到暖管结束汽轮机胀差变化情况：高压胀差变化1.10～1.5mm，中压胀差约增加-0.9～-0.7mm，#1低压胀差约增加-2.0～-1.5mm，#2低压胀差约增加-2.15～-1.64mm。到暖高压缸可以将高压缸外缸上内壁金属温度由100℃加热到240℃，将中压缸外法兰温度加热到180-195℃此时中压缸金属温度100℃根据法兰螺栓控制规程规定：.当中间热段管金属温度达到100℃以上，根据胀差允许投入法兰加热装置。打开热段供高中缸法兰加热电动门SM706，SM707，SM708，SM709，调整母管中压力≤0.98MPa。控制下列指标：法兰内壁温度不大于外壁温度50℃。汽缸和法兰的温度差≤100℃。这样做是允许的，暖管时再热器的压力是机组150MW时的压力，能够保证加热法兰螺栓超前于汽缸的缸体金属温度。这样做的好处是，高压缸膨胀值增加8.69～10.2mm，中压缸膨胀值增加0.25～mm，主蒸汽系统（图2）中压缸的缸体膨胀虽然没有增加多少，但是法兰螺栓温度加热超前，机组带150MW时再热器压力加热法兰螺栓的效果明显（（图3））。防止出现缸体加热时，法兰螺栓温度滞后的问题发生，有力的减少胀差大发生的问题。为此在再热器暖管时，到暖好高压缸及时投入法兰螺栓加热装置，对控制俄制机组的差胀问题非常关键不同负荷下对应的再热器压力（图3）3.4暖机升速：从冲转到定速期间，高压胀差变化-0.8～0.5mm。这一阶段蒸汽流量比较少，在高压缸中，蒸汽主要在调节级内作功，金属的加热主要在该级范围内，但是由于到暖高压缸，高压缸内温度高，而主蒸汽经过自动主汽门，调速汽门，进入汽轮机，蒸汽温度大于汽缸调节级温度，高压缸胀差才会为正。更多的时候如果进入自动主汽门、调门，导管等，温度或许是比汽缸内温度低，为此统计胀差是负值的多。为此规程规定：汽轮机达到下列条件时暖机结束：高、中压导汽管金属温度达160-190℃。高压自动主汽门金属温度不小于160℃。高压缸外缸内上壁金属温度不小于120℃。为了防止汽轮机冲车时，高压缸出现过大的负胀差，在冲车前一定要先检查自动主汽门金属温度、导汽管金属温度达到规程规定值才允许冲车。但中、低胀差在整个升速过程中则是另一种情况。在低速暖机时，中、低压胀差均是增加的。这时中压缸转子膨胀量不大，中压部分汽缸也基本上没有变化；而低压部分转子和低压缸转子都有明显伸长，所以低压胀差就比较大。自低速暖机后至中速暖机结束，中压转子的膨胀速度有所增加是因为冲转时再热汽温往往低于主蒸汽温度，这时随着转速升高，中压缸进汽量增加，再热汽温上升也较快，中压转子的膨胀值大于汽缸，故中压胀差增加；低压转子保持原有的膨胀速度，而相应的低压缸变化比较小，所以低压胀差增加较多。当中速暖机后再升速时，中、低压胀差都有减小趋势，低压胀差大幅度下降，减少数值约为0.6～2.1mm。这主要是泊桑效应对低压转子的缩短作用。3.5定速和并列带负荷：由于升速到定速的时间较短，蒸汽温度和流量的变化对胀差的影响在定速后才能反映出来。定速后，高压胀差增加的幅度要根据机组到暖高压缸的温度高低决定，如果进入汽轮机的蒸汽温度比缸温高不了多少，高压缸的胀差就不明显。这时中低压胀差也逐渐增加。特别是发电机并网后在低负荷暖机阶段，蒸汽对转子和汽缸的加热比较剧烈。滑参数启动加负荷时，高压胀差的变化，主要取决主蒸汽温度的变化和有关操作。并网后，我厂调速汽门的全开，大旁路关闭，蒸汽进入汽轮机高压缸，因为到暖高压缸，调节级温度上升不快。但是我厂汽轮机在负荷100～110MW不变，在20分钟内将高压调门逐渐关小到22－23％开度(对应主汽压力在额定压力下，机组负荷在200～220MW负荷的位置)。主汽压力达12MPa，主汽温度380℃，再热汽温365℃。并且在保持高压调门开度22－23％不变情况下，机组逐渐升高参数：在70分钟内将主汽汽压升到23.5MPa主再热汽温升到440℃。以0.9℃/min的速度升温，以0.15MPa/min速度升压。在这个阶段，由于汽压升高，进入汽轮机的蒸汽参数的变化，高压的胀差是逐渐减少的最低0.64-1.0mm，直到机组转直流后，蒸汽参数变化才恢复，汽温流量增加，由于转子被加热伸长，高压胀差明显增加。这时主蒸汽汽压变化却是不大的，而调节级温度，在转直流时温度内变化35℃-50℃，高压胀差从1.5mm很快增加到2.2mm，在此时注意调节级温度变化和机组的振动。对于中压缸的胀差在转直流前后的值一般是最大。在这里既要保证机组转直流的要求，（根据并网后接带负荷参数应满足下表要求，同时要根据中压缸的膨胀及胀差控制再热器的温度变化来进行中压缸的胀差控制的。一般是再热器温度控制的比规程规定值低50-65℃）也就是在机组在锅炉转直流前一定先检查中压缸的膨胀15-16mm，中压缸的胀差在4.0mm以下，转直流操作时，机组负荷不易控制，为了转直流锅炉也必须