第七章 汽轮机运行

第七章 汽轮机运行（启停）汽轮机运行包括汽轮机的启动、停机、空负荷以及带负荷(又分设计和变化工况)等工况。此外，汽轮机的经济调度、汽轮机设备的事故处理等也属于运行方面的内容。启动和停机过程，各零部件的工作参数都将发生剧烈变化，因此可以认为启动和停机过程是汽轮机运行中最复杂的运行工况。而这些剧烈变化的工作参数中，对机组安全运行起决定因素的则是温度的变化。由于温度的剧烈变化，以及汽轮机各零部件的尺寸很大且工作条件不同，必将在各零部件中形成温度梯度，从而产生热变形和热应力，当综合应力达到相当高的水平，甚至超出屈服极限，使这些高温部件受到一定损伤，这种损伤的累积最终导致部件损坏。汽缸裂纹是一个热疲劳损坏问题，目前已不再是突出的问题。转子的温度变化及由之引起的热应力以及疲劳损耗问题是大功率汽轮机运行的关键性问题。第一节 汽轮机的热应力、热膨胀、热变形及寿命管理一 热应力金属部件在受到外力作用后，不论这个外力有多小，部件都要发生变形。外力停止后，如果部件仍能恢复到原来的形状和尺寸，则这种变形称为弹性变形。当外力增大到一定程度，假如外力停止后，金属部件不能恢复到以前的形状和尺寸，则这种变形称为塑性变形。由于温度的变化引起的物体变形称为热变形。如果物体的热变形受到约束，则在物体内就会产生应力，这种应力称为热应力。 汽轮机冷态启动时的热应力汽轮机冷态启动过程是对汽轮机转子和汽缸等部件加热的过程，随着机组冲转、暖机、并网和带负荷，金属部件的温度不断升高。对于汽缸来说，随着蒸汽温度的升高，汽缸内壁温度首先升高，内壁温度要高于外壁温度，内壁的热膨胀由于受到外壁的约束而产生压应力，而外壁由于受到内壁热膨胀的影响而产生拉应力。同样，对于转子，当蒸汽温度升高时，外表面首先被加热，使得外表面和中心(孔)面形成温差，外表面产生压应力，中心(孔)表面产生拉应力。 汽轮机停机时的热应力停机过程实际上是汽轮机零部件冷却的过程，随着蒸汽温度降低和流量的减小，汽缸内壁和转子外表面首先被冷却，而汽缸外壁和转子中心(孔)表面的冷却相对滞后，致使汽缸内壁温度低于外壁，转子表面温度低于中心(孔)表面，与启动相反。汽缸内壁和转子外表面产生拉应力；汽缸外壁和转子中心孔则产生压应力。 汽轮机热态启动时的热应力汽轮机热态启动时，如果由于旁路系统容量的限制，主蒸汽温度不能升的太高，或由于冲转前暖管不充分，那么冲转时进入调节级处的蒸汽温度可能比该处的金属温度低，使其首先受到冷却，在转子表面和汽缸的内表面产生拉应力。随着转速的升高及带负荷，该处的蒸汽温度将迅速升高，并高出金属温度，并在随后的过程中保持该趋势直至启动结束。这一阶段，由于蒸汽温度比金属温度高，转子表面及汽缸内壁温度将产生压应力，这样在整个热态启动过程中，汽轮机部件的热应力要经历一拉一压循环。 负荷变化时的热应力大型汽轮机负荷在35%100%范围内变动时，调节级后汽温变化可达100，所以，在负荷变化时，转子和汽缸上将产生温差和热应力。降负荷时，蒸汽温度降低，转子表面和汽缸内壁产生拉应力；增负荷时，情况相反。可见，汽轮机经历一个升、降负荷循环，其部件就承受一压一拉应力循环。对于现代大型汽轮机，降负荷运行一般都采用变压运行方式(复合变压运行)，采用这种运行方式，在低负荷期间，汽轮机通流部分温度变化不大，其部件的热应力也不大。所谓汽轮机的热冲击是指蒸汽与汽缸、转子等部件之间在短时间内进行大量的热交换，金属部件内温差迅速增大，热应力增大，甚至超过材料的屈服极限，严重时，一次大的热冲击就能造成部件的损坏。汽轮机部件受到热冲击时产生的热应力，取决于蒸汽和部件表面的温差、蒸汽的放热系数。造成汽轮机热冲击的主要原因有以下几种。1 启动时蒸汽温度与金属温度不匹配。2 极热态启动造成的热冲击。3 甩负荷造成的热冲击。二 热变形汽轮机在启停及变工况运行时，由于蒸汽对各部件加热(或冷却)的程度不同，使得汽缸、转子在径向和轴向上都会形成温差，从而产生热变形，使通流部分的间隙发生变化而导致摩擦，严重时，可能造成设备的损坏。1 上、下缸温差引起的热变形2 汽缸法兰内、外壁温差引起的热变形3 汽轮机转子的热弯曲转子发生热弯曲后，不仅会使机组产生异常振动，还可能造成汽轮机动静部分摩擦。为了防止或减小大轴热弯曲，启动前和停机后，必须正确使用盘车装置。冲转前应盘车足够长时间；停机后，应在转子金属温度降至规定的温度以下方能停盘车。此外，大型机组都应装备转子挠度指示装置，可直接测量大轴弯曲度。三 热膨胀1 汽缸的绝对热膨胀汽缸膨胀时以死点为基准，在滑销系统引导下，既满足了汽缸在三个方向的膨胀，同时也保证了汽轮机和发电机转子与定子部分以及轴承中心的一致，从而保证机组不致因膨胀不均匀而产生不应有的应力，或使机组发生振动。汽轮机的横销只允许轴承座和汽缸作横向膨胀；纵销只允许其纵向膨胀。另外，在汽缸和轴承座之间还设有立销，立销只允许汽缸在沿垂直方向膨胀。汽轮机转子是以推力盘为死点，沿轴向前后膨胀的。当工况变化时，推力盘有时靠工作瓦块，有时靠非工作瓦块，在计算通流部分间隙时，要考虑推力间隙的影响。启动时，汽缸膨胀的数值取决于汽缸的长度、材质和汽轮机的热力过程。由于汽缸的轴向尺寸大，故汽缸的轴向膨胀成为重要的监视指标。对于大型汽轮机来说，法兰壁比汽缸壁厚得多，因此汽缸的热膨胀往往取决于法兰的温度。在启动时，为了使汽缸得到充分膨胀，通常用法兰加热装置来控制汽缸和法兰的温差在允许范围内。2 汽缸与转子的相对膨胀汽轮机启停和工况变化时，转子和汽缸分别以各自的死点为基准膨胀或收缩。大型汽轮机具有又厚又重的汽缸和法兰，相对来说，汽缸的质量大而接触蒸汽面积小，转子质量小而接触面积大，也就是它们的质面比不同，所谓质面比是指转子或汽缸质量与被加热面积之比。此外，转子转动时，蒸汽对转子的放热系数比对汽缸的要大，所以质面比小的转子随蒸汽温度的变化膨胀或收缩都更为迅速。在开始加热时，转子膨胀的数值大于汽缸，汽缸与转子间发生的热膨胀差值称为汽轮机相对胀差。若转子轴向膨胀大于汽缸，则称为正胀差，反之称为负胀差。在正常情况下，胀差比较小，但在启停和工况变化时，由于转子和汽缸温度变化的速度不同，可能产生较大的胀差，这就意味着汽轮机动静部分相对间隙发生了较大变化。如果相对胀差超过了规定值，就会使动静间的轴向间隙消失，发生动静摩擦，可能引起机组振动增大，甚至发生掉叶片、大轴弯曲等事故， 所以汽轮机启停过程中应严格监视和控制胀差。为了避免因轴向间隙变化而使动静部分发生摩擦，不仅应对胀差进行严格的监视，而且对于多缸机组，应对各部分胀差对汽轮机的影响有足够的认识，特别要分析清楚汽缸和转子分别是怎样以各自的死点为基准进行有规则的膨胀。影响胀差的主要因素有：蒸汽参数的高低、轴端汽封内蒸汽的不同温度、汽缸热膨胀的情况、暖机时间以及真空的大小等。总之，对于不同类型的机组，其膨胀系统可能有些差异，但只要掌握了机组的结构及膨胀原理，就能正确判断汽缸、转子的膨胀方向和动静间隙的变化规律，防止通流部分发生碰磨。可见，汽轮机的启停和变工况运行是一个复杂的应力状态过程，必须根据制造厂对设备运行的要求和运行规程进行控制。目前，一些较先进的大型机组，用转子的热应力作为指导启动运行的主要依据，为使汽缸变形和膨胀不成为启动的关卡，要在结构上采取一些措施，如在引进型300MW汽轮机的动静部分，采用大轴向间隙设计，允许大胀差运行；采用薄汽缸、高窄形法兰的设计；同时加强了叶栅动静部分的径向密封，以补救由于轴向间隙的放大而增加的级内漏汽损失，即保证了较高的机组效率，也大大缩短了机组的启动时间。四 汽轮机的寿命管理汽轮机组的寿命管理是实现汽轮机组运行科学管理的一项重要工作。汽轮机运行使用寿命控制的主要内容，就是在汽轮机运行、启停过程中及工况变动时，控制其蒸汽温度水平、温度变化幅度、变化速率，限制金属部件内的热应力，使机组寿命消耗率不超过要求的技术指标，保证机组在有效使用期内，其部件不致过早地产生变形裂纹和及时地进行检查处理，防止机组设备发生灾难性的断轴事故。这是火力发电厂汽轮机运行人员可以控制的，应是运行工作极其重要的一方面。 高温金属的材料特性金属材料在高温下长期工作，其组织结构也会发生显著变化，引起力学性能的改变，出现蠕变断裂、应力松弛、热疲劳等现象。金属在高温时所表现出来的性能和室温时的性能有很大差别，所以不能仅用金属材料在室温下的力学性能来评价和选用材料，必须研究和了解金属材料在高温时力学性能的变化。1 蠕变金属在高温下，即使其所受的应力低于金属在该温度点下的屈服点，只要在这样的应力下长期工作，也会发生缓慢、连续的塑性变形，这种现象称为蠕变。金属在蠕变过程中，塑性变形不断增长，最终导致在工作应力下的断裂。故在高温下，即使承受的应力不大，金属的寿命也有一定的限度。金属在温度变化频繁的条件下工作，如汽轮机组的启动运行停止再启动的过程中，由于热疲劳的交互作用，也会使蠕变速度加快。2 应力松弛部件在高温和某一初始应力作用下，若维持总变形不变，则随着时间的增加，部件内的应力会逐渐降低，这种现象称为应力松弛。如汽轮机安装时，紧固的汽缸螺栓，其内有较大的初始应力，其变形是弹性变形；在高温下螺栓逐渐发生蠕变，螺栓的总长度不变，弹性变形有一部分转变为塑性变形，螺栓逐渐失去紧固汽缸法兰的作用，产生应力松弛，达到一定程度，汽缸结合面就会漏汽。3 热疲劳热疲劳是指部件在交变热应力的反复作用下最终产生裂纹或破坏的现象。汽轮机在启停或变工况运行时，汽缸、转子等金属部件就会受到因温度变化而产生的交变热应力，经过一定数量的热应力循环，就会出现疲劳裂纹。零部件上的孔、槽等地方，由于应力集中，将显著降低零件的疲劳强度。4 热冲击金属材料受到急剧的加热和冷却时，其内部将产生很大的温差，从而引起很大的冲击热应力，这种现象称为热冲击。热冲击与热疲劳不同，热疲劳承受的热应力远比热冲击小，而且需要在交变应力反复作用下才能使材料破坏。热冲击时，材料承受的热应力很大，有时即使一次热冲击就会使部件损坏。热冲击对部件损伤严重，汽轮机在启停和工况变化时应防止汽缸、转子等部件受到热冲击。5 金属的低温脆化低碳钢和高强度合金钢在某些工作温度下有较高的冲击韧性，即有较好的塑性，但随着工作温度的降低，其冲击韧性将有所降低，当冲击韧性显著下降时的温度称为脆性转变温度(或称FATT)。这是汽轮发电机组转子材料的重要特性，用它可以估计转子钢材在低温下的脆性性能。钢材的这种脆化特性称为冷脆性。金属材料冲击试验的断口可分为韧性断口和脆性断口两部分，两部分的比例与试验温度有关，温度越高，脆性断口所占百分比越小，金属的低温脆性转变温度就是脆性断口占50%时的温度。金属材料的工作温度低于FATT时，在同样的条件下发生脆性破坏的可能性增大。金属材料除了低温脆化特性外(冷脆性)，还具有高温脆性特征。一般来说，在高温短时载荷作用下，金属材料的塑性增加；但在高温长时载荷作用下的金属材料冷却后，其塑性却显著降低，缺口敏感性增加，往往呈现脆性断裂现象，金属材料的这种特性，称为热脆性。正是因为转子材料的这种高温脆化现象，使得转子在超高温下工作成为困难。但随着冶金技术水平的提高，一批新型的耐高温转子材料正在被开发使用，如工作温度达593的高、中压转子材料，将使用温度上限由350提高至450的超净化低压转子材料，所有这些都有助于提高汽轮机运行的安全性和经济性。 汽轮机寿命汽轮机的寿命是指转子从第一次投运开始，直至应力集中处产生第一条通过低倍放大、用肉眼可观察到的微小宏观裂纹(称工程裂纹，约0.5mm长、0.15mm深)所经受的循环次数。影响汽轮机寿命的因素很多，但总的来说，汽轮机寿命由两部分组成，即受到高温和工作应力的作用而产生的蠕变损耗，以及受到交变应力作用引起的低周疲劳寿命损耗。 汽轮机寿命管理为了更好地使用汽轮机，必须对汽轮机的寿命进行有计划的管理，汽轮机的寿命管理项目及具体措施如下。1 合理分配和使用汽轮机的寿命汽轮机的寿命分配一般取决于汽轮机的结构和使用特点、启停次数、启停方式、工况变化、甩负荷带厂用电的次数等。应根据不同机型及其运行方式进行分配。在汽轮机设计寿命年限内，根据制造厂提供的寿命管理曲线，一般分配蠕变寿命损耗为20%，疲劳寿命损耗为80%。汽轮机寿命分配要留有余地，一般情况下，寿命损耗只分配80%左右，其余20%以备突发性事故。汽轮机寿命分配示例见表6-1。表6-1 汽轮机推荐的寿命分配数据(以设计寿命30年计算)运行方式损耗率(%)年运行次数累计运行次数寿命损耗累积(%)冷态启动0.0541206温态启动0.011300.3热态启动0.01200600060大修前停机0.05三年一次100.5甩负荷带厂用电0.10三年二次202大幅度变负荷40%0.0055015007.5小幅度变负荷25%0.0002553016500480.3总之，带基本负荷的汽轮机，每次冷态启动的寿命损耗率可以分配得大一些，一般控制在0.05%/次；调峰机组的寿命损耗率主要消耗在热态启停中，每次启停的寿命损耗率可以分配得小一些，一般为0.01%/次。2 汽轮机转子寿命的监测与管理每台汽轮机应以制造厂提供汽轮机寿命管理曲线为依据，绘制各种工况启动曲线。每台汽轮机应建立并逐步完善转子寿命损耗数据库，根据制造厂提供的寿命管理曲线进行控制，使汽轮机寿命损耗处于受控状态，以指导运行人员进行开停机操作和运行参数调整及对异常工况的处理。3 减少汽轮机转子寿命损耗的原则启动中预防汽轮机转子脆性损伤的方法： 启动时应根据汽缸金属温度水平合理选择冲转蒸汽参数和轴封供汽温度，严格控制金属温升率； 一般以中压缸排汽口处金属温度或排汽温度为参考，判断转子金属温度，特别是中压转子中心孔金属温度是否已超过金属低温脆性转变温度(FATT)； 汽轮机冷态启动时，有条件的可在盘车状态下进行转子预热，变冷态启动为热态启动； 如制造厂允许，可采用冷态中压缸启动方式，以改善汽轮机启动条件； 汽轮机超速试验，必须待中压转子末级中心孔金属温度达到FATT以上方可进行，一般规定汽轮发电机组带10%25% 额定负荷稳定暖机至少4h。运行中减小汽轮机转子寿命损耗的方法： 运行中避免短时间内负荷大幅度变动，严格控制转子表面工质温度变化率在最大允许范围内； 严格控制汽轮机甩负荷后空转运行时间； 防止主、再热蒸汽温度及轴封供汽温度与转子表面金属温度严重不匹配； 在汽轮机启动、运行、停机及停机后未完全冷却之前，均应防湿蒸汽、冷气和水进入汽缸。4 加强可靠性管理，减少汽轮机寿命损耗可靠性指标不仅反映了设计、制造、安装水平和质量，是技术改造和技术进步的重要依据，还直接反映了发电厂运行管理及设备维修状况，是现代化汽轮机运行管理的重要内容。汽轮机设备大都是可维修的，其寿命分配也有很大共性。在汽轮机使用寿命年限内，通过可靠性统计分析，可以找出因运行检修维护不当造成的寿命损耗，从而改善运行操作方法和检修维护方案，逐步由被动检修转变为状态监测和预知性维修，提高设备等效可用系数，减少等效强迫停用率，减少维修费用，延长汽轮机使用寿命，取得更大安全经济效益。第二节 汽轮机的运行要求一 蒸汽参数的允许变化范围汽轮机的功能、容量、蒸汽流量、转速调节以及压力控制都是基于额定蒸汽参数下的运行。汽轮发电机组可以在下述蒸汽压力和温度变动范围内运转，这些允许变化范围仅供紧急情况使用，故而要尽可能将这种不正常运行减至最小限度，尤其是压力和温度同时发生变动的情况，更须竭力避免。 进口压力在任意十二个月的运转期内，主汽阀进口处的压力须控制在不超过额定压力的平均压力。在保持这一平均压力时，又不得使压力超过额定压力的1%，时间不得超过控制所需的合理时间。在不正常条件下，进口处瞬时压力波动不得超过额定压力的30%，并且在十二个月的运转期内，这些超过额定压力的瞬时波动时间总和不得大于12小时。 再热压力高压汽轮机排汽口处的压力不得超过汽轮机高压缸排汽口最大压力的25%。此最大压力是汽轮机高压缸流过额定压力的最大计算蒸汽流量及在正常条件运行时高压缸排汽口的压力。用户必须为机组提供合适的安全阀。 进口温度在任意十二个月的运转期内，汽轮机主汽阀进口处的蒸汽温度平均值不得大于额定温度。在维持这一平均值时，温度值不得大于额定温度8。在不正常条件下，汽轮机主汽阀进口处的温度不得超过额定温度14，在十二个月的运转期内的时间总和不得超过400小时。如有温度波动，则波动的最大值不得超过额定温度28，时间不超过15分钟，并在十二个月运转期内的时间总和不大于80小时。在保持上面所述的温度规定下，还须做到同时进入汽轮机各主汽阀的蒸汽温差必须保持在14以下。在不正常情况下，差值允许达到42，但时间不得超过15分钟，且两次发生这种不正常情况的时间间隔至少4小时。 再热温度在任意十二个月的运转期内，汽轮机再热进口处的蒸汽温度平均值不得大于额定再热温度。在保持这一平均值时，再热温度不超过额定值8。在不正常运行条件下，再热温度不得超过额定值14，在十二个月运转期内的时间总和不超过400小时。如有波动，则波动的最大值不超过额定再热温度28，时间不超过15分钟，并在十二个月运转期内的波动时间总和不大于80小时。在维持上述再热温度平均值的条件下，同时进入汽轮机各高温再热阀的蒸汽温差必须保持在14之内。在不正常情况下，这一温差允许高达42，但时间不得超过15分钟，且两次发生这种不正常情况的时间间隔至少相隔4小时。 高中压合缸由于主蒸汽进口及再热蒸汽进口被安置在同一汽轮机汽缸上，故主蒸汽及再热蒸汽进口之温差必须加以控制，以使设备能达到设计的最理想寿命。主蒸汽和高温再热蒸汽的温差不得偏离额定条件的28。在不正常条件下，这一偏离值允许高达42，但仅限于再热温度低于主蒸汽进口温度。一般来说，这些限制是在接近满负荷时使用。当负荷减少时，假设再热温度低于主蒸汽温进口温度，在这种情况下，当负荷接近空载时，温差可达83。但要避免短暂的温度周期性波动。二 汽轮机的蒸汽品质 汽轮机蒸汽品质蒸汽中存在的腐蚀性杂质，会导致汽轮机部件由于腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳及腐蚀-侵蚀而损坏。必须严格控制腐蚀剂、盐和酸(包括有机酸和二氧化碳)。杂质的沉淀还会导致热力损失，叶片效率降低，影响压强分布，阻塞阀门中的间隙和密封。如欲避免这些情况所引起的各种损坏、长期停机及昂贵的修理费用，则必须对整台汽轮机内蒸汽的品质严加控制。此外，还须采取有效措施，以防对厂内设备、管道所采取的化学清洗程序中的杂质进入机内。 正常运行的要求 运行时的正常限制值和理想值参数单位正常极限理想值在25下游，强酸阳离子交换器传导率取样，在取样点连续测量S/cm0.20.1钠(Na)g/kg*52硅 (SiO2)g/kg105铁 (Fe)g/kg205铜(Cu)g/kg21 为了避免任何腐蚀或效率损失，实际运行数值应在正常值以下，最好能达到理想值。 理想值仅为连续运行可以达到的数值，正常值为正常运行时的允许的最大值。 如果固体碱化剂（NaOH，Na3PO4）仅在非正常情况下使用，就不需要连续的进行检测钠。 如果蒸汽-水循环没有铜合金的话，就没有必要监控铜。*1g/kg=1ppb三 调节级叶片的运行要求1 为增加调节级叶片的可靠性，要求下述转子和调节级叶片在汽轮机使用之初，必须通过至少六个月的全周进汽方式运行。 凡具有侧装式调节级叶片的新转子； 凡具有侧装式调节级叶片的备用转子； 凡具有侧装式调节级叶片的更换的转子； 凡新装侧装式调节级叶片的旧转子； 具有销钉固定式调节级叶片的额定功率在30万千瓦以上的机组。2 六个月的运行周期是以上述转子和叶片的接触条件为基础的。如到时不正常压力及温度还存在，则全周进汽的运行方式尚须继续，直至达到稳定的参数为止。这一时期结束，汽轮机便须转为正常的部分进汽。具备阀门管理性能的机组，这时便可采用效果最佳的喷嘴调节方式运行。四 机组运行限制及注意事项 一般注意事项1 在蒸汽进入汽轮机以前，应根据转子的初始温度来决定采用冷态启动或热态启动。2 当采用冷态启动程序时，可利用“冷态转子升温程序”图表来决定转子的升温时间。在紧急状态下，运行人员往往会企图使机组更快地与电网耦合，但此时应加注意的是，根据转子启动时的初始温度所决定的升温时间不容缩短。3 当采用热态启动程序时，应控制主汽阀入口处的蒸汽状态，使调节级后蒸汽温度和金属温度相匹配。在任何情况下，调节级后蒸汽温度均不得比当地金属温度高111或低56。4 汽轮机运行时背压过高，会损坏叶片并引起旋转部件和静部件之间的摩擦。所允许的最大背压随负荷而定，由机组的负荷背压限制曲线确定。5 运行时应严格遵守“控制整定值指导”中规定的调节阀最终开启程序。任何其它程序均将导致第一级叶片发生故障。6 切勿在一侧汽室的主汽阀开启而另一侧汽室的主汽阀关闭时运行。但这一限制不适用于极短的时间，例如测试阀杆的动作是否灵活时。7 切勿在汽轮机一侧的再热截止阀和（或）调节阀开启而另一侧的再热截止阀和（或）调节阀关闭时运行。这一限制不适用于极短的时间，例如测试阀杆的动作是否灵活时。8 如果汽轮机一侧的再热截止阀或调节阀不能关闭，汽轮机负荷限制按已经降低的通流能力的百分数。例如两个再热截止阀中的一个不能关闭，负荷降低50%。如果四个再热调节阀中的一个不能关闭，负荷降低到75%。9 对汽包式锅炉的机组而言，如在主汽阀压力控制器（或限制器）停止使用的场合，主汽阀处的蒸汽压力在失控情况下跌至额定压力的90%（配备直流锅炉的机组为95%）以下，或如果主蒸汽温度或再热蒸汽温度在失控下降落83以上时，应卸除负荷，事故停机。在使用压力控制器（或限制器）时的正常停机，可参阅“停机步骤”一节。图6-6 机组共振转速曲线10 汽轮发电机组的低压叶片共振转速范围如图6-6所示，如汽轮机在加速度过程中必须持速，应保证该转速不在共振区内。如果在共振区内，则应将此转速降至共振区以下。11 对运行的两个主要要求是：限制汽轮机中的热应力、限制由热差胀引起的部件摩擦。因此，必须按照规程要求运行时严格限制各部件中的温差。12 为了使蒸汽室在汽轮机由主汽阀控制转换到调节阀控制前得到足够的加热，蒸汽室内表面的温度（由内表面的深孔热电偶测得）应等于或大于主蒸汽阀前蒸汽压力的饱和蒸汽温度，这样可以防止蒸汽室内因控制方式转换至调节阀控制而腔内压力升高时形成水滴。这个加热过程在主蒸汽压力高时可能较难实现，因蒸汽流经主汽阀的导阀时将有较大的温度损失。为使蒸汽室达到所需的温度必须保证在主汽阀入口处的蒸汽压力和温度满足“汽轮机主汽阀处的启动蒸汽参数”图表的要求。例如当进口蒸汽压力为6.89MPa时，主汽阀门处的最低温度应为357，启动时使用减压蒸汽。13 在汽轮机运行的全过程中，均应注意蒸汽及金属热电偶的极限值。14 蒸汽室内的深孔热电偶与浅孔热电偶间的最大温差不应超过83。15 如果再热器采用减温喷水装置，则必须遵守以下运行条件：以最大工况热平衡的蒸汽量（本机组应按额定压力计算）为基准，测定再热器的减温喷水量，当喷水量每达此蒸汽量的1%时，应将负荷减少0.6%。16 当汽轮机运行时，如DEH控制柜的箱门未曾关闭，则在控制室内或其邻近、除声发动电话机外，不得操作其它手提式无线电设备。在控制箱门开启的情况下，一台5瓦的发讯机可使调节阀的开启位置产生1015%的变动。17 汽轮发电机组不能处于电动机状态过久。无意的电动机状态应限于一分钟以内，以防汽轮机叶片因鼓风及缺少通风而过热。有意的电动机状态在汽轮机脱扣后不超过30秒并确保没有使汽轮机超速的蒸汽。18 危急遮断机构经过任何的大修或前轴承座经过整修后，危急遮断机构的原有整定值都将受到影响。为了保证危急遮断机构的正常动作，在上述作业之后的首次试车时，都应做超速试验。以后每隔六个月定期进行一次超速试验，如未满六个月又逢上述作业，则仍需在作业后立即进行超速试验。19 停机期间，盘车装置仍应保持运转，并应遵守“停机时盘车装置的运行”之要求。20 切勿在转子静止条件下将蒸汽注入汽轮机内。21 当锅炉和汽轮机之间的蒸汽总管需进行现场水压试验时，主汽阀被当作截止阀使用，在此情况下必须确定受影响的金属温度和水温。这一点尤其是在机组因锅炉检修而停止运行时尤其重要，由装在阀体突缘上的热电偶测得的主汽阀内表面的温度与用于试验的水温差应在83以内，为了避免阀体及内部附件因温度梯度过大而变形，上述温差值是绝不能超过的。进行水压试验时，主汽阀必须关闭，但根据阀碟与阀座的吻合状况，可能会有些渗漏。22 生产用抽汽流量不得超过规定。 非正常工况条件下运行1 汽轮机在非额定参数下运行，请按照“蒸汽参数的允许变化范围”之要求进行。2 若机组在各种偏离正常工况条件下运行(如：停止使用给水加热器、再热喷水量大于热平衡所需的量、汽轮机驱动的锅炉给水泵更换为电动泵、用以加热空气的抽汽量低于热平衡计算值等)，会造成变动点下游的主机流量大于设计流量的后果。在这种情况下，若不卸除足够的负荷来防止叶片承载超越设计条件，则最终将导致汽轮机特别是叶片的损坏。在超越设计允许的最大负荷称为“最大允许极限负荷”时，低压缸最后三级的叶片尤易损坏。3 避免机组在低于5%额定负荷下运行。如确有需要，可在下述条件得到满足的情况下，随着主负荷的卸除而不断增加发电机的附加载荷。 再热温度及低压排汽压力的极限值得以维持； 低压缸排汽温度没有超过极限条件；图6-7 汽轮机偏周波运行曲线 所有监视仪表的读数均在允许(报警)限度以内(要特别注意胀差读数。读数迅速或连续变动，需及时采取措施以避免超越允许限度。此措施包括解列或带足够的负荷，以重新建立安全运行的条件)。 汽轮机的偏周波运行为了防止汽轮机叶片可能发生共振，应避免偏周波运行。长时间偏周波运行可能引起过度的振动应力，最终导致叶片产生疲劳裂纹。允许偏周波运行的数值和时间限制如图6-7所示。 汽封用蒸汽1 进入汽轮机汽封内的蒸汽应保持14以上的过热度；2 为了避免转子歪曲，故在盘车装置运行前不得将汽封蒸汽系统投入运行；3 低压缸汽封所用蒸汽温度的下限为121，上限为177，汽封系统的温度控制器必须整定在149。4 为了保护汽封区的转子，使之免受热应力造成的损害，启动或停机时均应将汽封蒸汽温度与转子表面温度间的温差保持在最低限度。在汽封蒸汽温度与转子表面金属温度之间的各种温差下，使转子由于热应力而产生裂纹的估计周期数，如图6-8所示，建议10000周作为允许的周期疲劳容量。5 在热态启动时，若用辅助锅炉来提供汽封用蒸汽，则应保证辅助锅炉供应的蒸汽，其温度与转子温度的最大温差在允许范围以内。 低压排汽及低压缸喷水装置1 当汽轮机汽封尚未充入蒸汽之前，不得开动空气引射泵或真空泵。2 低压缸装有喷水装置。在自控情况下，当转子转速达到2600r/min时，开始喷水，并连续运转，直到负荷达15%时为止。在非自动控制模式期间，若想运作低压缸喷水装置时，可用手控。3 运行人员必须肯定，当汽轮机转速超过盘车转速时，低压缸喷水装置的控制阀处有水到达。4 在低压缸喷水装置停止使用时，低压缸处的蒸汽温度的极限值，在连续运行时为79时报警，短期(15分钟)可为121。如果到达121后温度不能迅速下降，应紧急停机并排除故障。如超过121，也应立即紧急停机并排除故障。5 低压缸装有喷水装置。在自控情况下，当低压缸排汽温度达到80或以上时，开始喷水，并连续运转，直到低压缸排汽温度下降至小于80为止。注意：在使用低压缸排水装置时，高的排汽温度将被消除。然而，高的叶片通道温度可能存在，故需注意背压极限，以防叶片温度达到不可接受的程度。6 在空负荷蒸汽流量，冷凝器绝对压力过低，低压缸喷水装置停止使用的情况下，低压排汽缸预期不会过热。冷凝器绝对压力高将造成过热。若机组被允许处于电机状态，蒸汽流量少于(额定转速下的)空负荷流量，也会造成过热。7 当低压排汽缸的蒸汽温度达到79，运行人员必须通过增加负荷或改进真空度来逐步降低温度。8 在低压缸喷水装置投入使用的场合，如在冷凝器绝对压力高的条件下运行，会使叶片通道内的蒸汽温度升高。在这种条件下运行时，必须注意不使低压汽轮机的转动部件及静止部件之间形成不可接受的胀差或径向膨胀。9 在高的排汽温度下运行时，要特别注意胀差、振动以及轴承金属温度变化等。在低压缸喷水装置停止使用的情况下，可由装在低压缸上的温度计或热电偶测定温度。如低压缸处的蒸汽温度已达到报警79.5时，运行人员尝试用下述任何一种方法来降低温度： 提高真空； 降低再热温度； 在低载情况下，可增加负荷，使之超过15%的额定负荷以上； 如果不在并网条件下，则可将汽轮机降速至暖机转速； 如果已在暖机转速，则可返回至盘车转速； 将低压缸喷水装置投入使用。10 低压缸喷水装置压力调节阀有一旁通阀，此阀只供调节阀失灵或检修时使用。旁通的开启度以足以维持控制水压的计算值为宜。注意：为了防止汽轮机遭受可能的损坏，当汽轮机在不需要使用低压缸喷水装置的条件下运行时，应注意将此阀关闭。11 按“汽轮机控制整定值”中所示的整定值来整定机组的真空跳闸机构。12 真空破坏 当所用的低压缸不止一个时，各缸的真空应该同时破坏。 除了在紧急状态下自动跳闸或停机需在汽轮机主汽阀关闭后破坏真空外，一般的跳闸或停机后仍需维持真空，直到机组惰走至额定转速的10%或处于盘车状态时为止。机组自动跳闸后，如立即开启真空破坏阀，会使低压缸的介质密度突然增加，由制刹作用而导致叶片的损坏。机组跳闸后，如果造成损伤的可能性会因滑行时间的缩短而减少的话，则应立即破坏真空。机组跳闸后需立即破坏真空的意外事件包括(但并不限于)：交流电源电源断路、轴承油压过低、润滑油漏损、汽轮机冷油器的冷却水漏损、推力轴承损坏、汽轮机进水、转动部件和静止部件之间的摩擦现象以及惰走时的过度振动。 在下述条件未得到满足之前，任何转速下均不能破坏真空：A 汽轮机停机；B 汽轮机主汽阀关闭；C 发电机从电网解列；D 汽轮发电机组处于自由惰走状态。 当机组与电网相连而汽轮发电机组的转速由电网决定时，即使主汽阀已经关闭，真空仍不能破坏。这种情况发生在机组处于电机状态。 在机组甩负荷后但仍由调节系统维持转速而带附加负荷的情况下真空不能破坏。在这种情况下，即使发电机与电网脱离，主汽阀也是不关闭的，汽轮发电机组也不处于自由惰走状态。 如汽封蒸汽断路，则汽轮机跳闸，只要上述的条件得到满足后，立即破坏真空。 为了避免冷空气通过加热的汽封和转子进入汽轮机，真空应在汽封蒸汽切断之前先行消除。13 在较低负荷及空负荷额定转速条件下，机组需要充足的背压。这种运行必须按照规程进行。不遵守规定的背压极限，可能会造成叶片损坏或汽轮机转动部件与静止部件之间的摩擦，导致汽轮机部件严重损坏。 进水1 冷水进入热的汽缸会引起摩擦，可能的振动和性能降低。如情况严重，必须延长停机时间，以修复损坏的部件。运行人员必须确保汽轮机的疏水系统以及主蒸汽管、再热热段、再热冷段和抽汽管的疏水系统在机组启动期间要畅通。此外运行人员还必须确保包括给水加热器、锅炉疏水扩容系统以及再热恒温装置在内的电站系统运行正常。2 测定进水的热电偶成对地安装在汽轮机汽缸上(一只在汽缸下部，另一只在汽缸上部)用以检测在选定的温度区内汽缸上、下部的金属温差。汽缸下部与上部的最大允许温差为56，下部温度较低。当温差超过42时就报警。如果温差超过56，应使汽轮机立即跳闸。温差的突然升高说明外缸底部积水，此时应立即检查并打开汽轮机的所有疏水阀。检查所有能使汽轮机进水的电厂系统的运行是否正常，其中包括给水加热器、锅炉疏水扩容器、再热器恒温装置以及来自主蒸汽管、再热热段、再热冷段和抽汽管的疏水系统。注意：如果各种仪表读数正常，亦无其它必须跳闸的征兆，则汽轮机可在56的温差条件下保持运行。这将使运行人员有时间将积水隔离并加以处理，且利用汽轮机的蒸汽热量矫正发生变形的静止部件。但是，最为重要的是：如果温差一旦超过56，则不论其值多大，均应不顾后果地使汽轮机立即跳闸。 疏水阀1 汽轮机所有的疏水阀及对汽轮机安全运行至关重要的其它疏水阀，必须实现下列各点： 在机组停止使用，但汽轮机尚未冷却之前呈开启状态； 在汽轮机启动前及汽封充汽之前呈开启状态； 为了排放汽轮机再热阀上游的疏水，在机组加负荷过程中，直到负荷达10%额定负荷时为止，保持开启状态； 为了排放汽轮机再热阀下游的疏水，在机组载荷达20%额定负荷前保持开启状态； 为了排放汽轮机再热阀下游的疏水，当机组卸载至20%额定载荷时开启，并在20%额定载荷以下保持开启； 为了排放汽轮机再热阀上游的疏水，当机组卸荷至10%额定负荷时开启，并在10%额定载荷以下保持开启。2 在主要疏水阀开启前避免破坏真空，此项规定并不适用于需要立即破坏真空的紧急场合，也不适用于主蒸汽管疏水阀。3 初始启动，当疏水阀开启时，在机组处于盘车状态及随后的每次持速和持载过程中（通常直至额定负荷的10%-20%），要注意查看并记录每根疏水管道上的压力计算计读数。如果任何一根管道的压力超过流入该管道的最低压力源的压力，就应使机组停车，排除故障。 监测仪表1 在机组由盘车速度开始冲转之前，应用手提式千分表在轴承档油圈处侧得转子的晃动度，晃动的双幅值不得大于0.0254毫米。此外，转子偏心率的双幅值不得大于0.0076毫米。2 转子的轴向位置是以止推轴承的名义间隙0.381毫米为标准的。以止推轴承架间隙的中心线为基准，当离开中线的距离（任一方向）达0.889毫米时报警，达1.02毫米时跳闸。必须注意转子位置随时间的变化的情况。3 振动极限（双幅值）如下：0.0076毫米满意。0.125毫米报警（如振动是连续的和不平衡型的，应查明原因）。0.254毫米跳闸或采取其它合适措施（根据具体情况可能是改变负荷及改变转速等）。4 胀差极限胀差的报警值和跳闸值按照“汽轮机控制整定值”随汽轮机的几何形状而改变。5 汽缸膨胀记录仪上没有“报警”或“跳闸”特征。 轴承及油系统1 轴承金属的极限温度（3000/3600r/min） 根据进油温度、油量、轴承尺寸和轴承载荷等不同，汽轮机径向轴承巴氏合金的温度一般在66107之间。报警值整定为107。在大于107运行时，必须小心监视直至找出温度不正常的原因。如轴承金属温度超过113，应使机组跳闸。注意：当轴承温度变化不定时，应立即查明原因。必要时令汽轮机跳闸。检查轴承并进行必要的修理。 推力轴承巴氏合金的温度范围，主要根据轴向载荷的大小而定，从略高于进油温度一直到99。报警整定值为99，跳闸整定值为107。在报警温度与跳闸温度之间运行，应注意监视并找出温度不正常的原因。2 油压极限本机组的轴承油压下限报警值和跳闸值参见“汽轮机控制整定值”。3 油温极限 若油箱的油温低于10，则不得启动由电机驱动的轴承油泵。 油箱内的油温至少达到21时，方可启动盘车装置，21也是汽轮机运行的最低油温。 轴承(汽轮机)的排油温度不得大于82，故报警整定值为77，跳闸整定值为82。 汽轮机运行期间轴承正常的进油温度为3849。当汽轮机启动时，切断冷油器的水源，使油温升至上述范围内。 汽轮机运行时，应使冷油器的切换阀呈开启状，确保备用冷油器充满油，随时投入运行。4 除油雾器 当汽轮发电机组启动并运行时，发电机密封油箱及汽轮机油箱必须投入使用。 除油雾器将气体(氢气和空气)从润滑系统和密封系统中抽出，使整个汽轮机发电机组的润滑和密封系统建立并保持低度负压，防止油雾沿转子外漏至大气。 发电机和励磁机油系统的这些任务是由环状密封油系统的除油雾器来完成的，而汽轮机轴承座、轴承箱、油箱及其它油管道部分的上述任务则由油箱上的除油雾器来完成。 在汽轮机发电机组运行期间，如果除油雾器故障或关闭，一些氢、油气及(或)润滑油有可能经油封圈外泻至汽轮机机房内。在这种情况下，汽轮机发电机组应立即停车，直至油雾分离系统重新恢复使用为止。 备用电源当汽轮机在高于盘车转速的任何转速下运行时，具备一个可靠的备用电源是非常重要的。本汽轮机组提供两台轴承润滑油泵，其中一台交流电机驱动，另一台紧急备用泵由直流电机驱动。在某些紧急情况下，如交流电源断路，为了保证机组安全停机，备用电源的连续供应时间应不少于机组惰走所需的时间。当以蓄电池作为备用电源时，它的容量必须能在惰走期间供应油泵额定功率约为4560分钟。在没有足够的备用电源保证机组在紧急情况下安全停车时，不应启动机组。必须不断监视蓄电池组的情况，以保证安全停机时有足够的直流电源。这些电池很可能在一次依靠直流电惰走过程中或利用直流电源来试验危急设备或系统（诸如直流马达驱动的油泵）而没有自动切断时被用完。直流马达驱动的油泵使蓄电池组承受的载荷是很大的。因此，油泵运行后必须检查直流电源是否充足。注意：当以直流马达驱动的备用油泵及有关的压力开关试验完毕后，必须将油泵切断，然后将开关回复到“自动”位置上。（十一）旁路运行当汽轮机旁路系统运行时，必须遵守以下限制：1 每当电厂旁路系统运行时，汽轮机控制系统必须置于BYPASS ON模式。同样，每当汽轮机控制系统处于BYPASS ON模式时，电厂旁路系统必须启动。2 在同步转速及低负荷时，为防止汽轮机高压缸过热，建议最大冷再热压力为0.828MPa(a) 。3 高压缸排汽温度最高温度报警极限为427。如果高压缸排汽温度达到427极限时，运行人员必须采用下列方法来降低温度： 降低再热压力； 增加负荷。如果高压缸排汽温度达到427，汽轮机将自动被遮断。（十二）其它1 汽轮机主要部件的起吊、所有钢丝绳、花篮螺丝及吊钩必须遵守规定要求。2 所有的蒸汽压力及温度的记录必须齐全。如发现与正常情况有异，就应立即查明原因并予以纠正。特别是在任一定负荷下，如汽轮机各级压力有所变动，则此点尤需注意。3 应保持润滑油系统清洁、无水。经过较长的停机间隙后，水及沉淀物可能沉至油箱底部，因此建议从油箱底部排出少量润滑油。如能将油排出并经过成批处理后再投入系统使用则更佳。4 油的渗漏既不雅观又危险，而且当漏油靠近载有热蒸汽的部件时更会造成危害。因此这种渗漏必须立即加以制止。5 确保每只油封圈的底部及其周围区域清洁和没有尘埃、绝热材料碎片或其它经吸油后会成为燃料或助燃灯芯的碎片，必须清扫的区域包括对中梁、座架、通道、操作平台、基础顶部和位于汽轮机底座、轴承座下的容易积聚碎片的管道。在上述区域内的保温部件（管道及汽缸）应加合适的罩壳，以防保温层吸油。6 每个低压缸两端的轴承座、排汽锥及汽缸底部形成的凹坑内均设有排污口，用以排放污油，这些排污口的接口设于低压汽轮机的底部。排污管应由冷凝器的颈部通出，并在大气压力下与一地沟接通。地沟应防火，因为污油可经排污管排入地沟。为了减少汽轮机着火的危险，轴承壳内的凹坑必须保持清洁、无尘、无碎片，排污管必须保持畅通。应该定期检查各排污口，确保各排污口不被堵塞，而使聚集于这些凹坑内的油和水能迅速地排入管内。为了确保排污口畅通，建议每三个月检查一次。检查的方法系将一加仑清水倒入每个具有排污口的凹坑内，看水是否能迅速排出。六 机组运行限制值、预防措施和试验 监测仪表报警和脱扣整定值1 转子偏心度转子盘车时任一轴承油环处的转子实际分度指示器读数都不应超过0.025mm的总指示器读数。转速增加到600r/min时，调整器轴承座处轴偏心度的报警值是双振幅0.076mm，偏心度应一直观察到600r/min，超过600r/min时则观察振动。2 转子振动下面所示的振动限制值，双振幅（振幅的峰值到峰值）：满意值：0.076mm报警值*：0.127mm脱扣或其它合适的动作*：0.254mm* 如果振动是连续的，有不平衡振型，表明需要重新平衡。特殊情况在严密监视下，汽轮机可以在较大振动水平作短期运行。* 其它合适的动作可以是负荷变化，转速变化等，根据具体情况而定。3 转子轴向位置根据名义的推力轴承间隙0.38mm和预期最大的推力轴承载荷4.13MPa，转子推力盘从推力轴承瓦间的中间位置向任一方向移动0.89mm，就达到了报警限制值。整定脱扣值是从中间位置向任一方向移动1.0mm，如果推力瓦间隙小于或大于0.38mm，按实际值与0.38mm差值的1/2调整报警和脱扣值。4 汽缸膨胀汽缸膨胀没有报警或脱扣限制值，仪器指示的汽缸膨胀值应和以前在运行工况下的读数进行比较。若两者存在较大偏差，就应作出解释。通常在轴承座和台板间的滑动表面上加润滑脂来改变。有时候也需调整轴承座。5 汽缸和转子的差胀整定的报警值和脱扣值随汽轮机结构而变化详见前述有关内容。 轴承温度和压力1 汽轮机金属温度 轴承巴氏合金温度的报警限制值和脱扣限制值决定于轴承类型。对于3000r/min机组上的同种类型的径向滑动轴承温度达90还是正常的，报警值应整定在107，脱扣值113； 可倾瓦径向轴承的温度限制值和上述径向滑动轴承相同； 推力轴承巴氏合金温度达85，是正常的，整定报警值99。整定脱扣值是107。用来测量推力轴承温度的热电偶装在调整器端轴承的两个瓦块中间和发电机端轴承两个瓦中间。这四个瓦块，每块都包括一个中间热电偶和一个前缘热电偶。瓦块中间的温度应用一台打印机的记录仪连续地记录下来。前缘热电偶应加以监视，万一有问题诊断时需要。2 汽轮机油温 如果油箱油温低于10，不允许启动润滑油油泵，当汽轮机盘车