汽轮机热态启动的危险点浅析

汽轮机热态启动的危险点浅析机组的启动是机组运行过程中重要阶段，存在很多的风险。结合2012年11月05日内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司发生因雨雪天气导致线路故障跳闸后5号机组的实际启动过程，了解机组启动状态的分类，掌握机组热态启动的注意事项，分析机组热态启动过程的重要参数变化情况、危险点和采取的措施，合理控制机组升温升压率、金属温升率及升负荷速率，加强对汽轮机重要参数的监视和控制，使汽轮机能够安全、稳定、快速地启动。标签：风险；汽轮机；启动；热态；重要参数；安全引言机组启动是机组运行过程中一个重要阶段，也是机组最危险、最不利的运行工况，其中很大一部分原因在于机组各部件受热不均匀，使各部件温差、胀差、热应力和热变形等超出了允许的范围，若操作不当会导致汽轮机动静摩擦，甚至导致大轴永久弯曲。为了保证单元机组安全、稳定、快速地启动，必须对其启动特点有所了解。1系统概述1.1主设备概述托克托县，位于内蒙古自治区中部、大青山南麓、黄河上中游分界处北岸的土默川平原上。托电5号机组为600MW空冷汽轮发电机组，汽轮机为东方汽轮机厂生产制造，型号为NZK600-16.7/538/538型，型式为亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式。发变组采用单元接线方式，发电机通过主变升压至500kV，接线方式为3/2接线，四回送出线路，即：托源一～四线，终点分别在北京安定变电站和河北霸州变电站，中间在浑源设有一开关站。1.2機组启动状态分类2汽轮机的热态启动应当注意的几个问题2.1上下汽缸温差是汽轮机热态启动时常见的问题，也是必须正确处理的问题。高压汽轮机金属温度在从高温状态逐渐冷却的过程中，由于下汽缸比上汽缸冷却得快，上下汽缸将出现较大的温差，使汽缸产生“猫拱背”变形。这将使调节级段下部的动静部分的径向间隙减少甚至消失。所以热态启动应对上下汽缸温差作出明确规定，并严格控制。一般规定调节级处上下汽缸温差不得超过50℃。2.2停机后由于上、下缸存在温差，如果盘车装置使用不当，将会使转子径向产生温差，从而使转子发生弯曲，弯曲最大处往往也在调节级处，并且转子弯曲最大的时刻也几乎是上下汽缸温差最大和汽缸变形最大的时刻。这样，转子的弯曲加上汽缸的变形，势必造成转子在旋转时动静部分发生摩擦，摩擦产生热量，使转子的弯曲又增大，而弯曲的增大又加剧摩擦。转子弯曲后，其重心与旋转中心发生偏离，因而随转速的升高振动越来越大。这样摩擦、弯曲、振动的恶性循环，将会导致汽轮机大轴的永久性弯曲。2.3冲转前连续盘车不少于4h，以消除转子临时产生的热弯曲。在连续盘车时间内，应尽量避免盘车中断，如果中断，则每中断1min应延长10min的盘车时间且最多不能中断10min。当高压缸内壁温度在350℃以上时，盘车停止不得超过3min，并且每停止1min就要多盘10min。在整个盘车时间内不可停止供油。经过盘车确认大轴的挠度达到正常值后方可冲转，否则应延长盘车时间。2.4启动过程中，轴封是受热冲击最严重的部件之一，特别是在热态启动时，轴封处的转子温度很高，一般只比调节级处汽缸温度低30～40℃，如果轴封供汽温度与金属温度得不到良好的匹配或大量低温蒸汽通过轴封段吸入汽缸时，它不仅将在转子上引起较大的热应力，而且将使轴封段转子收缩，引起前几级轴向间隙减少，故热态启动时应先送轴封汽后抽真空。这是热态启动与冷态启动在操作方面的主要区别之一。在轴封供汽前应充分暖管疏水，使轴封供汽温度尽量与金属温度相匹配，并有一定的过热度。2.5热态启动时凝汽器真空应适当的保持高一些，因为主蒸汽和再热蒸汽的疏水都是通过扩容器排至凝汽器的，真空维持高一些可以使疏水更加畅通。但真空过高又可能会因为主汽门和调速汽门漏汽而使汽缸受到冷却，或在暖管时自行冲动转子，所以必须引起运行人员注意。2.6热态启动时因启动时间短，应严格监视振动，如果突然发生较大的振动，必须立即打闸停机，转入盘车状态。绝对不允许降速暖机或等待观望拖延时间，以免扩大事故。只有消除引起振动的原因后，才允许重新启动汽轮机。热态启动时，冷油器出口油温不得低于规定值，由于机组升速快，油温低会使油膜不稳定。3机组启动实际过程2012年11月03日源霸Ⅰ、Ⅱ线均跳闸，11月05日源安Ⅰ线跳闸，仅剩源安Ⅱ线运行。迅速降4、8号机组负荷至300MW运行，其他机组（1、2、3、5号机）均打闸停机。5号机状态：A磨煤机等离子状态运行，送、引风机和一次风机均运行正常，汽轮机处于盘车状态（>4h），缸温425℃，真空-72.5KPa，高、低旁路系统投入运行，A、B小机停运，发电机解列，厂用电切至高备变带，发变组系统热备用。16：39：05启动A、B汽泵前置泵，辅汽汽源至B小机供汽投入，小机投轴封抽真空，辅汽冲B小机，升转速至800rpm暖机备用；17：53：28启C磨，火检稳定后退油枪；18：15：02汽轮机挂闸冲转（冲转参数：主汽压力11.087MPa，主汽温度511.8℃，再热汽压1.213MPa，再热汽温503℃，真空-73KPa），就地检查盘车装置自动脱扣正常，停盘车电机，拉开控制箱内动力电源，低加随机滑启；18：23：35汽轮机转速2500rpm，检查顶轴油泵联停；18：25：05汽轮机转速3000rpm定速，停运MSP、TOP，润滑油压正常，整个冲转升速过程主机1-9号轴承振动平稳，无异常突变现象；18：38：35发电机启励并网，初负荷16MW，升负荷至60MW；18：48：035号机切缸，切缸完成后负荷100MW，逐步投入高加；18：53：55厂用电快切由备用电源切换至工作电源，检查各用户无异常跳闸现象；20：24：28负荷400MW，协调方式投入AGC。4启动过程中的危险点分析和采取的措施4.1汽轮机冲转前，开启各抽汽管道上的疏水门，必须保证主、再热蒸汽管道、导汽管疏水阀已连续疏水不少于5min，并且确保疏水畅通。疏水点有：（A）高排逆止门前疏水门，冷再母管疏水门（B）主蒸汽母管疏水门，1、2号主汽门前疏水门（C）热再母管疏水门，1、2号中联门前疏水门（D）热再至低旁母管疏水门、低旁前疏水门（E）1、2号主汽门下阀座疏水门（F）1、2号中联门下阀座疏水门（G）高调门导管疏水门。就地确认所有疏水门均已开启，所有疏水管路的温度测点显示均已达到100-400℃，唯主蒸汽母管疏水门温度在70℃右变化。假如在疏水不畅的情况下进行冲转，管道中的凝结水进入汽轮机将造成水冲击，可能造成动静部分摩擦、叶片的损伤及断落、推力瓦烧损等严重设备损坏事故，所以必须彻查其原因。通过检查发现疏水温度测点脱落，未与管道直接连接，而是在附在保温棉上，所测温度不准确，实际测量管路温度已上升。4.2轴封是热态启机中重点关注的点。机组轴封汽源设有两路：辅汽联箱供汽和主汽系统供汽。冷态启动由辅汽供轴封，热态启动时，主汽过热度大于50℃，由主汽供轴封，锅炉点火后主汽温度保持在480℃以上，满足供轴封条件，汽缸温度425℃，轴封母管温度也保持在300℃以上。4.3由于线路恢复后要求机组迅速启动，5号机组存在的左侧中压调门不严缺陷未能处理。机组正常启动方式为中压缸启动，汽轮机挂闸后高、中压主汽阀全部开启，相当于已经有少量蒸汽通过左侧中压主汽阀和不严的左侧中压调门进入中压缸，导致转速突然上升虽不至于转速突升太多，但是存在较大的风险，根据领导和专业人员的共同研究和商议后，因停机时已确认左侧中压主汽阀严密，冲转汽轮机前强制汽轮机挂闸后左侧中压主汽阀全开逻辑条件，保持左侧中压主汽阀关闭，待转速升至600rpm左右时再行开启，使转速在可控范围内提升，不致于转速波动过大。4.4空冷岛防冻。托克托县处于北方地区，冬季受蒙古冷高压控制，严寒且漫长。空冷系统进入冬季运行时，因启机初期进入空冷岛的汽量较少，调节不当易出现空冷换热管束冻结甚至发展为大面积冻结，直接影响机组安全经济运行，所以升温升压至1.0MPa时，开启两排散热器进汽蝶阀及抽空气门，当真空达76kPa以上时，开启主、再热汽疏水及高低压旁路向空冷岛供汽，随着进入空冷岛排汽量的增加，根据真空情况逐渐投入其它排散热器运行。4.5真空调节。直接空冷系统启机过程中的真空调节主要依靠投入空冷散热器的数量、空冷风机的频率调节，此外受环境温度和风向影响很大，托克托县大风日数较多，变化幅度较大，启机初期蒸汽流量较小，排汽缸温度较高，另外真空下降会推进这个趋势，因此必须特别注意对机组真空的监视，将其控制在64.4～74.4KPa的范围内。4.6控制蒸汽的过热度。如果蒸汽的过热度低，在起动过程中，由于前几级温度降低过大，后几级温度有可能低到此级压力下的饱和温度，变为湿蒸汽。蒸汽带水对叶片的危害极大，所以在启动过程中蒸汽的过热度要控制在50～100℃较为安全。整个机组启动过程中主再热汽温基本控制在500℃左右，未出现大幅度波动，过热度保持150℃以上。4.7实际启动曲线：5总结热态启动中除做好冷态启动前防弯曲措施外，还应注意以下工作：热态启动，应先向轴封供汽后抽真空；各主蒸汽、再热蒸汽、轴封供汽管道应暖管充分，加强疏水是热态启动防进水的关键；调节系统充分提前运行排出空气：因为冲转过程调门大幅变化，不易控制转速，并引起锅炉参数不稳定，造成蒸汽带水；合理选择冲转参数：主再热蒸汽温度高于汽缸最高温度50-100℃，并有80-100℃过热度；轴封供汽温度应与金属温度相适应，减少温差产生的局部热应力，必须充分疏水并在连续盘车时才能投入轴封供汽；热态启动前连续盘车不少于4小时，若盘车中断应重新计时，加强振动监视，因为热态汽轮机各部件温差大，容易发生摩擦，进而引起振动；启动前，启动班组应详细了解上次停机综合情况，并向每个操作人员说明，做好预想；将上次停机曲线与正常曲线比较，若有异常应认真分析，查明原因，采取措施处理。6结束语随着科学技术的发展，运行经验的积累，在汽轮机热态启动的措施将会越来越完善。严格执行二十五项反措和相关运行规程的规定，热态启动中重视低负荷充分暖机，升负荷过程中控制好升温升压率、金属