汽轮机投抽汽后负胀差增大超标的原因分析及处理

摘要: 简要介绍了邯钢新区自备电厂60MW汽轮机第一次投抽汽后负胀差增大超标跳闸停机后,对汽轮机负胀差增大的原因进行了综合分析,并采取了相应的控制措施,确保了汽轮机第二次投抽汽的成功。

关键词: 汽轮机;负胀差;抽汽

1 前言

邯钢新区自备电厂的装机容量为3×60MW,属于热电联产机组,除正常发电外,还担负着向新区全厂供应1.0MPa低压生产蒸汽的任务。三台汽轮机为抽汽凝汽式汽轮机,均是由哈尔滨汽轮机厂于2007年生产制造的。1#、2#汽轮机发电分别于2009年5月份和6月份投产。在汽轮机发电投产之前,新区全厂的1.0MPa低压生产蒸汽一直由锅炉经过减温减压装置对外供汽。由于减温减压经常出现故障,影响生产,所以在1#、2#汽轮机并网发电运行正常后,决定采用汽轮机抽汽对外供汽,减温减压装置作为热备用。

2009年6月13日下午16点10分,1#汽轮机第一次投抽汽外供蒸汽。16点50分真空突然下降,从-87kPa降到-68kPa,开两台射水泵维持真空到-70kPa,怀疑运行的抽汽器有问题了,倒换抽汽器后没有任何效果。真空系统查漏没有查出来,于是就维持运行。2009年6月14日上午11点,1#汽轮机由于汽轮机负胀差大超标跳闸停机。

1#汽轮机跳闸后,我们对于投抽汽后负胀差逐渐增大超标跳闸停机的原因进行了综合分析,研究了影响汽轮机胀差的因素,采取了相应的控制措施。于2009年7月3日,分别对1#、2#汽轮机投上抽汽并汽共同对外供汽,成功控制住了负胀差,保证了汽轮机的长期安全稳定运行,建立了邯钢新区全厂1.0MPa低压生产蒸汽稳定供应的新格局。

2 影响胀差的主要因素

2.1胀差的定义

汽缸和转子受蒸汽加热后,随着金属温度的升高,都会膨胀,但转子和汽缸由于重量和受热面积的不同,所以膨胀值也不同。转子与汽缸沿轴向膨胀之差值,称为转子与汽缸的相对膨胀胀差,简称胀差。习惯上规定:当转子轴向膨胀值大于汽缸的轴向膨胀值时,胀差为正;反之为负。胀差的大小表明了汽轮机轴向动静间隙的变化情况。转子的相对胀差过大,会使动、静轴向间隙消失而产生摩擦,造成转子弯曲,引起机组振动,甚至出现重大事故。

2.2影响胀差的主要因素

(1)凝汽器真空的影响:当凝汽器的真空降低时,欲保持机组转速不变或负荷不变,必须增加进汽量,使高压转子受热加快,高压转子的正胀差值随之增大,由于进汽量的增大,中低压缸鼓风摩擦产生的热量容易被蒸汽带走,因而转子被加热的程度减小,正胀差减小,同时由于凝汽器真空降低,排汽缸的温度升高,这样低压缸的膨胀就增大,正胀差也会减小。当凝汽器的真空升高时,胀差的变化正好相反。

(2)轴封供汽温度的影响:由于轴封供汽直接送至汽轮机各转子的两端,所以供汽温度直接影响转子的伸缩,而对汽缸的膨胀影响较小。

(3)进汽参数影响:当进汽参数发生变化时,首先对转子受热状态发生影响,而对汽缸的影响要滞后一段时间,这样也会引起胀差变化,而且参数变化速度越快,影响越大。因此,在汽轮机启停过程中,控制蒸汽温度和流量变化速度,就可以达到控制差胀的目的。主蒸汽温升和温降速度,是控制胀差最基本也是最有效的手段,因为胀差产生的原因是汽缸和转子存在着温差,蒸汽温升或温降速度小,那么汽缸和转子之间的温差也就小,胀差也就小。

(4)汽缸法兰和螺栓加热装置的影响:汽缸水平法兰在升速过程中温度比汽缸要低,阻碍汽缸膨胀,引起胀差增加。为了使汽轮机汽缸和转子同步膨胀,一般使用法兰、螺栓加热装置。合理地投用法兰、螺栓加热装置就可以达到控制胀差的目的。

(5)转速的影响:泊桑效应也就是汽轮机的轴在转速增加的时候,受到离心力的作用,而变粗,变短.转速减小的时候,而变细,变长。

(6)滑销系统的影响:在运行中,必须加强对汽缸绝对膨胀的监视,防止左右侧膨胀不均以及卡涩造成的动静部分摩擦事故。

(7)汽缸保温和疏水的影响:汽缸保温不好,会造成汽缸温度分布不均且偏低,从而影响汽缸的充分膨胀,使汽机膨胀差增大;疏水不畅可能造成下缸温度偏低,影响汽缸膨胀,并容易引起汽缸变形,从而导致相对胀差的改变。

启动时,一般应用加热装置来控制汽缸的膨胀量,而转子主要依靠汽轮机的进汽温度和流量以及轴封汽的温度和流量来控制转子的膨胀量。启动时胀差一般向正方向发展。汽轮机在停用时,随着负荷、转速的降低,转子冷却比汽缸快,所以胀差一般向负方向发展,特别是滑参数停机时尤其严重,必须采用汽加热装置向汽缸夹层和法兰通以冷却蒸汽,以免胀差保护动作。汽轮机转子停止转动后,负胀差可能会更加发展,为此应当维持一定温度的轴封蒸汽,以免造成恶果。

2.3负胀差增大的原因

(1)真空急剧下降,排汽缸温度上升,使负胀差增大。

(2)轴封汽温度太低。

(3)负荷迅速下降或突然甩负荷。

(4)主蒸汽温度骤减或启动时的进汽温度低于金属温度。

(5)发生水冲击,或蒸汽温度太低。

(6)轴向位移变化。

(7)轴承油温太低。

(8)空负荷或低负荷运行时间太长。

(9)汽缸夹、法兰加热装置加热过度。

(10)停机过程中用轴封蒸汽冷却汽轮机速度太快。

(11)启动中转速突升,由于转子在离心力的作用下轴向尺寸缩小,尤其低差变化明显。

3 汽轮机投抽汽后负胀差增大的原因分析

综合以上分析,2009年6月13日,1#汽轮机投抽汽后负胀差逐渐增大超标跳闸停机,主要有以下几方面原因。

(1)真空出现急剧下降,并且真空维持太低。投抽汽后,真空出现了急剧下降,后来虽然采取应急措施,启动两台射水泵维持真空到-70kPa,但是由于真空维持太低,使排汽缸的温度升高,这样低压缸的膨胀就增大,这是造成负胀差逐渐增大的一个主要原因。

(2)外网蒸汽用量不稳定,频繁的突然增加和减少。投抽汽后,由于外网蒸汽用量不稳定,抽汽流量变化较大且频繁,外送蒸汽流量最高100t/h,最低50t/h。这样由于抽汽流量的突然增加,为了保持电负荷的稳定,汽轮机调速汽门自动开大,增加汽轮机的进汽量,由于进汽量的增大,中低压缸鼓风摩擦产生的热量容易被蒸汽带走,因而转子被加热的程度减小,从而导致正胀差减小,负胀差逐渐增大。同时,又由于抽汽流量的突然增加,引起进入抽汽后的汽缸蒸汽流量减少,造成转子的冷却,从而引起负胀差的不断增加。所以,外网蒸汽用量的突然增加和突然减少,也是造成负胀差逐渐增大的另外一个主要原因。

(3)均压箱蒸汽温度较低。投抽汽后,均压箱蒸汽温度维持较低,在负胀差逐渐增大时,没有及时的提高均压箱蒸汽温度来加热转子。这也是造成负胀差逐渐增大的另外一个原因。

4 汽轮机投抽汽后负胀差的控制措施

在对于1#汽轮机投抽汽后负胀差逐渐增大超标跳闸停机的原因,进行了综合分析后,针对上述分析原因,通过采取以下措施,于2009年7月3日,分别对1#、2#汽轮机投上抽汽,成功控制住了负胀差,保证了汽轮机的安全稳定运行。

(1)维持凝汽器较高真空。一是对真空系统查漏,1#汽轮机真空系统查出有一个法兰垫坏泄漏,解释了1#汽轮机投抽汽后为什么会真空突然下降。二是靠提高均压箱压力的方法来提高真空,压力以后汽封稍微冒汽为标准。

(2)提高均压箱温度。靠提高均压箱蒸汽温度加热转子的方法来控制汽轮机的负胀差,均压箱温度的提高以各轴瓦振动不上升为标准。

(3)减少抽汽流量频繁的突然增加和减少。一是要求外网蒸汽用量尽量避免频繁的突然增加和减少。二是1#2#汽轮机抽汽并汽同时对外供汽,以缓解外网蒸汽频繁的突然增加和减少对单台汽机的影响。

(4)尽量提高电负荷,以减少抽汽流量在整个汽轮机进汽流量中的比重。

5 结论

对于负胀差的控制,确保了邯钢新区1#2#汽轮机投抽汽的成功,结束了邯钢新区全厂1.0MPa低压生产蒸汽长达半年的供应紧张局面,建立了邯钢新区全厂1.0MPa低压生产蒸汽稳定供应的新格局。60MW抽汽凝汽式汽轮机属于高温高压机组,不同于中温中压机组,对于我们来说属于首次接触,运行和维护上的知识和经验还有待于进一步学习和提高。

参考文献:

[1]任宏. C12-8.83/3.82型汽轮机组负胀差超限原因分析及处理[J].四川电力技术. 2009,(3):32.

[2]杨锦波.韶关发电厂10号机组高中压缸负胀差大的原因分析及处理[J].广东电力.2005,(6):18.