背壓式50MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組啟動(dòng)過程優(yōu)化探討

孫海龍 李豐均 吳剛 趙衛(wèi)正 石家魁

摘? ?要：為了響應(yīng)國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革的要求，50MW背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組數(shù)量逐年增加。某廠一臺(tái)50MW背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，在啟機(jī)過程中振動(dòng)及脹差波動(dòng)大，并最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子塑性彎曲、軸封磨損等嚴(yán)重問題。針對上述問題，結(jié)合熱力分析以及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，從啟機(jī)過程優(yōu)化方面提出了相應(yīng)的整改措施，并制定了一系列的運(yùn)行控制邊界條件。本文對該等級(jí)背壓機(jī)組的啟動(dòng)過程優(yōu)化具有重要的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：50MW背壓機(jī)組? 啟機(jī)沖轉(zhuǎn)? 汽缸形變? 轉(zhuǎn)子彎曲? 暖機(jī)方式

中圖分類號(hào)：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（a）-0116-03

Abstract： In response to the requirements of the national industrial structure reform， the number of 50MW back-pressure combined heat and power units has increased year by year. A 50MW back-pressure cogeneration unit in a plant has large fluctuations in vibration and expansion during the start-up process， and eventually leads to serious problems such as plastic bending of the rotor and wear of the shaft seal. In view of the above problems， combined with thermal analysis and operational experience， the corresponding rectification measures were proposed from the optimization of the start-up process， and a series of operational control boundary conditions were formulated. This paper has important reference significance for the optimization of the starting process of the back pressure unit.

Key Words： 50MW back pressure unit; Starting and turning; Cylinder deformation; Rotor bending

背壓式50MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，對促進(jìn)節(jié)能降耗和環(huán)境改善、助力地方經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型具有重要意義。當(dāng)前，有不少學(xué)者對50MW級(jí)別機(jī)組的安全高效運(yùn)行問題進(jìn)行了研究分析。文獻(xiàn)[1]指出：對50MW汽輪機(jī)而言，在啟動(dòng)升速、帶負(fù)荷過程中操作不當(dāng)往往會(huì)引起振動(dòng)異常;以某自備電廠2×50MW機(jī)組為例，通過硬件調(diào)整和規(guī)范運(yùn)行人員操作相結(jié)合的策略解決此類問題。文獻(xiàn)[2]總結(jié)了50MW凝汽式汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中脹差增大的原因，主要從軸封供汽溫度、時(shí)間方面提出了優(yōu)化策略。文獻(xiàn)[3]提出解決50MW機(jī)組異常振動(dòng)問題可以通過提高轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡質(zhì)量的方法，但動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)需考慮機(jī)組膨脹不暢。文獻(xiàn)[4]利用在線監(jiān)測系統(tǒng)解決了背壓機(jī)組的汽封碰磨故障監(jiān)測難的問題并利用針對性檢修減少了此類問題的發(fā)生。文獻(xiàn)[5]提出一種利用排汽倒灌方式啟機(jī)的方法，縮短了背壓式汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)間。

綜上所述，現(xiàn)有研究幾乎都圍繞50MW凝汽式機(jī)組熱力分析、振動(dòng)診斷方面以及通過增加監(jiān)視啟機(jī)過程熱力分布等方面展開。因此，本文根據(jù)機(jī)組多次啟機(jī)經(jīng)驗(yàn)以及此次事故處理過程進(jìn)行了啟動(dòng)過程優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1? 故障現(xiàn)象概述

1.1 機(jī)組概況

某廠#4機(jī)組為杭州汽輪機(jī)廠產(chǎn);50MW級(jí)別抽背式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。汽缸為分缸，雙層缸結(jié)構(gòu)，其高壓進(jìn)汽持環(huán)內(nèi)包含平衡活塞，調(diào)節(jié)級(jí)葉片以及部分壓力級(jí)葉片。缸體較為龐大，且缸壁較厚，熱容量較大，內(nèi)部流場復(fù)雜，現(xiàn)有測點(diǎn)不能正確反映真實(shí)的金屬溫度。汽缸共有4個(gè)溫度測點(diǎn)，均為外缸內(nèi)壁溫度測點(diǎn)，無法真實(shí)反映機(jī)組內(nèi)缸運(yùn)行溫度，且測點(diǎn)均分布在高壓進(jìn)汽持環(huán)側(cè)，無法全面反映汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中的溫度場分布，尤其是排汽缸側(cè)無溫度測點(diǎn)，機(jī)組啟動(dòng)缺乏有效的監(jiān)控手段。

1.2 故障簡述

機(jī)組于2月18日10：28首次暖機(jī)，沖轉(zhuǎn)，初始參數(shù)見下表1。12∶29轉(zhuǎn)速升至2500轉(zhuǎn)，脹差達(dá)到6.5mm，運(yùn)行人員手動(dòng)打閘。停機(jī)時(shí)相關(guān)參數(shù)詳見表1。

21：40進(jìn)行二次沖轉(zhuǎn)，初始參數(shù)見表2。2：34汽輪機(jī)負(fù)荷上升至31.4MW時(shí)（調(diào)門開度不變，主蒸汽壓力上升），2X，2Y振動(dòng)快速爬升。2：40汽輪機(jī)2X、2Y振動(dòng)值達(dá)到跳機(jī)值，機(jī)組ETS保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。跳閘時(shí)重要參數(shù)詳見表2。

2? 故障分析過程

2瓦軸振超過跳機(jī)值從而ETS保護(hù)動(dòng)作是本次跳機(jī)主要原因。因就地聽到異常碰磨聲音調(diào)取本次停機(jī)歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)惰走時(shí)間僅為8min。本廠其他相同型號(hào)機(jī)組正常停機(jī)惰走時(shí)間一般為30min左右，惰走時(shí)間明顯偏短。懷疑產(chǎn)生動(dòng)靜碰磨問題導(dǎo)致轉(zhuǎn)子惰走阻力增大，惰走時(shí)間縮短。判斷動(dòng)靜碰磨可能為振動(dòng)超過跳機(jī)值主要誘因。

通過調(diào)取歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，惰走結(jié)束后盤車過程中軸偏心仍呈現(xiàn)大幅上下波動(dòng)狀態(tài)。且數(shù)值遠(yuǎn)超過沖轉(zhuǎn)前數(shù)據(jù)，最大可達(dá)滿量程200μm。通過間隙電壓測量目前偏心數(shù)據(jù)約為370μm，據(jù)此可以初步判斷轉(zhuǎn)子出現(xiàn)塑性形變，導(dǎo)致汽輪機(jī)動(dòng)靜部分間隙變小而發(fā)生碰磨，#2瓦軸振超過跳機(jī)值，引發(fā)保護(hù)動(dòng)作。

2月25日對汽輪機(jī)軸頭跳動(dòng)值進(jìn)行了手動(dòng)測量，測得軸頭最大跳動(dòng)值0.24mm，基本可以斷定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生塑性變形，采取靜力直軸補(bǔ)救措施無效。經(jīng)協(xié)商后決定進(jìn)行開缸處理。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子于3月2號(hào)順利起吊，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)平衡鼓，前軸封等處的左側(cè)汽封齒磨損嚴(yán)重，前內(nèi)軸封處有過熱現(xiàn)象詳見圖1。

轉(zhuǎn)子進(jìn)行返廠處理，對轉(zhuǎn)子彎曲進(jìn)行了復(fù)測，測得轉(zhuǎn)子最大跳動(dòng)值為0.22mm，位于軸頭位置，確定轉(zhuǎn)子出現(xiàn)塑性形變。檢查滑銷系統(tǒng)并未發(fā)現(xiàn)卡澀問題，排除滑銷卡澀導(dǎo)致汽缸膨脹不暢的可能性。由于該機(jī)型滑銷系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為薄弱，缸體存在微幅偏擺問題。但本廠其它同類型、等級(jí)機(jī)組歷次啟停機(jī)均有此類問題，不足以造成轉(zhuǎn)子彎曲，為次要原因。且本次沖轉(zhuǎn)暖機(jī)完全符合汽輪機(jī)廠啟動(dòng)曲線要求。最后并網(wǎng)前的各項(xiàng)參數(shù)均符合汽輪機(jī)廠要求的并網(wǎng)參數(shù)要求，但在并網(wǎng)后仍然發(fā)生了振動(dòng)超標(biāo)的現(xiàn)象。

至此本次故障主要原因基本明確，由于啟機(jī)過程設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致沖轉(zhuǎn)階段汽輪機(jī)汽缸膨脹緩慢，脹差快速上升，內(nèi)側(cè)汽封與轉(zhuǎn)子的間隙變小，造成動(dòng)靜碰磨。最終導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)停機(jī)。

3? 整改措施

通過對多臺(tái)同等級(jí)、同類型機(jī)組多次啟機(jī)過程進(jìn)行總結(jié)分析，綜合考慮，找到以下相對安全、穩(wěn)定的啟機(jī)方式。通過優(yōu)化整體啟機(jī)過程;規(guī)范操作、制定邊界條件、加強(qiáng)各參數(shù)監(jiān)管力度，為后續(xù)啟機(jī)計(jì)劃制定了全套操作流程。

（1）控制機(jī)組啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)，冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，若鍋爐及主蒸汽母管滿足單元制條件，則按聯(lián)合汽輪機(jī)廠家新定最低啟動(dòng)參數(shù)控制，熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)嚴(yán)格控制負(fù)差脹。

（2）充分暖機(jī)，控制好暖機(jī)時(shí)間，及時(shí)疏水，投入疏水子回路控制，每間隔30min對相應(yīng)疏水門進(jìn)行測溫，確保疏水系統(tǒng)保持通暢。

（3）汽機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，及時(shí)調(diào)整主機(jī)軸封壓力，保證軸封疏水正常。必須保持汽缸各疏水點(diǎn)壓力大于疏水?dāng)U容器壓力;（注意控制汽機(jī)房疏水?dāng)U容器、本體疏水?dāng)U容器水位至最低。開啟汽機(jī)本體及抽汽管道疏水前，注意控制主蒸汽疏水量，減少不必要的主蒸汽疏水，防止高壓疏水進(jìn)入汽機(jī)房疏水?dāng)U容器、本體疏水?dāng)U容器，導(dǎo)致積水或蒸汽返回至汽機(jī)本體）。

（4）機(jī)組并網(wǎng)后，進(jìn)行背壓切換時(shí)，控制機(jī)組排汽溫度變化≤10℃/min（多次啟機(jī)經(jīng)驗(yàn)值），并加強(qiáng)軸位移、推力瓦溫、振動(dòng)監(jiān)視。

（5）多次啟機(jī)數(shù)據(jù)證明：與凝汽式機(jī)組的低負(fù)荷暖缸控制脹差的方式不同，50MW背壓式機(jī)組并網(wǎng)后，低負(fù)荷運(yùn)行脹差逐漸增大，且排汽溫度會(huì)快速上升。需通過提高負(fù)荷來控制機(jī)組脹差，但提高負(fù)荷速度不可過快，且必須確保機(jī)組上下缸溫大于400℃，且上下缸溫和左右缸溫差值小于50℃方能逐步增加負(fù)荷。

轉(zhuǎn)子檢修完畢后，依據(jù)上述方式進(jìn)行合理暖缸、嚴(yán)格執(zhí)行制定的邊界條件、加強(qiáng)重要參數(shù)監(jiān)管力度等一系列啟機(jī)過程優(yōu)化策略使機(jī)組順利啟機(jī)并網(wǎng)，全程無安全問題出現(xiàn)。

4? 結(jié)語

本文針對背壓式50MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組啟機(jī)過程優(yōu)化策略進(jìn)行探討，結(jié)論如下。

（1）50MW背壓級(jí)別機(jī)組啟機(jī)過程設(shè)計(jì)不合理，可能造成軸振增大等安全隱患，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)動(dòng)靜碰磨故障。

（2）啟機(jī)軸振突增、引發(fā)跳機(jī)問題在50MW級(jí)別背壓機(jī)組中十分常見，大多通過調(diào)整硬件的手段來解決;實(shí)際上，通過優(yōu)化啟機(jī)過程，制定合理運(yùn)行控制邊界條件等“軟調(diào)整”的手段也可達(dá)到同樣效果;

（3）“軟調(diào)整”手段具有費(fèi)用低、效果顯著的優(yōu)勢，利于培養(yǎng)運(yùn)行人員規(guī)范性操作，適用面更廣。

本文對于同類型級(jí)別背壓組優(yōu)化啟機(jī)過程具有重大借鑒意義。

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