汽輪機起動過程控制研究

梁 賀 劉漢譜 許 磊 林 智

中國石油天然氣第一建設(shè)有限公司 河南洛陽 471000

汽輪機組系統(tǒng)龐大，需要機械、電氣、儀表、管道、潤滑油系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)等多方面協(xié)同才能正常起動、運行。

1 機體受熱

汽輪機起動、停機過程中，汽缸和轉(zhuǎn)子由于受熱條件、材料、質(zhì)量等因素的不同，使得其軸向熱膨脹不相同，兩者熱膨脹量之差稱為差脹。起動過程中，汽缸在高溫蒸汽影響下，以死點（在排汽端）為基準沿軸線向前膨脹，與此同時，作為轉(zhuǎn)子軸向定位支點的前軸承座或推力軸承支座也隨之向前位移。由于轉(zhuǎn)子的通流部分被蒸汽包圍，加之轉(zhuǎn)子質(zhì)量遠小于汽缸質(zhì)量，轉(zhuǎn)子溫度升高比汽缸快，轉(zhuǎn)子沿軸線方向伸長量大于汽缸熱膨脹量，且轉(zhuǎn)子熱脹方向與汽熱脹方向相反，這時差脹為正差脹，而停機過程中汽缸與轉(zhuǎn)子的差脹為負差脹。差脹如達到規(guī)定的極限值，表明動、靜軸向間隙小于要求的最小間隙。對汽輪機與被驅(qū)動機之間配用剛性聯(lián)軸器的機組，差脹值過大有可能使被驅(qū)動機動、靜體軸向間隙改變超出限定范圍，倘若動、靜體發(fā)生碰擦，會造成設(shè)備損壞事故。

汽輪機起動時，進汽參數(shù)可選擇定參數(shù)或變參數(shù)，前者是整個起動過程進汽壓力、溫度為額定值；后者起動過程中蒸汽壓力、溫度逐漸變化。采用變參數(shù)起動時，初始階段用壓力較低且有50℃以上過熱度蒸汽沖轉(zhuǎn)汽輪機，以后逐漸提升蒸汽壓力、溫度直至達到額定值。如操作條件允許，盡可能采用變參數(shù)起動。這是因為用有一定過熱度的低壓蒸汽起動汽輪機，構(gòu)件溫度變化速度較平緩，不致產(chǎn)生過大溫差和熱應(yīng)力，且起動時間相對縮短。汽輪機熱態(tài)起動時，進汽溫度必須高于汽缸溫度。

2 儀表監(jiān)視

（1）汽缸熱膨脹指示器裝在汽輪機前支座，由指針直接指示汽缸的絕對膨脹量，由運行人員就地監(jiān)測。正常情況下，汽輪機滑銷系統(tǒng)能保證汽缸有導向的自由熱膨脹，指示器指針的移動是連續(xù)的。但如安裝時調(diào)整不當，起動過程中某處滑銷卡澀，則指針移動出現(xiàn)滯止或突跳，同時振動也會增大，這種情況下一般先降速穩(wěn)定一段時間進行觀察，若仍無改善必須停機處理。

（2）汽缸絕對膨脹儀：由傳感器、前置器、指示儀等組成，可在控制室監(jiān)測汽缸熱膨脹。

（3）差脹監(jiān)測儀：由傳感器、前置器、顯示儀、繼電器模塊等組成，用以監(jiān)測汽缸與轉(zhuǎn)子的差脹。除正常差脹值顯示外，還有警告報警和危險報警兩個報警點，當差脹達到設(shè)定的極限值分別發(fā)出報警或停機信號。

（4）偏心監(jiān)測儀：BENTLY 公司的偏心監(jiān)測儀是以微處理機為基礎(chǔ)的監(jiān)測器，用以指示轉(zhuǎn)子彎曲的幅度，從而判斷是否可以正常起動。

（5）汽缸溫度監(jiān)控儀：用熱電偶分別測量汽缸上、下半溫度，通過計算機處理得出汽缸上、下半溫差。當溫差達到允許溫差限定值時發(fā)出報警，并由控制器發(fā)出指令限制機組轉(zhuǎn)速（負荷）改變。

（6）在起動過程中，轉(zhuǎn)速、軸振動、軸位移、軸承溫度等都是必不可少的監(jiān)測項目。

3 起動準備

3.1 蒸汽系統(tǒng)

（1）速關(guān)閥前主蒸汽管路隔離閥及旁路閥關(guān)閉；

（2）速關(guān)閥、調(diào)節(jié)汽閥關(guān)閉；

（3）主蒸汽管及抽汽管路排大氣疏水閥開啟，汽缸、平衡管及抽汽管路接至疏水膨脹箱管路上的疏水閥關(guān)閉；

（4）軸封供汽管路進汽閥、疏水閥關(guān)閉；

（5）抽汽速關(guān)閥、隔離閥關(guān)閉；

（6）抽氣器進汽閥、空氣門及疏水閥關(guān)閉；

（7）汽封冷卻器的進汽閥、疏水閥關(guān)閉。

3.2 油系統(tǒng)

（1）油質(zhì)檢驗合格；

（2）油箱油位正常；

（3）油泵進、出口隔離閥及冷油器和濾油器的進出閥門均為開啟狀態(tài)；冷油器、濾油器的切換閥處于單側(cè)工作位置；冷油器的進水閥關(guān)閉，開水閥打開；

（4）油箱油溫若低于20℃，需用加熱器進行加熱或使油泵提前投入運轉(zhuǎn)來提高油溫，汽輪機起動時軸承進油溫度必須≥35℃；

（5）開動油泵：自帶主油泵的汽輪機，起動輔助油泵；外泵供油的汽輪機，起動電動油泵；油泵運轉(zhuǎn)后，振動、聲響正常，出口油壓穩(wěn)定，調(diào)節(jié)油油壓≥0.8MPa，潤滑油總管油壓約0.25MPa；

（6）從各回油視窗觀察各軸承回油是否正常，檢查所有油管路接口無漏油；

（7）有液壓蓄能器的汽輪機，檢查蓄能器的充氮壓力；

（8）起動排油煙機，在油箱、回油箱、回油管及軸承座內(nèi)腔形成微弱負壓，正常運行時，一般為5～10mm 水柱。汽輪機起動前，油箱真空可略高于此值；若真空度過高，會有大量不潔空氣和蒸汽被吸入油系統(tǒng)。

3.3 凝汽系統(tǒng)

（1）排汽通往公用凝汽器的汽輪機，排汽真空蝶閥嚴密關(guān)閉；

（2）視需要向凝汽器汽側(cè)補充水質(zhì)符合要求的凝結(jié)水或化學處理水，充水至熱井液位計的3/ 4 處；

（3）全開循環(huán)水出水閥，稍開進水閥；

（4）開啟凝結(jié)水泵進水閥，以及凝泵到凝汽器汽側(cè)空氣管道上的截止閥，關(guān)閉往鍋爐給水系統(tǒng)的出水閥；在凝結(jié)水泵運轉(zhuǎn)后，逐漸開啟凝泵出水閥、再循環(huán)閥、真空系統(tǒng)水封部件供水閥；熱井水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)暫退出控制；

（5）抽氣器投入運行：逐漸開啟起動抽氣器的進汽閥，閥后壓力約0.2MPa，暖管5min 之后升至正常工作壓力；緩慢打開抽氣器與凝汽器之間的空氣閥，使系統(tǒng)建立真空；真空達到- 0.04MPa 并且在凝泵已正常運行的情況下，主軸氣器開始工作；主抽氣器投入工作時先開第二級后開第一級，工作正常后可停用起動抽氣器；退出時先關(guān)空氣門，后關(guān)蒸汽進汽閥；汽輪機起動時真空應(yīng)達到- 0.06MPa，最低不低于- 0.053MPa。

3.4 軸封送汽及盤車

為使凝汽系統(tǒng)迅速建立真空，需在盤車狀態(tài)下向軸封送汽。必須注意避免在轉(zhuǎn)子靜止狀態(tài)下向軸封送汽。在向軸封送汽后，根據(jù)真空變化情況及時調(diào)整送汽量，同時盡快使汽輪機沖轉(zhuǎn)，以免汽封部分上、下缸溫差過大。

3.5 保安系統(tǒng)

（1）在進行保安及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的檢查、調(diào)試之前，須確認進入汽輪機的汽源已被隔斷，嚴防蒸汽漏入汽輪機；

（2）危急遮斷油門掛鉤、手動停機閥、停機電磁閥、抽汽控制電磁閥均處于正常運行工作狀態(tài)；

（3）速關(guān)閥的開啟及速關(guān)試驗：在速關(guān)閥全開后，接著開啟抽汽速關(guān)閥；之后，在速關(guān)閥全開狀態(tài)下，分別進行手動和遙控速關(guān)試驗；發(fā)出速關(guān)指令后，速關(guān)閥及抽汽速關(guān)閥均應(yīng)立即關(guān)閉，且速關(guān)閥關(guān)閉時間小于1s；

（4）帶有危急保安器試驗滑閥的汽輪機，滑閥應(yīng)處于正常運行狀態(tài)；

（5）排汽、抽汽的壓力保護功能暫時解除。

3.6 調(diào)節(jié)系統(tǒng)

新安裝機組或機組大修后第一次起動前，或調(diào)節(jié)系統(tǒng)檢修后，須進行調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)試。使用液壓或機械液壓調(diào)速器的汽輪機，在速關(guān)閥開啟后繼續(xù)操作啟動調(diào)節(jié)器，建立二次油壓，二次油壓0.15MPa 和0.45MPa 分別與調(diào)節(jié)汽閥的0 °和最大開度相對應(yīng)。在速關(guān)閥發(fā)生速關(guān)動作時，調(diào)節(jié)汽閥應(yīng)同時關(guān)閉。汽輪機起動前，調(diào)速器的給定值在下限位置；有抽汽時，抽汽調(diào)節(jié)置于0 抽汽處。

3.7 儀表

所有一次、二次儀表的示值應(yīng)與被測參數(shù)當時的狀態(tài)相符。

3.8 暖管

隔離閥前主蒸汽管路進行暖管。

4 汽輪壓縮機組的起動

4.1 起動前暖管

對速關(guān)閥和隔離閥之間的主蒸汽管路進行暖管，逐漸開啟隔離閥的旁路閥，之后緩慢開啟隔離閥。按規(guī)程規(guī)定的升壓、升溫速度進行暖管。在速關(guān)閥前蒸汽壓力達到額定值后全開隔離閥。

4.2 起動曲線

起動曲線包括若干條不同狀態(tài)的起動特性線。冷態(tài)是指起動時汽輪機汽缸溫度是常溫；若起動時汽缸調(diào)節(jié)級部位內(nèi)壁溫度大于150℃，則稱為熱態(tài)。熱態(tài)起動特性線一般按停機到再次起動的間隔時間給出。當停機時間介于給定時間之間時，用內(nèi)插法得出近似的起動特性線。汽輪機存在轉(zhuǎn)速禁止停留區(qū)域，起動曲線上會標出這一區(qū)域的上、下限。在升速過程中，須快速不間斷越過該轉(zhuǎn)速范圍。在起動過程中，機組（汽輪機、壓縮機）和裝置（工藝流程及設(shè)備）往往需要在某些工況保持穩(wěn)定運轉(zhuǎn)一段時間，以便進行檢查、調(diào)試或必要的操作。同時，通常壓縮機也有轉(zhuǎn)速禁止停留區(qū)域，尤其在驅(qū)動多缸壓縮機的機組中，很可能有多個禁止停留區(qū)域。在熱態(tài)變參數(shù)起動時，進汽不僅需要有大于50℃的過熱度，而且蒸汽溫度至少要高出汽缸內(nèi)壁溫度50℃。

4.3 沖動轉(zhuǎn)子低速暖機

打開汽缸及抽汽管疏水閥汽輪機沖轉(zhuǎn)前，手動或液壓直行程盤車必須退出工作，停止盤車到轉(zhuǎn)子被沖轉(zhuǎn)的間隔時間不應(yīng)超過5min。速關(guān)閥全開后，使用液壓調(diào)速器的汽輪機，通過繼續(xù)操作啟動調(diào)節(jié)器，建立、提升二次油壓，開啟調(diào)節(jié)汽閥。采用電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的汽輪機，按預(yù)先設(shè)定的操作方式（轉(zhuǎn)速控制或閥位控制）增大調(diào)節(jié)器的輸出。相應(yīng)調(diào)節(jié)汽閥隨電液轉(zhuǎn)換器輸出二次油壓的升高而開啟。沖動轉(zhuǎn)子時，在與試運行相同操作條件下，若二次油壓P2＞P2′+0.015MPa，轉(zhuǎn)子仍未轉(zhuǎn)動，則應(yīng)立即停機，迅速查明原因。其中P2′為試運行時轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動的二次油壓。轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)后，通過控制調(diào)節(jié)汽閥開度，使機組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在低速暖機轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。低速暖機轉(zhuǎn)速一般取最高連續(xù)轉(zhuǎn)速的10%；在低速暖機保持時間內(nèi)，對機組運轉(zhuǎn)情況進行仔細檢查。轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)后，使用電動盤車機構(gòu)的汽輪機，須檢查確認盤車機構(gòu)閉鎖在退出位置；采用油渦輪盤車時，關(guān)閉油渦輪進油閥，之后頂軸系統(tǒng)停止運行。在沖動轉(zhuǎn)子和低速暖機階段，要充分注意疏水。疏水口冒出無色蒸汽時，可適時關(guān)閉該疏水閥。凝汽器熱井水位及水質(zhì)合格時，逐漸開啟輸往給水系統(tǒng)凝結(jié)水出水閥，熱井水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可投入工作。

機組轉(zhuǎn)速達到80%后，軸承進油溫度應(yīng)不低于42℃。大于42℃時，通過調(diào)節(jié)冷油器進水閥開度，使軸承進油溫度維持在（45±3）℃范圍內(nèi)。自帶主油泵的汽輪機，在機組轉(zhuǎn)速升至80%～85%時，進行主、輔油泵切換。切換時，機組轉(zhuǎn)速及油泵出口壓力參照試運行時記錄的數(shù)據(jù)。在升速過程中，若出現(xiàn)振動過大等異常情況，一般先降低轉(zhuǎn)速，待穩(wěn)定一段時間后再繼續(xù)升速。有汽封冷卻器或汽封壓力調(diào)節(jié)器的汽輪機，在升速及加負荷過程中，需根據(jù)封汽情況及時調(diào)整。

5 結(jié)語

汽輪機試運是否成功是對整個工程質(zhì)量的全面考核，也是對基建的設(shè)計、施工質(zhì)量和設(shè)備安裝質(zhì)量的檢驗；是對鍋爐、汽輪機、被驅(qū)動機械及輔助設(shè)備的綜合性能測試，也是對領(lǐng)導、組織、技術(shù)、管理能力及人員素質(zhì)的全面考核。只有控制好起動前所有工序，才能保證汽輪機機組的安全正常運行。