合理利用辅汽供轴封，有效控制汽轮机胀差

石双武

摘 要：我公司在一期2台220MW汽轮机组同时备用状态下，冷态启动一台机组时，高压胀差不易控制，甚至达到上限，不得不延长暖机时间，浪费了大量燃料。经过综合分析其产生的根本原因，是当二期2台300MW机组辅助蒸汽供一期220MW机组轴封用汽时，由于对两个机组抽汽压力、温度差别考虑不足，造成二期辅汽供轴封温度过高。通过合理利用300MW机组辅助蒸汽，在一期单台机组冷态启动，使用二期辅汽供轴封时，有效地控制了汽轮机胀差，不仅缩短了机组启动时间，同时降低了启动过程中不必要的损耗，2015年该项技术在我公司全面推广。

关键词：汽轮机组；利用邻机辅汽；轴封供汽；控制胀差

中图分类号：TK2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）07-0150-02

1 前言

我公司220MW汽轮机为东方汽轮机厂生产的N200—12.7/535/535型超高压中间再热冷凝式汽轮机組增容改造而成，现型号为N220—12.7/535/535型超高压中间再热三缸三排汽凝汽式汽轮机。我公司轴封系统：高低压轴封分别供汽，机组启动前有辅助蒸汽供，在机组负荷100MW以上，除氧器压力、温度正常后，有汽平衡门供汽。机组冷态启动时，使用一期备用辅汽供汽时，汽轮机高压胀差容易控制，机组能够顺利启动。但当一期2台220MW机组都备用情况下，机组进行冷态启动时，使用二期辅汽供轴封时，就出现汽轮机高压胀差正值上升较快，甚至达到上限（正常值-1—+4.5mm）不易控制，不得不延长暖机时间，严重影响了机组启动。本文就汽轮机在冷态启动时，如何合理利用辅助蒸汽供轴封，有效控制汽轮机胀差，防止在启动过程中汽轮机发生动静摩擦问题进行阐述。

以下介绍汽轮机冷态启动时，轴封供汽温度与胀差的关系，轴封供汽系统，以及供轴封操作步骤，还有系统存在的优缺点，供大家参考。

2 轴封供汽温度与胀差的关系

2.1 胀差的含义

当汽轮机启动加热或停止运行冷却以及负荷发生变化时，汽缸和转子都会产生受热膨胀或冷却收缩。由于转子受热表面积比汽缸大，且转子的质量比相对应的汽缸小，蒸汽对转子表面的放热系数较大。因此，在相同条件下，转子的温度变化比汽缸快，转子与汽缸之间存在膨胀差，而这差值是指转子相对于汽缸而言，故称为相对膨胀差（即胀差）。习惯上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差值为正胀差，汽缸膨胀大于转子膨胀时的胀差值为负胀差。无论是正差胀还是负差胀，达到某一数值，都会使汽轮机通流部分发生动静摩擦，引起机组振动增大，甚至掉叶片、大轴弯曲等严重事故。

2.2 轴封供汽温度对胀差的影响

影响胀差的因素有很多，控制措施也有多种，如控制进汽参数、保持合适的真空、控制升速率、升负荷速度、合理使用汽缸和法兰加热装置等，今天我想和大家探讨轴封汽源对胀差的影响。

在汽轮机的高中压缸端部，轴封系统的作用是防止蒸汽向外泄漏，以确保汽轮机有较高的效率；在汽轮机的低压缸两端，则是防止外界的空气进入汽轮机内部，保证汽轮机有尽可能高的真空。为了汽轮机本体部件的安全，对轴封送汽的压力和温度有一定的要求。因为轴封温度如果与汽轮机本体部件温度（特别是转子的金属温度）差别太大，将使汽轮机部件产生很大的热应力，这种热应力将造成汽轮机部件寿命损耗的加剧，同时还会造成汽轮机动、静部分的相对膨胀失调，这将直接影响汽轮机组的安全。因为轴封蒸汽与汽轮机轴直接接触，所以轴封供汽温度影响轴的伸缩，从而影响汽轮机的胀差。低压轴封汽温度过高，还会引起该区域金属过度膨胀，与低压缸为一体的轴承座中心线发生变化，情况严重时将导致机组发生异常振动。

3 合理使用300MW机组辅汽供220MW机组轴封

一般情况下，机组冷态启动时，锅炉很快能够达到汽轮机冲转参数，而大容量汽轮机组由于本体结构复杂需要暖机，且暖机时间较长，锅炉等待时间比较长，其中一个很重要的因素是高压缸膨胀问题，由于冷态启动初期参数低，缸壁较厚，汽缸膨胀慢，胀差不易控制，它是导致汽轮机启动时间长的重要原因之一。而我公司一期两台220MW机组是上世纪八十年代的机组，由于容量较小，煤耗大，响应国家环保政策要求，2015年下半年开始停运备用，但当每年夏季来临，迎峰度夏电网系统负荷高时还要启动机组运行，这时汽轮机轴封供汽需要二期两台300MW机组辅汽提供，由于供一期辅汽联箱的二抽压力2.5Mpa，温度315.1℃，供二期联箱的二抽压力4.5Mpa，温度350℃，显然300MW机组辅汽压力、温度较高，虽然辅汽联箱压力控制在0.5 Mpa，但供轴封的温度还很高，在一期前两次启动时，由于二期辅汽联箱直接供一期轴封系统，温度过高，和金属温度不匹配，造成高压胀差不易控制，不得不延长暖机时间，影响了机组的启动，浪费了大量燃料和厂用电，故很有必要想办法合理利用辅汽系统。

4 300MW机组辅汽供220MW机组轴封系统蒸汽流程简介

（1）改进前轴封系统蒸汽流程如下：

300MW高压辅助蒸汽联箱——220MW辅助蒸汽联箱 ——轴封供汽母管——高中压轴封调整门（另一路去低压轴封调整门）——高中压轴端汽封（或低压轴封）。

（2）改进后轴封系统蒸汽流程如下：

300MW高压辅助蒸汽联箱——220MW辅助蒸汽联箱 ——除氧器水箱和除氧塔——汽平衡门——轴封供汽母管——高中压轴封调整门（另一路去低压轴封调整门）——高中压轴端汽封（或低压轴封）。

通过以上比较可以看出，改进后二期辅汽先进入一期除氧器和除氧塔，降压、降温后供轴封，这时除氧器压力控制为0.2Mpa，温度为120℃左右，通过汽平衡门再供轴封用汽，这样是轴封温度和汽缸、转子金属温度相匹配，温度相差与辅汽直接供轴封用汽大大降低，使胀差得到较好的控制，有效缩短了机组启动时间，节约了大量燃料。

5 轴封系统投入操作步骤

（1）汽轮机轴封系统投入（机组冷态启动先抽真空后送轴封）。（2）检查确认系统表计正常。（3）检查轴封系统各阀门位置正确。（4）检查汽轮机盘车已经投入。（5）检查凝结水系统、循环水系统投运正常。（6）检查汽机轴封加热器水侧投入正常。（7）检查轴封抽气器水侧投入正常，检查开启轴封抽气器进气门。（8）检查轴封压力自动调节装置投入正常。（9）開启辅汽至轴封供汽母管排大气疏水门。（10）稍开辅汽至轴封供汽门，轴封暖管20分钟。（11）开启辅汽联箱至除氧器再沸腾门，保持除氧器压力0.2Mpa。（12）开启高低压轴封调整门前后隔离门，开启调整门轴封供汽。（13）启动一台轴抽风机，关闭辅汽至轴封供汽母管排大气疏水门。（14）调整轴封母管压力维持在0.02-0.03MPa（OIS），投入汽封压力“自动”。（15）检查调整轴封加热器水位正常1/2。（16）汽机轴封系统投入正常后，迅速启动一台射水泵运行。

6 新的轴封供汽系统的优缺点

6.1 新的轴封供汽系统的优点

在一期机组长期停备，进行冷态启动时，合理利用邻机辅助蒸汽，首先通往除氧器和除氧塔，使较高温度蒸汽降温降压后，再供汽轮机轴封，能够较好的控制机组胀差，不但缩短机组启动时间，可以节约大量燃料，同时保证机组安全、顺利启动。

6.2 新的轴封供汽系统的缺点

由于300MW辅汽联箱压力高，机组加负荷时容易造成一期辅汽联箱超压，调整不及时会使辅汽联箱安全门动作，造成工质浪费，降低了设备安全性。但是只要认真监视，及时调整问题能够解决。

7 系统使用效果

2015年至今，一期两台220MW汽轮机长期停备下，共进行了冷态启动7次（其中1号机组5次，2号机组2次），均使用了二期300MW机组辅汽系统供200MW机组轴封用汽，汽轮机高压胀差都没有超限，机组均顺利启动，每次相比之前都能够缩短机组启动时间，可节约辅机耗电及耗煤、耗油的费用。

8 结语

通过综合分析原因，合理利用系统，在机组冷态启动时，实现了把邻机高温辅助蒸汽温度降温后再供本机轴封，既能保证轴封供汽温度，使汽轮机高压胀差不超限，又能缩短机组启动时间，节约了大量燃料，对于火力发电企业节能减排具有借鉴意义，具有一定的推广使用价值。

参考文献

[1]周辉，丁亮.汽轮机胀差产生的原因分析与控制[J].应用能源技术，2011，（7）：4-6.

[2]杜中梁.汽轮机胀差原理及控制[J].能源与节能，2017，（1）：108-109.