对300MW汽轮机胀差影响因素与控制方法探讨

刘晨 韩争

摘要：300MW汽轮机被广泛应用于各大火力发电厂中，可以将蒸汽中的热能转化为机械功，是维持电力系统正常运转的重要设备。300MW汽轮机运行时不可避免的会产生胀差，影响着300MW汽轮机的功率和使用寿命，本文对300MW汽轮机中胀差产生的原因、影响因素还有控制方法进行了讨论。

关键词：300MW汽轮机;胀差;冷启动阶段

引言：300MW汽轮机有单机功率大、转换效率高、使用寿命长等优点，近年来被各大火力发电厂广泛使用。其中，汽轮机转子与汽缸会发生相对膨胀，这种膨胀的差值被称为胀差，胀差是监控300MW汽轮机能否正常运行、有无风险的重要参考因素，胀差的研究和控制，对汽轮机的安全运转有着非常重要的作用。

一、汽轮机胀差的定义及产生原因

在汽轮机运行中，汽缸与转子间相对热膨胀的差值，被称为汽轮机的相对胀差。胀差的产生原因非常复杂，汽轮在启动阶段、调整负荷阶段、停机阶段，汽轮机转子和气缸都会以死点为基准，发生膨胀或者收缩。这个过程中，气缸的质量大，与蒸汽接触的面积小，转子的质量小，而与蒸汽的接触面积大。而且，汽轮机运转时，转子的放热系数大，气缸的放热系数小。这些原因导致蒸汽升温时，转子的变化速度要超过气缸的变化速度，两者同时膨胀或缩小的过程中就会产生差距，也就是所谓的胀差。胀差分为正胀差和负胀差，当启动阶段，随着蒸汽不断增加和升温，汽轮机转子的膨胀超过气缸的膨胀时，两者之间差值被称为正胀差。在汽轮机停止阶段，进气量和气温不断降低时，汽轮机转子的收缩值大于气缸，这个差值就被称为负胀差。正胀差和负胀差都是影响汽轮机运转的重要因素，会缩短汽轮机的使用寿命，甚至留下安全隐患，威胁员工的生命安全和企业的经济利益，对汽轮机胀差问题不断研究和改进，具有非常重要的意义。

二、300MW汽轮机胀差的影响因素

300MW汽轮机的结构复杂，影响300MW汽轮机胀差的因素有很多，其中汽轮机负荷的变化是一个主要的影响因素。负荷可以影响蒸汽的流量和温度，在低负荷范围内，蒸汽温度的变化较大，温度会随着负荷增长而飞速升高，直接导致金属表层的温度差距加大，汽轮机转子和气缸的升温速度也就相差越大。如果负荷降低，正胀差的数值将会逐渐减小，甚至可能出现负胀差，如果负荷稳定运行，300MW汽轮机转子和气缸间的胀差就会逐渐缩小，直至在某一状态平稳下来。主蒸汽温度变化速率也是影响胀差的重要因素，在300MW汽轮机的运转过程中，主蒸汽温度将会影响各级蒸汽的温度，主蒸汽升温速率越大，汽轮机转子和气缸间的胀差也就越大。在冲转阶段前，要向各轴封供气，以防止空气进入气缸，这个过程中，如果轴封的供气温度高于轴封温度，300MW汽轮机转子的轴封体就会被加热并且膨胀。轴封体在气缸的两端，其膨胀后会影响转子的长度，使其正胀差加大。在汽轮机运转过程中，叶轮和蒸汽产生摩擦会使热量增加，从而导致鼓风损失的热量减少，这部分热量被蒸汽吸收，使蒸汽温度升高，也会影响胀差。300MW汽轮机运转过程中，排气系统也会随着一同运转，排气温度会对排气缸的膨胀产生影响，如果排气温度过高，排气缸的膨胀量就会超过汽轮机转子，减少了低压缸的相对胀差。除了这些因素之外，转子回转效应、润滑油温、疏水调节、滑销系统、气缸保温效果等都会对300MW汽轮机的胀差产生影响。

三、对汽轮机胀差控制方法的探讨

（一）在冷态启动阶段控制胀差

影响300MW汽轮机胀差的因素有很多，在冷启动极端对胀差进行控制是一个不错的方法。冷启动阶段主要分为冲转、暖机升速、并网带负荷几个步骤。在300MW汽轮机冲转时，要严格控制金属的升温速率，一般为2℃/min～2.5℃/min。蒸汽升温速率与蒸汽的放热系数、流量成线性关系，蒸汽流量可以通过控制机组的升速和增加负荷的速度来调整，通常300MW汽轮机的主气压要控制在3.45MPa左右，主气温320℃～ 340℃，再热汽压要控制在0.1MPa～0.2MPa，再热汽温237℃～257℃，控制好金属的升温速率可减小金属的热应力，使金属膨胀得到有效控制[1]。

在汽轮机机组升速时，升速率要低，要注意观察气缸温度的变化，如果胀差数值超过标准，可以让气缸中的蒸汽停放时间延长一些，达到暖机的效果。暖机后，随着转子转速提高，离心力也会增加，使轴向位移增加，转子变粗而且缩短，相对缩小了转子的膨胀值，减小了胀差。在300MW汽轮机并网带负荷时，随着调节气阀打开，气温上升会迅速加快，对胀差的影响较大，因此在并网后要缓缓开启调节气门，并注意气温变化，应在负荷状态下暖机一段时间，防止胀差变化过快，在胀差数值的下降10%后，再逐渐增加负荷，当胀差上涨到并网时的数值后，再次降低升负荷速度，等待胀差数值下降，如此反复，直到机组负荷达到额定值为止。

（二）在热态启动阶段控制胀差

在热启动阶段，给封轴供气时要避免使用低温气源，尽量使用高温气源，低温气源会造成高压轴封收缩过快，反应不出胀差情况。在输送高温气源时，气缸温度应该维持在350℃左右，为了提高轴封温度，可以将主蒸汽接入高压轴封之中，提高前轴封温度，蒸汽的流量要根据胀差的数值变化来调整，当胀差达到+0.15 - 0.18mm时，停止供应高温气源，同时适度输送低温气源[2]。

（三）机组甩负荷阶段对负胀的控制

在300MW汽轮机甩负荷阶段，也可以对胀差进行控制，机组甩负荷时，气温会降低，导致汽轮机转子的收缩速率比气缸快，在这个过程中要尽快回复气温，使负荷回复到正常状态，防止负胀差的产生。在调峰低负荷时，应该采用定温滑压的调整方式，防止转子冷却过剧，负胀差过大。在鼓风时，应该提高背压，将背压控制在0.15MPa左右，让转子充分受热加快膨胀，抵消鼓风摩擦带来的热量损失，从而减小胀差。在停机过程中，要注意控制温度降低和蒸汽流量变化的速率，避免蒸汽流量和温度变化速度过快，导致300MW汽轮机转子与气缸溫度相差过大，引起胀差。

（四）在设备检修上对胀差的控制

300MW汽轮机机构复杂，在运行中经常会出现部件损坏、性能缺失、无法正常运行等问题，经常对300MW汽轮机进行检修，也可以有效控制胀差。如果在启动和暖机时，汽轮机正胀差数值有明显的升高，可以对气缸夹层进行检查，观察是否有漏气、空洞等缺陷，并及时修补。在升负荷时，工作人员应该对滑销进行检查，确定滑销系统和轴承台班没有卡涩的现象，如果发现，应立即停止汽轮机，通知专业人员进行修理。汽轮机运行中，推理轴承经常会出现磨损的情况，导致轴向位移增大。

（五）引用胀差检测系统

电力企业还可以引用胀差检测系统，施行全面、智能的实时检测，准确监控胀差的变化情况。比如大型电站可以引用DCS系统对300MW汽轮机进行全程监控，DCS系统由数据网络、操作站、系统服务器、现场控制站等几部分组成，可以对汽轮机内的胀差数据进行全面监控，并采集进、处理，通过大数据技术，分析300MW汽轮机的胀差是否超过安全标准，降低潜在风险，保护企业和工作人员的安全[3]。

结论：300MW汽轮机是我国电力企业中经常使用的供电设备，是电力系统的重要组成，结构复杂，危险性高，其中胀差对汽轮机有着非常重要的影响，关乎汽轮机的使用寿命和能否安全运行，可以从汽轮机运转的冷态启动阶段、热态启动阶段、设备检修等几个方面，对300MW汽轮机的胀差进行控制。

参考文献：

[1]王沧海.300MW汽轮机胀差变化的原因分析与控制[J].科技资讯，2019，17（03）：45+47.

[2]张小刚.火电厂超临界机组汽轮机胀差控制分析[J].中国高新区，2017（11）：99.

[3]杜中梁.汽轮机胀差原理及控制[J].能源与节能，2017（01）：108-109.