防止汽轮机启停过程中大轴弯曲事故的要求与措施

防止汽轮机启停过程中大轴弯曲事故的要求与措施

发表时间：2020-03-10T13:21:40.143Z 来源：《中国电业》2019年20期作者：王鑫

[导读] 近年来，新能源装机在电网中占比越来越大

摘要：近年来，新能源装机在电网中占比越来越大，电网对常规火电机组调峰能力要求越来越高，随着电力体制改革的不断深入，电力现货交易的不断完善，火电机组启停调峰将成为常态。文章主要分析了330MW亚临界空冷火电机组在启停过程中防止冷热冲击导致汽轮机大轴弯曲的要求及注意事项，以达到安全启停的目的。

关键字：汽轮机大轴弯曲参数控制

1引言

汽轮机大轴弯曲和严重超速、轴系断裂事故一样，是火力发电厂汽轮机严重事故。对火电厂安全生产、经济运行构成重大危害，给企业造成巨大损失，汽轮机大轴弯曲事故多发生在机组启停过程中由于系统操作或参数控制不合适所致。所以，如何控制启停参数及正确操作，是机组能否安全启动的关键。

2 汽轮机大轴弯曲的主要危害

汽轮机大轴弯曲是火电机组恶性事故中突出的一种，它的主要危害是引起汽轮机强烈振动，产生动静摩擦，严重时损坏汽轮机。汽轮机转子大轴弯曲后的校正耗费大量人力、物力，且停机修复时间长，还使转子寿命受损，甚至可能导致报废。对火电厂安全生产、经济运行构成重大危害，给企业造成巨大损失。

3 汽轮机大轴弯曲的主要原因

3.1、动静摩擦：

由于汽轮机动静磨擦，转子局部过热，一方面显著降低了该部位屈服极限，另一方面受热局部的热膨胀受制于周围材料而产生很大压应力。当应力超过该部位屈服极限时，发生塑性变形，从而形成弯曲。受热部分的金属受压而缩短，当转子完全冷却时，轴就会向相反方向弯曲，摩擦伤痕处于轴的凹面侧。在机组启停过程中较易发生这种弯曲。机组的动静摩擦一般反映在振动的指标以及异音上。

3.2、冷水冷汽进入汽轮机高温汽缸：

当汽缸温度较高时，冷水、冷汽进入汽缸接触到高温状态的转子，导致转子接触部位骤然冷却，转子出现很大的上下温差，产生热变形。当冷却部位的拉应力超过屈服极限，产生永久性弯曲。汽缸也会由于冷水、冷汽产生热变形。如果在盘车状态进冷汽冷水，严重状态下，热变形会造成盘车中断，将加速大轴弯曲。

3.3、运行管理不当：违章指挥，违章操作，往往是事故直接原因和事故扩大的原因。

3.4、汽轮机转子本身材质存在较大的内应力：汽轮机转子原材料不合格、加工不良或者热处理不当，存在过大内应力，在高温状态运行一段时间后，内应力逐渐释放，造成大轴弯曲。

3.5、汽轮机转子套装件装配工艺不良、运输或者存放不当：转子上的套装件松动，进而产生大轴受热不均产生热弯曲。当运输或者存放不使转子受机械外力作用。

4 防止汽轮机大轴弯曲的技术措施

4.1、汽轮机启动前必须符合以下条件，否则禁止启动：

(1)大轴晃动（偏心）、串轴（轴向位移）、胀差、低油压和振动保护等表计显示正确，并正常投入。

(2)大轴晃动值不超过制造商的规定值或原始值的±0.02mm。

(3)高压外缸上、下缸温差不超过50℃，高压内缸上、下缸温差不超过35℃。

(4)蒸汽温度必须高于汽缸最高金属温度50℃，但不超过额定蒸汽温度，且蒸汽过热度不低于50℃。

4.2、机组启、停过程操作措施：

(1)机组启动前连续盘车时间应执行制造商的有关规定，至少不得少于2～4h，热态启动不少于4h。若盘车中断应重新计时。

(2)机组启动过程中因振动异常停机必须回到盘车状态，应全面检查、认真分析、查明原因。当机组已符合启动条件时，连续盘车不少于4h才能再次启动，严禁盲目启动。

(3)停机后立即投入盘车。当盘车电流较正常值大、摆动或有异音时，应查明原因及时处理。当汽封摩擦严重时，将转子高点置于最高位置，关闭与汽缸相连通的所有疏水（闷缸措施），保持上下缸温差，监视转子弯曲度，当确认转子弯曲度正常后，进行试投盘车，盘车投入后应连续盘车。当盘车盘不动时，严禁用起重机强行盘车。

(4)停机后因盘车装置故障或其他原因需要暂时停止盘车时，应采取闷缸措施，监视上下缸温差、转子弯曲度的变化，待盘车装置正常或暂停盘车的因素消除后及时投入连续盘车。

(5)机组热态启动前应检查停机记录，并与正常停机曲线进行比较，若有异常应认真分析，查明原因，采取措施及时处理。

(6)机组热态启动投轴封供汽时，应确认盘车装置运行正常，先向轴封供汽，后抽真空。停机后，凝汽器真空到零，方可停止轴封供汽。应根据缸温选择供汽汽源，以使供汽温度与金属温度相匹配。

(7)疏水系统投入时，严格控制疏水系统各容器水位，注意保持排汽装置水位低于疏水联箱标高。供汽管道应充分暖管、疏水，严防水或冷汽进入汽轮机。

(8)停机后应认真监视凝汽器（排汽装置）、高低压加热器、除氧器水位和主蒸汽及再热冷段管道集水罐处温度，防止汽轮机进水。

(9)启动或低负荷运行时，不得投入再热蒸汽减温器喷水。在锅炉熄火或机组甩负荷时，应及时切断减温水。

(10)汽轮机在热状态下，锅炉不得进行打水压试验。

4.3、任何运行状态下均应严格执行紧停规定，汽轮机发生下列情况之一，应立即打闸停机，以免发生机组大轴损坏：

(1)机组启动过程中，在中速暖机之前，轴承振动超过0.03mm。

(2)机组启动过程中，通过临界转速时，轴承振动超过0.1mm或相对轴振动值超过0.26mm，应立即打闸停机，严禁强行通过临界转速或

降速暖机。

(3)机组运行中要求轴承振动不超过0.03mm或相对轴振动不超过0.08mm，超过时应设法消除，当相对轴振动大于0.26mm应立即打闸停机；当轴承振动或相对轴振动变化量超过报警值的25%，应查明原因设法消除，当轴承振动或相对轴振动突然增加报警值的100%，应立即打闸停机；或严格按照制造商的标准执行。

(4)高压外缸上、下缸温差超过50℃，高压内缸上、下缸温差超过350℃。

(5)机组正常运行时，主、再热蒸汽温度在lOmin内突然下降50℃。调峰型单层汽缸机组可根据制造商相关规定执行。

（6）应采用良好的保温材料和施工工艺，保证机组正常停机后的上下缸温差不超过35℃，最大不超过50℃。

4.4、启机过程防止大轴弯曲操作要求：

（1）测盘车电流、大轴挠度，并记录。

（2）正确投运汽封。汽封系统暖管，充分疏水，合格后先投入低压汽封供汽，高中压汽封母管温度大于280℃，投入高中压供汽封。

（3）调整汽包水位至正常值，试验汽包水位保护正常投入。

（4）控制主、再热汽温升温速度。

锅炉严格按启动曲线进行升温、升压，主、再热汽温升温速度控制在1～1.5℃/min。不同升压阶段锅炉饱和蒸汽温升速度执行：主汽压力MPa ＜0.98 0.98~3.92 3.92~9.8 9.8~18.2

饱和蒸汽温升率℃/h ＜28 ＜56 ≤30 ≤36

升压率 MPa/min ≤0.03 ≤0.05 ≤0.06 ≤0.1

检查、核对、并记录机侧所有疏水电动门、气动门、手动门信号及就地状态正常，确已开启，疏水温度正常。需特别注意左侧再热热段疏水电动门旁路手动门开启。

当高压主汽调节阀壳内壁或外壁温度＜150℃时，确认盘车投入连续运行两小时以上，检查开启主蒸汽管疏水、高压内缸疏水、高压主汽阀壳上下部疏水，进行主汽调汽阀壳预暖。

汽轮机挂闸，开启高中压自动主汽门，机前主蒸汽管道及阀壳暖体，开启阀门时，注意汽轮机转速，防止转子冲动。并注意阀体内外壁温差，温差＞80℃时先进行阀壳预暖。主汽阀壳预暖时，必须注意主蒸汽温度大于主汽阀壳温度。

冲转时注意汽温与汽压相匹配，保证汽温大于缸温110℃以上，确保各管路疏水畅通，疏水温度正常，冲转前测量大轴挠度正常。

冲转后，调整高低旁开度，检查高排逆止门确已开启，注意高压缸排汽口温度。投入汽缸夹层加热。

提升转速时，注意过临界转速时各轴振、瓦振不超规定值。

加负荷、升参数过程中，注意保证主汽过热度大于50℃，高中压外缸下半高压进汽口处外壁金属温度超过350℃时，停止夹层加热。根据机组负荷的上升情况，逐步关闭辅汽供汽封门，倒为自密封，开启轴封至除氧器溢流门，控制低压汽封温度130～150℃。

4.5、停机过程中防止大轴弯曲操作要求

（1）试验盘车电机、交、直流润滑油泵、顶轴油泵正常并记录。停机前全面检查疏水手动门，将由于气动或电动疏水门不严关闭的疏水手动门检查开启。停机前4小时，将辅汽供汽封管道、汽封联箱疏水门开启，辅汽联箱及汽封联箱充分疏水。停机前开启VV阀后手动门。

（2）机组逐步减负荷至220MW以下，锅炉进行滑参数，减负荷率≤1%/min，降压速度≤0.1MPa/min，主再热蒸汽降温速度≤1℃/min，每降低30℃，停留10分钟。

（3）主、再热汽温降至520℃以下，开启机侧主、再热蒸汽管道疏水。减负荷过程中注意机组振动、脹差及各轴承温度和推力瓦温度、汽缸金属温度及温差，注意主、再热蒸汽过热度始终＞60℃，主再热蒸汽温差≤18℃。减负荷过程注意各轴承任轴振，摆动幅度＞20um，暂停降低机组负荷，振动稳定后，继续降负荷。继续滑参数，直至主再热汽温至480℃，直至汽缸温度不再下降，在此过程注意监视汽轮机振动正常，排烟温度不低于270℃，注意主再热汽温度过热度＞80℃。

（4）降负荷过程中，若汽封压力无法维护，投入辅汽供汽。机组打闸前启动交流润滑油泵。

(5)转速至1200r/min，顶轴油泵启动。汽轮机转速到零、真空到零，投入连续盘车，记录大轴挠度。

停机后注意控制除氧器水位，不得向排汽装置放水，关闭与锅炉直接连接的管路疏水，防止排汽缸温度升高。

机组停运后，加强对汽缸温度及汽缸各温差的监视。锅炉压力到零前，关闭汽机侧除高排逆止门前、后疏水门外的与锅炉相连的疏水门，闷缸；与汽机本体相连的疏水门原则上在停机2小时后关闭，每小时开启10分钟。

停机后，注意高排蒸汽管上下壁温度，防止由于高旁减温水门不严返水至汽缸。高排蒸汽管下壁温度快速下降时，可停止给水泵，改为定期启动给水泵锅炉降温冷却。高压缸最高温度低于180℃时，可间歇盘车。高压缸最高温度低于150℃时，可停止盘车运行，停止顶轴油。

5 结论

机组启停过程中，汽轮机受到巨大的热应力，容易产生变形及弯曲事故，只有严格控制启停参数，正确操作，才能延长机组使用寿命，保证机组安全稳定运行。

参考文献：

[1]中国电机工程学会. 火力发电厂安全性评价[Z]. 中国电力出版社,2009,07。