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有限公司 河南洛陽 471000

汽輪機組系統龐大，需要機械、電氣、儀表、管道、潤滑油系統、蒸汽系統和監測系統等多方面協同才能正常起動、運行。

1 機體受熱

汽輪機起動、停機過程中，汽缸和轉子由于受熱條件、材料、質量等因素的不同，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。由于轉子的通流部分被蒸汽包圍，加之轉子質量遠小于汽缸質量，轉子溫度升高比汽缸快，轉子沿軸線方向伸長量大于汽缸熱膨脹量，且轉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子的差脹為負差脹。差脹如達到規定的極限值，表明動、靜軸向間隙小于要求的最小間隙。對汽輪機與被驅動機之間配用剛性聯軸器的機組，差脹值過大有可能使被驅動機動、靜體軸向間隙改變超出限定范圍，倘若動、靜體發生碰擦，會造成設備損壞事故。

汽輪機起動時，進汽參數可選擇定參數或變參數，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。采用變參數起動時，初始階段用壓力較低且有50℃以上過熱度蒸汽沖轉汽輪機，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，盡可能采用變參數起動。這是因為用有一定過熱度的低壓蒸汽起動汽輪機，構件溫度變化速度較平緩，不致產生過大溫差和熱應力，且起動時間相對縮短。汽輪機熱態起動時，進汽溫度必須高于汽缸溫度。

2 儀表監視

（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，由運行人員就地監測。正常情況下，汽輪機滑銷系統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的。但如安裝時調整不當，起動過程中某處滑銷卡澀，則指針移動出現滯止或突跳，同時振動也會增大，這種情況下一般先降速穩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，可在控制室監測汽缸熱膨脹。

（3）差脹監測儀：由傳感器、前置器、顯示儀、繼電器模塊等組成，用以監測汽缸與轉子的差脹。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，當差脹達到設定的極限值分別發出報警或停機信號。

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

（5）汽缸溫度監控儀：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出報警，并由控制器發出指令限制機組轉速（負荷）改變。

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

3 起動準備

3.1 蒸汽系統

（1）速關閥前主蒸汽管路隔離閥及旁路閥關閉；

（2）速關閥、調節汽閥關閉；

（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閉；

（4）軸封供汽管路進汽閥、疏水閥關閉；

（5）抽汽速關閥、隔離閥關閉；

（6）抽氣器進汽閥、空氣門及疏水閥關閉；

（7）汽封冷卻器的進汽閥、疏水閥關閉。

3.2 油系統

（1）油質檢驗合格；

（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；冷油器、濾油器的切換閥處于單側工作位置；冷油器的進水閥關閉，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；油泵運轉后，振動、聲響正常，出口油壓穩定，調節油油壓≥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。

3.3 凝汽系統

（1）排汽通往公用凝汽器的汽輪機，排汽真空蝶閥嚴密關閉；

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

（3）全開循環水出水閥，稍開進水閥；

（4）開啟凝結水泵進水閥，以及凝泵到凝汽器汽側空氣管道上的截止閥，關閉往鍋爐給水系統的出水閥；在凝結水泵運轉后，逐漸開啟凝泵出水閥、再循環閥、真空系統水封部件供水閥；熱井水位自動調節系統暫退出控制；

（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；退出時先關空氣門，后關蒸汽進汽閥；汽輪機起動時真空應達到- 0.06MPa，最低不低于- 0.053MPa。

3.4 軸封送汽及盤車

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

3.5 保安系統

（1）在進行保安及調節系統的檢查、調試之前，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；

（3）速關閥的開啟及速關試驗：在速關閥全開后，接著開啟抽汽速關閥；之后，在速關閥全開狀態下，分別進行手動和遙控速關試驗；發出速關指令后，速關閥及抽汽速關閥均應立即關閉，且速關閥關閉時間小于1s；

（4）帶有危急保安器試驗滑閥的汽輪機，滑閥應處于正常運行狀態；

（5）排汽、抽汽的壓力保護功能暫時解除。

3.6 調節系統

新安裝機組或機組大修后第一次起動前，或調節系統檢修后，須進行調節系統調試。使用液壓或機械液壓調速器的汽輪機，在速關閥開啟后繼續操作啟動調節器，建立二次油壓，二次油壓0.15MPa 和0.45MPa 分別與調節汽閥的0 °和最大開度相對應。在速關閥發生速關動作時，調節汽閥應同時關閉。汽輪機起動前，調速器的給定值在下限位置；有抽汽時，抽汽調節置于0 抽汽處。

3.7 儀表

所有一次、二次儀表的示值應與被測參數當時的狀態相符。

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。按規程規定的升壓、升溫速度進行暖管。在速關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的起動特性線。冷態是指起動時汽輪機汽缸溫度是常溫；若起動時汽缸調節級部位內壁溫度大于150℃，則稱為熱態。熱態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，用內插法得出近似的起動特性線。汽輪機存在轉速禁止停留區域，起動曲線上會標出這一區域的上、下限。在升速過程中，須快速不間斷越過該轉速范圍。在起動過程中，機組（汽輪機、壓縮機）和裝置（工藝流程及設備）往往需要在某些工況保持穩定運轉一段時間，以便進行檢查、調試或必要的操作。同時，通常壓縮機也有轉速禁止停留區域，尤其在驅動多缸壓縮機的機組中，很可能有多個禁止停留區域。在熱態變參數起動時，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壁溫度50℃。

4.3 沖動轉子低速暖機

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

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

5 結語

汽輪機試運是否成功是對整個工程質量的全面考核，也是對基建的設計、施工質量和設備安裝質量的檢驗；是對鍋爐、汽輪機、被驅動機械及輔助設備的綜合性能測試，也是對領導、組織、技術、管理能力及人員素質的全面考核。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。