汽轮机胀差产生的原因分析与控制

司爱俊

摘要：在化工生产当中，汽轮机是十分重要的一项设备。本文主要针对化工汽轮机胀差的产生原因进行分析，介绍了化工汽轮机组起、停机和运行过程当中，发生工况变化时，气缸和转子膨胀的主要特点以及产生胀差的具体原因，并对胀差的变化规律进行探索和分析，最后总结了胀差的变化对运行所产生的影响，并提出具体的控制对策，希望能够为工作人员在生产运行过程当中进行操作起到一些参考作用。

关键词：汽轮机;胀差;产生原因与控制

0  引言

化工汽轮机之所以产生胀差主要是因为转子与气缸之间存在着温差，因此当转子的膨胀比气缸要更大时，则会产生正胀差，而当其小于气缸时则会产生负胀差。但是，当涡轮机相对静止时，膨胀差主要反映了静态轴向间隙的变化。不管膨胀差太大还是太小，机组的轴向间隙都会逐渐消失，从而产生动态和静态的摩擦，从而损坏机组。所以在机组的具体操作过程中需要对胀差进行严格控制，禁止其超过允许的极限值。在汽轮机运行期间，保持转子和气缸之间的轴向热膨胀率非常重要。在机组的启动，停止和特定运行过程中，由于涡轮转子和汽缸的质量和热膨胀系数不同，转子的温度上升速度快于轴承的温度上升速度。一旦两者之间的热增长差异超过了涡轮机允许的间隙公差，就会在动态和静态组件之间引起摩擦，从而损坏设备。因此在实际运行过程当中操作人员应对胀差进行严格控制，从而确保机组的正常运行[1]。

1  胀差种类及产生的原因、危害

胀差的主要产生原因在于汽轮机的气缸和转子在受热和受冷时，其传热系数存在着一定的差异，进而导致在受热和受冷过程当中气缸受热或受冷膨胀与转子不同所产生的胀差。而胀差具体可分为正胀差和负胀差，首先当转子膨胀大于气缸膨胀的过程中所产生的胀差为正胀差，反之则为负胀差。而在汽轮机的实际运行中，无论是正胀差还是负胀差都会对机组的使用与运行产生影响，因此需要严格的进行控制。胀差在汽轮机运行过程中不仅仅是一项重要参数，而且胀差不能出现过大的偏差，只有在起机、停机以及负荷突然大幅度出现变动的时候，由于对参数的人为控制出现错误，进而导致相关的胀差形成，而一旦其超过汽轮机所允许的极限值，则会使汽轮机动静摩擦，导致震动增大，最后损坏设备，而严重情况下可能会将叶片打断，从而使设备遭到严重的损坏，无法再继续使用[2]。

1.1 产生正胀差的主要因素

汽轮机之所以出现正胀差主要因为在机组启动时暖机的时间太短，进而导致升速太快或负荷的提升速度太快，从而产生了正胀差。此外，气缸夹层以及法兰加热装置的加热气温过低或流量过低也会导致气加热的作用较弱。而如果轴封气温度过高或着封供气流量过大，进而导致肘頸部位过分伸长，这也容易引起汽轮机出现正胀差。除此以外，双层钢的夹层中流入冷汽或胀差指示器零点不准或触点磨损，进而引起数字偏差，而且真空变化、转速变化、各级周期量变化等也都会造成十分明显的正胀差。

1.2 产生负胀差的主要因素

汽轮机组在运行过程中产生负胀差的主要原因在于负荷迅速下降或突然甩负荷以及主气温突然降低、启动时进气温度低于金属温度。除此之外，轴封气温度太低，轴向位移变化，轴承油温太低等也都会导致汽轮机出现负胀差。在汽轮机启动后进转速度突然快速提升，而由于转子在离心力的作用下，会使轴向尺寸不断的缩小，因此会产生十分明显的低差变化。而当气缸夹层中流入高温蒸汽之后，该蒸汽可能来自于既加热装置，也可能是进气套管中所出现的漏气或轴封漏气现象[3]。

1.3 控制胀差的要点

在控制差异扩展时，我们应该把握要点。首先，应控制负荷的增加和减少的速度，这应根据机组的容量来确定，而且还应对汽轮机组的气温度变化率进行严格控制。其次，对于法兰加热装置，启动时应，气缸和法兰螺栓加热装置应该对其进行合理的使用。当高压和中压气缸的压差膨胀达到指定值时，需要使用法兰加热装置，并对加热装置的进气温度和进气量进行调整，使其能够符合加热的要求。而为了能够对法兰进行有效的加热，并且避免加热过度，应针对加热蒸汽的温度进行控制，与外壁温度相比，温度不得超过100-120℃。最后，使用密封管蒸汽供应来有效控制压差膨胀。压盖蒸汽供应对差压膨胀的影响主要取决于气体供应的时间和温度。气体供应时间越长，对压差膨胀的影响越大。冷启动的主要目的不是使差分膨胀值太大。因此，在脉冲启动前，应选择一些温度较低的气源，以缩短轴封的供气时间。热启动期间，应使用高温气源，以免在向油封供气后产生负膨胀差。如果动态膨胀停机时间差为负，则可以将高压气源送至气封，从而有效地控制转子收缩。在这一过程中，主要是对胀差进行控制，而并非消除。

2  胀差变化对运行的影响

2.1 机组不同工况下胀差的变化

机组在不同的工况下所产生的胀差变化也会存在着一定的差异，而具体包括以下几种情况。

首先在气轮机组正常运行时，转子和气缸的温度是相对稳定的状态，所以其膨胀值也同样十分稳定，没有出现较大的胀差值变化。

其次当汽轮机组异常运行时，如进气量发生改变或出现其他操作错误等情况，转子和气缸的膨胀值也会随着进气量的改变而出现相应的变化，其胀差也会随之发生改变。

最后在机组启动或停止时对胀差也会产生一定的影响，如果汽轮机组为冷态启动，那么转子从冲转到定速的这一过程当中，其加热速度相对较快，而胀差也为正而且不断的上升。

当汽轮机组热态启动时，机组内的气缸整体温度相对较高，而转冲时的蒸汽在进入气缸后与其接触，由于蒸汽的温度低于气缸的温度，所以会发挥出冷却效果，此时所产生的胀差则为负值。而当汽轮机自身的负载减轻或者是停机时，机组内的蒸汽温度也会不断的降低，而由于转子的温度变化较大，所以下降速度也较快，进而与气缸之间会呈现出负胀差。在汽轮机加载过程中，转子与气缸之间也会形成正胀差，而当机组启动正常会不断的上升，而当其停机时胀差也会进一步呈现出下降趋势[4]。

2.2 胀差的变化对运行的影响

在汽轮机组的运行过程中，胀差的大小对其运行情况也具有着十分明显的影响，胀差的变化对机组运行是十分重要的一项因素。同时胀差大小也对汽轮机组内部动静部分轴向间隙的变化情况进行反应，因此无论哪条轴向间隙增大或者减小，都会导致机组内部的动静两部分之间出现摩擦，进而损害到机组内部的相关构件，缩短了汽轮机的使用寿命，情况严重时可能会产生安全事故。

3  汽轮机胀差的控制对策

汽轮机在不同工况下所出现的胀差变化会对机组的使用造成影响，因此在汽轮机的运行过程当中，操作人员需要合理的控制正常。首先在蒸汽温度升高和降低的过程中，其速度和负载也会不断的出现升高与降低，因此需要进行严格控制，确保气缸和转子之间的温度差保持在允许范围内。其次，应对气缸、法轮螺栓等加热装置进行合理使用，而且还应利用气封供气控制胀差，由于气封供气主要是通过对大轴温度进行影响，使其产生收缩的方式来有效的控制胀差，因此在汽轮机稳定运行时如胀差发生变化，可通过对供气时间和温度来進行调整，从而稳定胀差[5]。

3.1 选择合理的启动参数

汽轮机的转子热状态会随着汽轮机的进气参数的变化而变化，而且转子的变化状态要早于汽缸的热状态变化，这时就会导致机组的胀差出现变化。所以在汽轮机的机组运行中要想确保机组的冲转要合理的选择启动参数。

3.2 轴封抽汽使用适当

与汽轮机大轴是直接接触的是轴封抽汽器，所以它的温度大小会对大轴的伸缩造成直接的影响，这会影响到胀差。在这个过程中汽轮机组的轴封抽汽器可以直接与轴封风机相连，这样可以抽走汽封当中多余的蒸汽通过风机来实现。投入轴封风在机组在冷态启动时冲转前机，这样可以有效的控制胀差的正值增大。如果胀差的正值增长速度过快就可以同时开启两台风机。在热态启动时机组会进行冲转前，所以为了防止转子发生弯曲，应该禁止投入轴封风机。

3.3 冲转过程中及时调整向空排汽阀开度

汽轮机在背压蒸汽排空而向空排气阀开度时会对上下缸温度及胀差会产生直接影响。所以在在汽轮机冲转过程当中，应对汽轮机的进气量进行调整，从而合理地控制空排气阀的开度，这样一来可以有效的控制胀差，具有十分明显的控制效果。

3.4 尽量缩短并网时间

由于汽轮机在启动加热过程中会产生胀差，而胀差在供热管网合并前由排气阀控制，在并网过程中，会使相空排气阀逐渐关闭，因此，胀差也会向正值方向增大，此时，并网时间会缩短，这可以有效地减缓胀差的增长速度，并网后，机组可以达到稳定状态[6]。

3.5 及时将各部位的汽封漏气放进去

汽轮机在启动后，如果漏气压力达到了相关要求，应针对各段气封漏气进行及时投入，减少大轴的加热汽量，从而有效控制胀差正值增长速度。

4  结束语

综上所述，汽轮机在启动、停机以及正常运行或出现异常时，其机组内的部件温度差异所产生的膨胀变形，会对机组本身造成十分巨大的影响，因此需要对胀差的产生原因进行分析，并探讨胀差对机组自身所造成的影响，分析胀差增加的原因和具体的机理，从而研究出能够有效控制胀差的对策，使胀差能够被控制在合理的范围内，确保汽轮机的安全运行，从而延长汽轮机的使用寿命，使其能够充分的应用到化工当中，提升汽轮机的经济效益。

参考文献：

[1]符礼冬.浅谈化工生产设备维修与保养[J].江西化工，2019（06）：17-19.

[2]李会元，王武凤，王春波，聂仁宾.化工工艺及化工设备适应性设计[J].化工设计通讯，2019，45（11）：69-70.

[3]周旭.140万吨/年催化裂化装置的烟气轮机节能改造关键技术研究[D].华东理工大学，2016.

[4]李玉超.催化裂化装置中烟气轮机长周期运行问题研究[D].北京理工大学，2016.

[5]颜朗斌.化工汽轮机胀差产生的原因分析与控制[J].石化技术，2016，22（01）：98.

[6]兰州石油化工公司机械厂致力于烟气轮机向其他领域的推广与应用[J].中外能源，2016，13（S1）：81.