汽轮机起动过程控制研究

梁 贺 刘汉谱 许 磊 林 智

中国石油天然气第一建设有限公司 河南洛阳 471000

汽轮机组系统庞大，需要机械、电气、仪表、管道、润滑油系统、蒸汽系统和监测系统等多方面协同才能正常起动、运行。

1 机体受热

汽轮机起动、停机过程中，汽缸和转子由于受热条件、材料、质量等因素的不同，使得其轴向热膨胀不相同，两者热膨胀量之差称为差胀。起动过程中，汽缸在高温蒸汽影响下，以死点（在排汽端）为基准沿轴线向前膨胀，与此同时，作为转子轴向定位支点的前轴承座或推力轴承支座也随之向前位移。由于转子的通流部分被蒸汽包围，加之转子质量远小于汽缸质量，转子温度升高比汽缸快，转子沿轴线方向伸长量大于汽缸热膨胀量，且转子热胀方向与汽热胀方向相反，这时差胀为正差胀，而停机过程中汽缸与转子的差胀为负差胀。差胀如达到规定的极限值，表明动、静轴向间隙小于要求的最小间隙。对汽轮机与被驱动机之间配用刚性联轴器的机组，差胀值过大有可能使被驱动机动、静体轴向间隙改变超出限定范围，倘若动、静体发生碰擦，会造成设备损坏事故。

汽轮机起动时，进汽参数可选择定参数或变参数，前者是整个起动过程进汽压力、温度为额定值；后者起动过程中蒸汽压力、温度逐渐变化。采用变参数起动时，初始阶段用压力较低且有50℃以上过热度蒸汽冲转汽轮机，以后逐渐提升蒸汽压力、温度直至达到额定值。如操作条件允许，尽可能采用变参数起动。这是因为用有一定过热度的低压蒸汽起动汽轮机，构件温度变化速度较平缓，不致产生过大温差和热应力，且起动时间相对缩短。汽轮机热态起动时，进汽温度必须高于汽缸温度。

2 仪表监视

（1）汽缸热膨胀指示器装在汽轮机前支座，由指针直接指示汽缸的绝对膨胀量，由运行人员就地监测。正常情况下，汽轮机滑销系统能保证汽缸有导向的自由热膨胀，指示器指针的移动是连续的。但如安装时调整不当，起动过程中某处滑销卡涩，则指针移动出现滞止或突跳，同时振动也会增大，这种情况下一般先降速稳定一段时间进行观察，若仍无改善必须停机处理。

（2）汽缸绝对膨胀仪：由传感器、前置器、指示仪等组成，可在控制室监测汽缸热膨胀。

（3）差胀监测仪：由传感器、前置器、显示仪、继电器模块等组成，用以监测汽缸与转子的差胀。除正常差胀值显示外，还有警告报警和危险报警两个报警点，当差胀达到设定的极限值分别发出报警或停机信号。

（4）偏心监测仪：BENTLY 公司的偏心监测仪是以微处理机为基础的监测器，用以指示转子弯曲的幅度，从而判断是否可以正常起动。

（5）汽缸温度监控仪：用热电偶分别测量汽缸上、下半温度，通过计算机处理得出汽缸上、下半温差。当温差达到允许温差限定值时发出报警，并由控制器发出指令限制机组转速（负荷）改变。

（6）在起动过程中，转速、轴振动、轴位移、轴承温度等都是必不可少的监测项目。

3 起动准备

3.1 蒸汽系统

（1）速关阀前主蒸汽管路隔离阀及旁路阀关闭；

（2）速关阀、调节汽阀关闭；

（3）主蒸汽管及抽汽管路排大气疏水阀开启，汽缸、平衡管及抽汽管路接至疏水膨胀箱管路上的疏水阀关闭；

（4）轴封供汽管路进汽阀、疏水阀关闭；

（5）抽汽速关阀、隔离阀关闭；

（6）抽气器进汽阀、空气门及疏水阀关闭；

（7）汽封冷却器的进汽阀、疏水阀关闭。

3.2 油系统

（1）油质检验合格；

（2）油箱油位正常；

（3）油泵进、出口隔离阀及冷油器和滤油器的进出阀门均为开启状态；冷油器、滤油器的切换阀处于单侧工作位置；冷油器的进水阀关闭，开水阀打开；

（4）油箱油温若低于20℃，需用加热器进行加热或使油泵提前投入运转来提高油温，汽轮机起动时轴承进油温度必须≥35℃；

（5）开动油泵：自带主油泵的汽轮机，起动辅助油泵；外泵供油的汽轮机，起动电动油泵；油泵运转后，振动、声响正常，出口油压稳定，调节油油压≥0.8MPa，润滑油总管油压约0.25MPa；

（6）从各回油视窗观察各轴承回油是否正常，检查所有油管路接口无漏油；

（7）有液压蓄能器的汽轮机，检查蓄能器的充氮压力；

（8）起动排油烟机，在油箱、回油箱、回油管及轴承座内腔形成微弱负压，正常运行时，一般为5～10mm 水柱。汽轮机起动前，油箱真空可略高于此值；若真空度过高，会有大量不洁空气和蒸汽被吸入油系统。

3.3 凝汽系统

（1）排汽通往公用凝汽器的汽轮机，排汽真空蝶阀严密关闭；

（2）视需要向凝汽器汽侧补充水质符合要求的凝结水或化学处理水，充水至热井液位计的3/ 4 处；

（3）全开循环水出水阀，稍开进水阀；

（4）开启凝结水泵进水阀，以及凝泵到凝汽器汽侧空气管道上的截止阀，关闭往锅炉给水系统的出水阀；在凝结水泵运转后，逐渐开启凝泵出水阀、再循环阀、真空系统水封部件供水阀；热井水位自动调节系统暂退出控制；

（5）抽气器投入运行：逐渐开启起动抽气器的进汽阀，阀后压力约0.2MPa，暖管5min 之后升至正常工作压力；缓慢打开抽气器与凝汽器之间的空气阀，使系统建立真空；真空达到- 0.04MPa 并且在凝泵已正常运行的情况下，主轴气器开始工作；主抽气器投入工作时先开第二级后开第一级，工作正常后可停用起动抽气器；退出时先关空气门，后关蒸汽进汽阀；汽轮机起动时真空应达到- 0.06MPa，最低不低于- 0.053MPa。

3.4 轴封送汽及盘车

为使凝汽系统迅速建立真空，需在盘车状态下向轴封送汽。必须注意避免在转子静止状态下向轴封送汽。在向轴封送汽后，根据真空变化情况及时调整送汽量，同时尽快使汽轮机冲转，以免汽封部分上、下缸温差过大。

3.5 保安系统

（1）在进行保安及调节系统的检查、调试之前，须确认进入汽轮机的汽源已被隔断，严防蒸汽漏入汽轮机；

（2）危急遮断油门挂钩、手动停机阀、停机电磁阀、抽汽控制电磁阀均处于正常运行工作状态；

（3）速关阀的开启及速关试验：在速关阀全开后，接着开启抽汽速关阀；之后，在速关阀全开状态下，分别进行手动和遥控速关试验；发出速关指令后，速关阀及抽汽速关阀均应立即关闭，且速关阀关闭时间小于1s；

（4）带有危急保安器试验滑阀的汽轮机，滑阀应处于正常运行状态；

（5）排汽、抽汽的压力保护功能暂时解除。

3.6 调节系统

新安装机组或机组大修后第一次起动前，或调节系统检修后，须进行调节系统调试。使用液压或机械液压调速器的汽轮机，在速关阀开启后继续操作启动调节器，建立二次油压，二次油压0.15MPa 和0.45MPa 分别与调节汽阀的0 °和最大开度相对应。在速关阀发生速关动作时，调节汽阀应同时关闭。汽轮机起动前，调速器的给定值在下限位置；有抽汽时，抽汽调节置于0 抽汽处。

3.7 仪表

所有一次、二次仪表的示值应与被测参数当时的状态相符。

3.8 暖管

隔离阀前主蒸汽管路进行暖管。

4 汽轮压缩机组的起动

4.1 起动前暖管

对速关阀和隔离阀之间的主蒸汽管路进行暖管，逐渐开启隔离阀的旁路阀，之后缓慢开启隔离阀。按规程规定的升压、升温速度进行暖管。在速关阀前蒸汽压力达到额定值后全开隔离阀。

4.2 起动曲线

起动曲线包括若干条不同状态的起动特性线。冷态是指起动时汽轮机汽缸温度是常温；若起动时汽缸调节级部位内壁温度大于150℃，则称为热态。热态起动特性线一般按停机到再次起动的间隔时间给出。当停机时间介于给定时间之间时，用内插法得出近似的起动特性线。汽轮机存在转速禁止停留区域，起动曲线上会标出这一区域的上、下限。在升速过程中，须快速不间断越过该转速范围。在起动过程中，机组（汽轮机、压缩机）和装置（工艺流程及设备）往往需要在某些工况保持稳定运转一段时间，以便进行检查、调试或必要的操作。同时，通常压缩机也有转速禁止停留区域，尤其在驱动多缸压缩机的机组中，很可能有多个禁止停留区域。在热态变参数起动时，进汽不仅需要有大于50℃的过热度，而且蒸汽温度至少要高出汽缸内壁温度50℃。

4.3 冲动转子低速暖机

打开汽缸及抽汽管疏水阀汽轮机冲转前，手动或液压直行程盘车必须退出工作，停止盘车到转子被冲转的间隔时间不应超过5min。速关阀全开后，使用液压调速器的汽轮机，通过继续操作启动调节器，建立、提升二次油压，开启调节汽阀。采用电液调节系统的汽轮机，按预先设定的操作方式（转速控制或阀位控制）增大调节器的输出。相应调节汽阀随电液转换器输出二次油压的升高而开启。冲动转子时，在与试运行相同操作条件下，若二次油压P2＞P2′+0.015MPa，转子仍未转动，则应立即停机，迅速查明原因。其中P2′为试运行时转子开始转动的二次油压。转子冲转后，通过控制调节汽阀开度，使机组转速稳定在低速暖机转速运转。低速暖机转速一般取最高连续转速的10%；在低速暖机保持时间内，对机组运转情况进行仔细检查。转子冲转后，使用电动盘车机构的汽轮机，须检查确认盘车机构闭锁在退出位置；采用油涡轮盘车时，关闭油涡轮进油阀，之后顶轴系统停止运行。在冲动转子和低速暖机阶段，要充分注意疏水。疏水口冒出无色蒸汽时，可适时关闭该疏水阀。凝汽器热井水位及水质合格时，逐渐开启输往给水系统凝结水出水阀，热井水位自动调节系统可投入工作。

机组转速达到80%后，轴承进油温度应不低于42℃。大于42℃时，通过调节冷油器进水阀开度，使轴承进油温度维持在（45±3）℃范围内。自带主油泵的汽轮机，在机组转速升至80%～85%时，进行主、辅油泵切换。切换时，机组转速及油泵出口压力参照试运行时记录的数据。在升速过程中，若出现振动过大等异常情况，一般先降低转速，待稳定一段时间后再继续升速。有汽封冷却器或汽封压力调节器的汽轮机，在升速及加负荷过程中，需根据封汽情况及时调整。

5 结语

汽轮机试运是否成功是对整个工程质量的全面考核，也是对基建的设计、施工质量和设备安装质量的检验；是对锅炉、汽轮机、被驱动机械及辅助设备的综合性能测试，也是对领导、组织、技术、管理能力及人员素质的全面考核。只有控制好起动前所有工序，才能保证汽轮机机组的安全正常运行。