汽轮机的启动.docx

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汽轮机的启动

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汽轮机的启动

第一节概述

一、启动的概念

　汽轮机的启动是指转子由静止（或盘车）状态升速到额定转速,并将负荷逐步增加到额定负荷的过程。

汽轮机的启动过程，也就是蒸汽向金属部件传递热量的复杂热交换过程。

在这个过程中,汽轮机各金属部件将受到高温蒸汽的加热，从室温及大气压力的状态过渡到额定温度和压力的状态。

制定合理的启动方式，就是研究汽轮机合理的加热方式,使启动过程中能保证机组的安全、经济，并力求缩短汽轮机的启动时间。

　　理想的启动方式,就是在启动中使机组各部金属温差、转子与汽缸的相对膨胀差都在允许范围内，以减少金属的热应力和热变形，提高启动水平。

在不发生异常振动,不引起磨擦和不严重影响机组寿命的条件下，尽量缩短总的启动时间,从而制定出在启动过程中各阶段汽轮机零部件所允许的最大温升速度，然后通过调整蒸汽参数或蒸汽流量的方式来准确保持温升速度,以保证安全、经济快速启动。

二、机组启动必须具备的条件

　　1、机组各部分安装完毕、齐全、准确、联接牢固,无松动和泄漏,各运转部件动作灵活、无卡涩,内部清洁，符合要求。

　2、机组安装完毕或运行机组投运前,油系统必须按要求进行冲洗，验收合格,调节保安系统用油油质合格。

　　　3、各部套经单独试验,动作灵活，并有合格的安装试验记录。

　4、机组所有仪器、仪表、测点齐全，安装接线正确，性能稳定,标志明显。

　5、机组所有管道保温良好，保温层不得有开裂、油浸等现象存在,保温层与基础等固定件间应留有足够的膨胀间隙。

三、汽轮机禁止启动的范围条件

　１、机组跳闸保护有任一项失灵，机组大联锁保护试验不正常。

2、主要仪表缺少或不正常，且无其它监视手段。

包括转速表、转子偏心度表、真空表、润滑油及EH油压表、振动表、主蒸汽及再热蒸汽压力、温度表、轴向位移指示表、差胀表、汽缸膨胀表、高中压内外缸温度表、轴瓦温度表、轴承回油温度表、主油箱油位计、润滑油温度表、发电机输出有功和无功功率表、电压表、电流表、频率表、同期表、励磁电流表和电压表、空、氢侧密封油压表、H2纯度表、H2压力表、汽包水位计、燃油压力表、氧量表、炉膛压力表、炉膛出口烟温表等。

３、DEH、ETS和DＣS、TSI及主要控制系统动作不正常或不能投入,影响机组启动及正常运行。

4、蒸汽室内的深孔热电偶与浅孔热电偶最大温差>　83℃。

5、高、中压缸上、下温差>5５.６℃。

6、启动盘车后,汽轮机组有金属磨擦声。

7、汽轮机转子偏心>0．076mｍ，或超过原始值的0．０25ｍm。

８、汽轮机差胀＞+18.9８ｍm或<+1mm。

９、轴向位移超过±0.9ｍm；

1０、汽轮机高、中压主汽门、高、中压调门、高排逆止门、抽汽逆止门任一卡涩不能关严，调速系统工作不正常。

1１、ＥH油泵，发电机高压密封备用油泵,交、直流润滑油泵，顶轴油泵工作不正常。

12、润滑油、EH油油质不合格或润滑油温低于3８℃、ＥH油温低于３８℃。

１3、盘车装置工作不正常。

14、控制用气源不正常。

15、轴封供汽不正常。

四、汽轮机组启动的基本要求：

汽轮机的启动过程，其机械状态和热力状态都发生了很大的变化。

从热力学的观点看，汽轮机的启动过程实质就是对汽轮机各部件的加热过程。

在完成加热过程的同时，也完成了机械状态的转变。

机组的整个启动过程包括启动前的准备,冲转前的操作,汽轮机的冲转,升速暖机及并网后接带负荷等几个阶段。

对于机组启动的基本要求是：

和锅炉、电气配合，在保证设备安全的基础上，尽快地使机组带上负荷，以减少启动能耗并增加机组在电网内的机动性。

对汽轮机本体来说,所谓保证安全,就是在启动过程中使机组各部分热应力、热变形、转子与汽缸的胀差以及机组振动均维持在允许的范围以内,尽快地把机组的金属温度均匀地升高到正常工作时的温度,并使整个启动过程不会对汽轮机寿命产生明显影响。

实践证明,热应力、热变形、胀差和振动四个问题,经常成为影响正常启动的主要问题。

　从以上所述机组启动过程中热应力,热变形、热膨胀和振动等主要安全问题,大多和汽轮机主要部件上的温差有关，而温差又主要取决于温升率。

为此在汽轮机启动过程中，应设法严格控制蒸汽流量及温度变化率,使汽机金属件的热应力、热变形、胀差等都控制在规定范围以内。

五、汽轮机启动方式

　汽轮机的启动方式可分为以下四类：

　　1、根据启动过程中采用的新蒸汽参数不同，可分为额定参数启动和滑参数启动两种。

额定参数启动时，从冲转直至机组带额定负荷，自动主汽门前的蒸汽参数（压力和温度）始终保持额定值。

采用这种启动方式时,冲转的蒸汽经过调节阀的节流而产生节流损失,经济性差；调节级后蒸汽温度变化剧烈，零部件受到较大的热冲击;以及冲动流量小,各部分加热不均匀等，因而大型汽轮机不采用这种启动方式。

　滑参数启动时,自动主汽门前的蒸汽参数（压力和温度）随机组转速或负荷的变化而升高。

采用喷嘴调节的汽轮机，定速后主汽门保持全开位置。

由于这种启动方式经济性好，零部件加热均匀等优点，所以在现代大型机组启动中，得到广泛应用。

滑参数启动根据冲转前主汽门前的压力大小又可分为压力法滑参数启动和真空法滑参数启动,一般采用压力法启动。

　　压力法滑参数启动指冲转时主汽门前蒸汽具有一定的压力和温度，当采用调速汽门控制时，在冲转升速过程中逐渐开大调速汽门，利用调速汽门控制转速,当汽轮机达到额定转速时，调速汽门就全开。

当采用主汽门控制时，冲转前全开高压调门、中压主汽门、中压调速汽门，逐渐开启高压主汽门升速。

当转速升至２9０0rｐm时,进行阀切换，高压主汽门全开，用高压调门控制升速至３００0rpm,并网、带负荷。

本机组采用主汽门控制方式。

2、按启动前汽轮机金属温度（调节级处内上壁温度）水平或中压缸第一级静叶持环温度分类:

　金属温度低于20４℃以下,为冷态启动。

　金属温度高于２0４℃，为温、热态启动。

3、按冲转时进汽方式分类：

高中压缸启动：

启动时,蒸汽同时进入高中压缸冲动转子，对高中压合缸的机组,可使分缸处均匀加热，减少热应力，并能缩短启动时间。

中压缸启动：

冲转时高压缸不进汽而中压缸进汽冲动转子,待转速升至2300～2５00r/miｎ后，才逐步向高压缸进汽。

这种启动方式虽然能达到安全启动的目的，但启动时间较长。

　4、按控制进汽流量的阀门分类

　冲转时，为控制进入汽轮机的流量，可以使用调速汽门、主汽门控制进汽流量。

用调速汽门启动,这时自动主汽门全部开启,进入汽轮机的蒸汽流量由调速汽门来控制。

用主汽门启动,启动前调速门全开,进入汽轮机的蒸汽流量由自动主汽门来控制。

采用自动主汽门或节流喷嘴联合调节方式，可使机组从冲转到带部分负荷（通常为2０～３0%）都是全周进汽，这时对于高压缸调节级圆周上温度均匀分布有明显的好处，因此这种控制方式得到广泛的应用。

第二节　启动前的准备工作

　汽轮机启动前做好充分的准备工作是安全启动和缩短启动时间的重要保证。

　　运行人员应熟知汽轮机全部设备，包括汽轮机本体、调节系统、凝汽设备、加热器、除氧器、各种水泵等的构造和工作原理；熟知汽、水、油等系统，并能根据需要正确切换各个系统；熟知每个阀门的位置、仪表的用途、各种保护、开停机和正常运行操作；能根据规程要求正确迅速地处理所发生的各种事故等。

　　启动准备工作的主要任务是使各种设备处于准备启动的状态,达到随时可以投入运行的条件。

实践经验证明，往往由于准备工作疏忽，例如对某些设备的缺陷未能及时发现，因而启动中这些设备临时发生故障,使启动过程大大拖长，甚至不能完成启动工作。

所以,启动前对各个系统都要进行详细的检查,使有关阀门处于规程要求的开或关的位置，电动阀和各主要辅助设备都要经过认真检查试验，确信性能良好后处于备用状态。

汽轮机组下列主要仪表必须完备、准确，并定期校验:

（１）轴向位移指示表;

（２）汽缸膨胀指示表;

（3）汽缸与转子膨胀差指示表；

（４）转子偏心指示表；

（5）径向轴承金属温度表;

（6）推力轴承金属温度表;

（7）机组正常启、停操作时测量蒸汽温度、压力、汽缸金属温度和温差的仪表装置；

（8）轴承或轴颈振动表；

（9）排汽缸温度表；

（１0）真空表;

　各项保护要求投入运行。

为保证运行的安全，采用了一系列的保护装置,如超速保护、轴向位移保护、低油压保护、低真空保护、差胀保护等。

汽机停机时间较长而重新启动时，EH油泵必须提前10小时启动油循环。

要使EH油温度达到3８℃以上，正常在４3.3~54．4℃之间。

启动交流润滑油泵，向润滑油系统和辅助安全油系统供油。

当油系统充满油,润滑油压已经稳定时，应对油系统管道、法兰、油箱油位、主机各轴承回油等情况进行详细检查。

值得指出的是,汽轮机静止时的调速系统的动作试验一定要在锅炉点火前进行，否则当锅炉点火后，蒸汽进入汽轮机将使汽轮机冲转。

　检查顶轴油泵入口来自润滑系统的总油门和安全装置的排油门已全开，油泵已充满油,空气已排净后,再启动顶轴油泵。

检查主机各轴承顶起油压是否达10～12ＭPａ。

开启盘车装置的润滑油门,确认齿轮啮合好后，启动盘车装置。

然后测量大轴挠度,作好记录。

　为了减少厂用电的消耗，循环水泵、凝结水泵的投入操作要力求紧凑。

要注意掌握锅炉启动的进程,尽量避免因锅炉迟迟不能点火使转动设备白白消耗能量。

　当锅炉具备点火条件时，开始抽真空。

要注意仔细检查容易造成漏气的地方，如低压法兰、排大气安全门、疏水门等处。

第三节　　滑参数启动

一、冲转参数的选择

1、主蒸汽参数

　汽轮机冷态起前,汽缸、转子等金属温度比较低（相当于室温），选择冲转参数时要防止热冲击,蒸汽温度与金属温度应相匹配,在选定的参数下应能通过临界转速并达到定速。

这样在启动过程中,锅炉可不必进行调整，简化了操作。

　　从传热学观点来看，汽轮机的启动过程属于不稳定导热过程。

在汽轮机冷态启动之前，转子和汽缸的温度都接近于室温。

当蒸汽进入汽轮机后，蒸汽以对流方式将热量传给汽缸内壁和转子外表面,然后再传至汽缸外壁和转子中心。

由于金属壁存在热阻，因而在汽缸内、外壁间和转子半径方向出现了温差。

温差值与蒸汽传给金属的热量成正比。

　当受热面一定时，传给金属部件的热量与放热系数和温差成正比。

转子冲动后温差比较大，故要求放热系数要小一些,以减小热冲击。

低压过热蒸汽的放热系数相当于额定参数的1/10,故冲转时要采用低压微过热蒸汽。

　为了防止前几级落入湿汽区域、改善叶栅的工作条件,启动参数要有一定的过热度。

同时防止启动时锅炉操作不当,蒸汽进入饱和区,使放热系数增大,造成热冲击或因蒸汽带水造成汽轮机水击，蒸汽过热度的要求应不小于5６℃。

#1、2、3、４机组

冷态冲转参数：

主蒸汽压力2.４５MPａ,主蒸汽温度３00℃,再热汽温２50℃，再热蒸汽压力0．37~0.４Ｍpa,主、再热两侧蒸汽温差<14℃，冲转时再热蒸汽压力不允许>0.8MPａ。

冷态启动时，主蒸汽至少有５5.５℃过热度，而总的温度不大于４２7℃，冲转时主蒸汽温度与再热蒸汽温差不允许大于83.３℃,主蒸汽温度、再热温度的两侧之差均≯１３．９℃。

热态启动参数：

（1）冲转时，主蒸汽温度应高于高压缸第一级金属温度80~100℃,且有50℃过热度，调节级后蒸汽温度均不得比该处金属温度高111℃或低5５℃。

再热汽温低于主汽温最大不允许达83℃。

（2）热态启动时，升速率可取１00～250r/ｍiｎ每分钟,但不一定针对０.01％的寿命损耗。

极热态（转子温度4５０℃）为尽快启动可按250r/ｍin每分钟的升速率，最大为500r/ｍiｎ。

（３）为缩短启动时间,根据第一级金属温度查启动冲转曲线,查得冲转的主蒸汽参数下的５%负荷时的第一级蒸汽温度,与第一级金属温度之差在±37%范围之内，冲转时间可仅为10分钟．

#５、6机组

冷态冲转参数为：

（１）主汽门前蒸汽压力5.0Mpa,温度435℃

（2）主汽门入口处的主蒸汽温度必须大于汽缸最高金属温度56℃以上，且至少应有５6℃以上的过热度,但温度不允许大于42７℃，主蒸汽温度和压力应该处在曲线“主汽门前启动蒸汽参数要求”所示冷态启动区域,　主蒸汽两侧温差≯14℃。

初负荷暖机时间至少不应小于３０分钟。

热态启动参数:

（1）热态启动选择冲转参数，主、再蒸汽应有5５.5℃以上的过热度。

主汽温度大于调节级金属温度55.5℃以上。

在任何情况下，调节级后蒸汽温度均不得比金属初始温度高１11℃或低37．8℃。

（２）尽量采用低压、高温蒸汽冲转,以最大程度减少蒸汽通过主汽阀和调节阀的节流损失。

（3）对于极热态启动（调节级或中压持环温度>４54℃）,如在异常情况下第一级蒸汽温度低于第一级金属温度而处于“热态启动的建议”中图表三所示的“精确匹配曲线”以下，则不需要保持5%负荷暖机时间，应该在10分钟之内将机组转速冲转到额定转速、同步并网、并带上图四中所对应的最低负荷值。

不需要保持最低负荷的暖机时间。

延长冲转和加负荷时间,均将迫使汽轮机金属的冷却。

必须明确:

主蒸汽温度、再热汽温度以机侧温度为准。

2、凝汽器的真空

凝汽式汽轮机的启动都无例外地要求冲转前建立必要的真空,凝汽器保持真空度的高低对启动过程有着很大的影响。

在冲转的瞬间会有使排汽安全门动作的危险。

此外,凝汽器真空过低还会使排汽温度大幅度地升高，使凝汽器铜管急剧膨胀造成胀口松弛，引起凝汽器漏水。

因此,汽机冲转前，真空应尽可能高。

二、暖管、暖机

启动前，主蒸汽管道、再热蒸汽管道、自动主汽门到调速汽门间的导汽管道、高中压缸的主汽门、调速汽门等的温度相当于室温,在启动过程中，为了减小温差引起的热应力和管道水击,在冲转前利用锅炉点火后的低温蒸汽,对上述设备和管道进行预热,称为暖管。

暖管时要控制蒸汽温升速度，蒸汽温升速度过小将延长启动时间，蒸汽温升速度太大会使热应力增大和造成强烈的水击,使管道振动以致损坏管道和设备。

锅炉的点火、升压和汽机的暖管疏水是同时进行的。

　暖管应和管道的疏水操作密切配合,当蒸汽进入冷的管道时，必然会急剧凝结，蒸汽凝结成水时放出汽化潜热,使管壁受热而温度升高。

如果这些凝结水不及时的从疏水管路排除,当高速汽流从管道中通过时，便会发生水冲击引起管道振动。

若这些水被蒸汽带入汽轮机内，将发生水冲击事故。

另外，通过疏水可以提高蒸汽温度。

因此,疏水是暖管过程中一项重要工作。

在暖管过程中，主蒸汽管和再热蒸汽冷、热段管的疏水，一般通过疏水集管到疏水扩容器排至凝汽器，再加上旁路系统的排汽,这时凝汽器已接带了热负荷,所以要保证循环水泵、凝结水泵及抽气设备的可靠运行。

如果这些设备发生故障而影响真空时，应立即停止旁路设备，关闭导向凝汽器的所有疏水门，开启所有排大气疏水门。

另外,在暖管中要定期开启疏水管的检查门，以观察是否还有积水,做到心中有数。

旁路系统投入后如果排汽进入凝汽器，排汽室温度要逐渐上升，低压胀差也开始变化，这时要投入水幕喷水,以便将排汽室温度调整在50℃以下。

注意对旁路系统的参数监视,发现异常变化，应及时分析，防止因阀门内漏、监视不严、操作不当，影响升温、升压速度,甚至危及汽轮机的安全。

因高、中压主汽门和调门不严密现象时有发生，在机组暖管、升压期间，汽轮机盘车经常发生脱扣现象,引起转子偏心增大,使机组启动时间延后。

为此，应严密监视盘车运行情况和转子偏心变化，调整旁路开度，尽可能避免盘车脱扣。

规程规定：

１、锅炉点火前,确认汽机本体疏水各阀门手动门位置正确,开启汽轮机汽缸疏水、导管疏水、抽汽逆止门前、后疏水门等与汽缸直接连通的疏水门

I、II级旁路暖管后投入旁路系统。

先投Ⅲ级，再投Ⅱ级，最后投Ⅰ级;先投减压，后投减温。

根据实际情况调整旁路开度,控制再热器压力不大于0.４MPa。

ＩI级旁路后汽温≥16０℃时,投入ＩI级旁路减温水，I级旁路后汽温≥3４0℃时,投入I级旁路减温水。

IIＩ减温器后汽温≥7０℃，投入ＩIＩ级旁路减温水。

但应控制Ｉ级、Ⅱ级旁路后汽温高于减温器前压力下的饱和温度。

下图为机组启动期间，由于高旁减温水门内漏,引起高压缸排汽管道进水，进而引发上下缸温差增大、调节级金属温度下降、再热汽升温缓慢现象,

高旁减温水压力

高旁出口汽温

高压缸下缸温度

　　四、冲转、升速

　在锅炉点火之前应尽可能早的投入盘车并连续运行。

长时间停机以后，为了消除转子临时产生热弯曲，启动前连续盘车不少于4ｈ，同时要测量转子的弯曲度。

转子弯曲度大于规定值时不允许冲转,应继续盘车,直到消除弯曲为止。

　具备冲转条件后，应做好冲转前的各项记录。

如主蒸汽压力、温度，高、中压缸上下壁金属温度，法兰、螺栓温度,高、中、低压胀差和轴向位移,汽缸膨胀,真空，油压,油温和大轴挠度指示等。

在DEＨ控制盘上按下“操作员自动”,按下“挂闸”按钮，检查“挂闸”灯亮，“脱扣”灯灭,中压主汽门开启，检查高排逆止门和一、二、三、五、六抽逆止门及抽汽电动门开启,按下“TV控制”,检查高压调门全开,设定目标值６00r/mｉｎ，升速率设定为100　r／ｍｉn/　min，按下“进行”,当转速﹥３r/min时检查盘车装置自动脱开后，应将电机停止运行,并关闭盘车装置进油门。

汽轮机转速升至600r/min,对汽轮发电机组进行全面检查,倾听机组声音应正常，上下缸温差、差胀、缸胀、转子轴向位移及转子弯曲度、振动值等应在正常范围内,检查低压缸喷水门自动打开。

在此转速下停留主要是为了检查设备的需要，因为此时进汽量小、蒸汽参数低,故对暖机来说意义不大。

在全面检查和有关操作完成以后即可准备升速。

检查一切正常后，设定目标转速2900r/min,设定升速率1０0　ｒ/min／ｍiｎ,按下“进行”,转速升至29０0r/miｎ，通过临界转速时，要迅速而平稳地通过,切忌在临界转速停留，但也不要升速过快，以致失去控制造成设备损坏。

汽轮机在此转速下要保持

当转速接近2８00ｒ/mｉn时,注意调速系统动作是否正常，主油泵是否投入工作，如主油泵工作正常，则停止交流润滑油泵和密封油备用油泵运行，但润滑油压不低于正常值,投入各油泵联锁。

当转速达到２900r/ｍｉｎ时,检查主汽门前汽压和汽温以及蒸汽室内壁金属温度间是否协调，则机组准备从节流调节过渡到喷嘴调节方式运行。

在确认蒸汽室内壁温度不小于主蒸汽压力下的饱和温度时，进行阀切换。

按下“GV控制”，检查高压调门从全开位置很快关下，主汽门逐渐开启至满开度，阀门切换完成，由高压调门控制机组转速,将升速率设定为５０　r／min/min,将转速升至3０00r／mｉｎ。

机组转速升至30０0ｒ/min后,做手打试验,检查高、中压主汽门和调门及抽汽逆止门、高排逆止门应关闭，机组转速应下降。

机组重新挂闸定速,调整冷油器出口油温,使其在规定范围内。

因＃1、2、３、4机中压主汽门开启动力较小，特别是＃1、２机组,在机组挂闸前，一般采用关小、甚至关闭高旁减压阀的方法，降低再热汽压,使中压主汽门顺利开启。

但是，调整高旁减压阀的开度，使旁路中的流通气体减少，如果调整高、低压旁路减温水门适当,将引起再热汽温下降,甚至发生汽轮机进水现象,危及汽轮机的安全。

为此,调整高旁减压阀时，必须同步调整高、低压旁路减温水门；如关闭高旁减温减压阀，必须同步关闭高、低压旁路减温水门。

下图为机组启动期间，由于低旁减温水门调整不当,引起再热汽温降低现象。

在调整旁路时，高压旁路和低压旁路开度调整要同步，防止发生再热汽压过高、过低现象，使高、中压缸均匀进汽,避免出现冲转异常现象。

＃5、６机组因高压主蒸汽与冷再管道间设置联络管道,用于对再热蒸汽管道暖管。

但在开度过大时,将造成再热汽压升高，挂闸时,易引起转速快速升高，

下图为再热汽压较高时，机组挂闸冲转,转速快速升高，对启动工作和汽轮机安全造成不利影响。

五、并列与接带负荷

　汽轮机定速后,经过检查，确认设备运转正常，并作完规定试验项目时,联系电气并列,机组并网后立即带上5％额定负荷,既15MW。

并列后锅炉的燃烧保持不变，进行低负荷（５　％额定负荷）暖机,在此负荷下稳定运行至少15min（#1、2、３、4机）、30mｉn（＃5、6机0。

在稳定运行期间,主蒸汽温度每变化1.7℃,另外再增加１miｎ的暖机时间。

同时应全面检查汽缸上下温差、转子振动、差胀、轴向位移、轴承油温油压是否正常。

初负荷暖机结束后,升负荷。

整个升负荷期间应保持负荷与蒸汽参数的匹配关系。

避免出现蒸汽参数出现失控现象,造成差胀、上下缸温差、振动异常现象。

下图为机组启动期间,主蒸汽、再热蒸汽温度上升较快，引起机组振动异常现象。

负荷

六、加热器的投入问题

　　高、低压加热器通常是随机启动，高压加热器也可在负荷带至一定值或者抽汽压力超过大气压后投入。

低压加热器投入得过晚，有可能影响汽缸的上下缸温差；高压加热器投入得过晚会影响给水温度,给锅炉燃烧造成困难。

七、冷态启动过程中的注意事项

　　　1、为了保证汽轮机启动的顺利进行，防止由于加热不均使金属部件产生过大的热应力、热变形以及由此而引起的动静部分摩擦，应当控制好下面几个主要控制指标:

蒸汽的温升速度，金属的温升速度，上、下缸温差,汽缸内、外壁温差，法兰内、外壁温差，法兰与螺栓的温差，阀门内、外壁温差,汽缸与转子的相对胀差等。

其中尤以蒸汽的温升速度须严格控制。