馬樹(shù)銀

摘 要：根據(jù)云南華能滇東能源有限公司機(jī)組的現(xiàn)狀，分析了汽輪機(jī)暖機(jī)過(guò)程的作用及思路，介紹了東方汽輪機(jī)廠600MW機(jī)組典型暖機(jī)方式和啟動(dòng)暖機(jī)過(guò)程中的幾個(gè)重要問(wèn)題。建議針對(duì)600MW汽輪機(jī)啟動(dòng)暖機(jī)過(guò)程制定啟動(dòng)控制的基本思路。

關(guān)鍵詞：冷態(tài)中壓缸啟動(dòng) 中速暖機(jī) 脆性損傷 壽命損耗 熱應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TK269 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（b）-0013-04

云南華能滇東能源有限公司6×600MW亞臨界汽輪機(jī)組為東方汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)制造。汽輪機(jī)為N600—16.7/538/538—2型亞臨界、中間再熱、單軸三缸四排汽、沖動(dòng)凝汽式，設(shè)計(jì)額定功率為600MW，最大連續(xù)出力為641.122MW。汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程各軸勁振動(dòng)限值為250um。升速暖機(jī)過(guò)程為：（1）高壓缸盤車預(yù)暖360min，使調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度達(dá)到150℃以上；（2）升速至1500r/min中速暖機(jī)240min；（3）升速至3000r/min額定轉(zhuǎn)速暖機(jī)40min；（4）有功功率30MW（5%）初負(fù)荷暖機(jī)60min。

1 汽輪機(jī)暖機(jī)過(guò)程中的重要問(wèn)題

1.1 沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇

對(duì)于中間再熱大容量機(jī)組，冷態(tài)沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇，主要是根據(jù)機(jī)組過(guò)臨界和維持定速的需要而確定的。一般主蒸汽壓力，應(yīng)綜合機(jī)爐兩方面及旁路系統(tǒng)的因素來(lái)考慮，要從便于維持啟動(dòng)參數(shù)的穩(wěn)定出發(fā)，使進(jìn)入汽缸的蒸汽流量應(yīng)能滿足汽機(jī)順利通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速和帶初始負(fù)荷的要求，同時(shí)為使金屬各部分加熱均勻，增大蒸汽的容積流量，沖轉(zhuǎn)蒸汽壓力應(yīng)盡量選擇低一些。蒸汽溫度，應(yīng)能避免啟動(dòng)初期對(duì)金屬部件的熱沖擊；同時(shí)防止蒸汽過(guò)早進(jìn)入濕蒸汽區(qū)而造成的凝結(jié)放熱及末幾級(jí)葉片的水蝕，要有足夠高的過(guò)熱度；總之蒸汽溫度應(yīng)與金屬溫度相匹配。凝汽器真空，沖轉(zhuǎn)瞬間大量蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)，因蒸汽的凝結(jié)需要有個(gè)過(guò)程，所以真空會(huì)有所降低，如果真空過(guò)低在沖轉(zhuǎn)瞬間就會(huì)有低壓缸安全門動(dòng)作的危險(xiǎn)，同時(shí)排汽溫度大幅度升高，使凝汽器銅管急劇膨脹，造成脹口松弛而泄漏。過(guò)高的真空也是不必要的，在其它沖轉(zhuǎn)參數(shù)都具備時(shí)僅僅為了等真空上來(lái)，必然會(huì)延遲機(jī)組沖轉(zhuǎn)時(shí)間；另外真空過(guò)高沖動(dòng)汽輪機(jī)所需的蒸汽量減少，達(dá)不到良好的暖機(jī)效果從而延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間。

對(duì)沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇，必須要考慮調(diào)節(jié)級(jí)處及中壓持環(huán)處的金屬溫度與蒸汽溫度的匹配。近十幾年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在火電廠的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外一些制造廠都對(duì)機(jī)組提出了典型的啟動(dòng)曲線、圖表。這些圖表是根據(jù)機(jī)組在啟停過(guò)程中轉(zhuǎn)子承受的交變熱應(yīng)力和轉(zhuǎn)子材料的低周疲勞壽命曲線而制定的。根據(jù)機(jī)組所要承擔(dān)的運(yùn)行方式，規(guī)定出各種運(yùn)行方式的啟停次數(shù)和循環(huán)壽命消耗量，同時(shí)確定出第一級(jí)葉片出口蒸汽溫度的變化量和變化率。一般機(jī)組啟動(dòng)都是根據(jù)金屬溫度水平、允許的最大失配溫度，反過(guò)來(lái)查出沖轉(zhuǎn)參數(shù)的允許范圍。這里所謂的失配溫度就是調(diào)節(jié)級(jí)出口汽溫與調(diào)節(jié)級(jí)處汽缸金屬溫度之差。正值為蒸汽溫度高于金屬溫度，沖轉(zhuǎn)后直接可對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行加熱；負(fù)值表示蒸汽溫度低于金屬溫度，沖轉(zhuǎn)后蒸汽將對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻。理想的失配溫度的選擇自然是正直。日本電氣股份公司對(duì)500MW及以上汽輪機(jī)的失配溫度提出的限值為+170℃～-110℃，并指出理想的限值為+30℃～-50℃。日本三菱公司對(duì)其大型機(jī)組的啟動(dòng)明確規(guī)定，機(jī)組沖轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)出口氣溫與調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度之差應(yīng)在+110℃～-56℃，由此決定沖轉(zhuǎn)蒸汽條件，并指出該溫差的限制值為+140℃～-83℃。本廠機(jī)側(cè)沖轉(zhuǎn)參數(shù)，主汽壓力：6.0MPa，主汽溫度：330℃，再熱汽壓力：1.1MPa，再熱汽溫：310℃，凝汽器真空：>72kPa。

1.2 暖機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)速選擇

汽輪機(jī)的暖機(jī)轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速、汽缸共振轉(zhuǎn)速和葉片共振轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致部件在大交變應(yīng)力下加速疲勞破壞，所以選擇暖機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)對(duì)臨界轉(zhuǎn)速、汽缸共振轉(zhuǎn)速和葉片共振區(qū)了解清楚，不要隨意選擇轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間暖機(jī)。為了防止高中壓轉(zhuǎn)子失穩(wěn)，高中壓合缸汽輪機(jī)的高中壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速通常為1500～1800r/min，高中壓分缸汽輪機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速通常為2000～2300r/min。

根據(jù)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)原理，轉(zhuǎn)速小于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子振動(dòng)高點(diǎn)與一階不平衡質(zhì)量夾角小于90?；轉(zhuǎn)速等于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子振動(dòng)高點(diǎn)與一階不平衡質(zhì)量夾角等于90?；轉(zhuǎn)速大于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子振動(dòng)高點(diǎn)與一階不平衡質(zhì)量夾角大于90?且小于180?。當(dāng)發(fā)生動(dòng)靜碰摩時(shí)轉(zhuǎn)子局部發(fā)熱，向碰摩位置方向彎曲。實(shí)踐證明，汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩時(shí)摩擦響應(yīng)主要呈一階振型。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子熱彎曲和振動(dòng)高點(diǎn)矢量和大于轉(zhuǎn)子熱彎曲量，動(dòng)靜碰摩進(jìn)一步加劇，摩擦引起的轉(zhuǎn)子熱彎曲不斷積累增大；反之，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，摩擦引起的轉(zhuǎn)子熱彎曲不能積累；當(dāng)轉(zhuǎn)速接近一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子熱彎曲和振動(dòng)高點(diǎn)矢量和也大于轉(zhuǎn)子熱彎曲量，由于一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)摩擦熱彎曲引起的振動(dòng)響應(yīng)大，動(dòng)靜碰摩法向力遠(yuǎn)高于前兩種轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致摩擦發(fā)熱功率加大，摩擦熱彎曲加快，形成惡性循環(huán)。特別是高中壓轉(zhuǎn)子，由于阻尼小，一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，振幅放大因子很大，動(dòng)靜碰摩可能在極短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱彎曲達(dá)到很高的水平，如轉(zhuǎn)子局部應(yīng)力超過(guò)材料屈服極限將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生永久性彎曲，這一過(guò)程發(fā)展極快，往往是人工不可控的。

低速暖機(jī)指1000r/min以下轉(zhuǎn)速暖機(jī)。和盤車預(yù)暖的目的和原理相同，低速暖機(jī)在低應(yīng)力水平下提高轉(zhuǎn)子的抗脆性失效能力。其風(fēng)險(xiǎn)在于摩擦熱彎曲的積累，低轉(zhuǎn)速時(shí)不易通過(guò)振動(dòng)發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜摩擦，當(dāng)轉(zhuǎn)子快速通過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí)，由于摩擦熱彎曲積累的存在，動(dòng)靜碰摩引起的振動(dòng)遠(yuǎn)大于不低速暖機(jī)的方式。

高速暖機(jī)指2000～3000r/min的暖機(jī)，高速暖機(jī)在將轉(zhuǎn)子應(yīng)力水平控制在一定程度下獲得更高的暖機(jī)效率；此外，在高于一階臨界轉(zhuǎn)速下，動(dòng)靜碰摩不會(huì)引起強(qiáng)烈振動(dòng)，加之轉(zhuǎn)速高，磨汽封效果很好，高速暖機(jī)轉(zhuǎn)速也稱磨汽封轉(zhuǎn)速。但由于高速暖機(jī)時(shí)進(jìn)汽量大，熱流密度大，導(dǎo)致汽缸溫升率不可控，轉(zhuǎn)子應(yīng)力過(guò)大。

中速暖機(jī)指1000～2000r/min的暖機(jī)，日立、東芝技術(shù)的汽輪機(jī)除盤車預(yù)暖、低速暖機(jī)外，主要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的中速暖機(jī)。按照上述分析，中速暖機(jī)存在一階臨界轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)烈振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，但是日立、東芝技術(shù)汽輪機(jī)的中速暖機(jī)與傳統(tǒng)的中速暖機(jī)相比存在明顯不同。傳統(tǒng)中速暖機(jī)轉(zhuǎn)速選擇在遠(yuǎn)離高中壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速的區(qū)域，通常在1000～1200r/min，低于高中壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速500～600r/min。日立、東芝技術(shù)汽輪機(jī)中速暖機(jī)轉(zhuǎn)速低于高中壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速150～200r/min，這一轉(zhuǎn)速下振動(dòng)對(duì)動(dòng)靜碰摩比較敏感，當(dāng)動(dòng)靜碰摩時(shí)振動(dòng)會(huì)大幅波動(dòng)或持續(xù)上升，容易被運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)并采取措施；實(shí)踐證明，這一轉(zhuǎn)速下動(dòng)靜碰摩，局部摩擦發(fā)熱功率不足以導(dǎo)致局部熱應(yīng)力過(guò)大而引起轉(zhuǎn)子永久性彎曲；日立、東芝技術(shù)汽輪機(jī)的中速暖機(jī)轉(zhuǎn)速和振動(dòng)限值的選擇有效防止了不可控動(dòng)靜碰摩。日立、東芝技術(shù)汽輪機(jī)的中速暖機(jī)方式值得研究、試用和利用。綜上所述，我廠采用1500r/min中速暖機(jī)。

1.3 轉(zhuǎn)子材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度及脆性損傷

高強(qiáng)度合金鋼在低溫時(shí)沖擊韌性會(huì)顯著下降，工程上，將材料沖擊試驗(yàn)時(shí)斷口形貌中脆性和韌性斷裂面積各占50%的試驗(yàn)溫度稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度（FATT）。大型汽輪機(jī)的高中壓轉(zhuǎn)子使用Cr-Mo-V鋼，其FATT為80℃～130℃。實(shí)踐表明，材料在高于FATT 50℃以上時(shí)才具有較好的抗脆性破壞能力。因此，汽輪機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中需要在低應(yīng)力工況下暖機(jī)，使轉(zhuǎn)子溫度高于FATT后再逐漸進(jìn)入高應(yīng)力工況。

在汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)升速過(guò)程中，由于溫升較小，汽輪機(jī)部件的熱應(yīng)力還不很大，預(yù)防轉(zhuǎn)子低溫脆性損傷就成為主要任務(wù)之一。這要求合理地安排升速方式，使機(jī)組在定速之前，在轉(zhuǎn)子應(yīng)力水平不高的條件下，進(jìn)行充分暖機(jī)，將轉(zhuǎn)子內(nèi)孔的金屬溫度提高到FATT以上。三菱公司汽輪機(jī)運(yùn)行說(shuō)明書指出，在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，中速暖機(jī)的目的主要是預(yù)防轉(zhuǎn)子脆性損傷。在WH、GE公司的大型汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程中也規(guī)定，在升速過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子內(nèi)孔金屬溫度達(dá)到FATT之后，才允許升速到定速。

汽輪機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子屬于不穩(wěn)定的加熱過(guò)程，其中心孔的金屬溫度滯后于表面溫度。同時(shí)在高轉(zhuǎn)速情況下，轉(zhuǎn)子中心孔部位承受比較高的離心力。因此，為了防止脆性損傷，在升速到定速之前，要求高中壓轉(zhuǎn)子最后一級(jí)葉輪段的轉(zhuǎn)子中心孔部位的金屬溫度應(yīng)超過(guò)FATT。由于高壓缸采取盤車預(yù)暖360min，使調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度達(dá)到150℃以上后，升速至1500r/min中速暖機(jī)240min，在中速暖機(jī)結(jié)束時(shí)，高壓轉(zhuǎn)子最后一級(jí)中心孔部位已達(dá)到150℃。因此高壓轉(zhuǎn)子在中速暖機(jī)結(jié)束時(shí)，能夠順利渡過(guò)FATT。而中壓轉(zhuǎn)子在中速暖機(jī)結(jié)束時(shí)，末級(jí)中心孔部位金屬溫度還較低，約在90℃～100℃左右，遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)子材料的FATT。由于沖轉(zhuǎn)時(shí)再熱蒸汽溫度低、蒸汽流量小、壓力低、放熱系數(shù)小、在升速過(guò)程中最后幾級(jí)蒸汽溫度變化緩慢、缸體和轉(zhuǎn)子粗大、吸熱量多等，所以中壓轉(zhuǎn)子后半部金屬溫升速度緩慢，在中速暖機(jī)結(jié)束時(shí)，難以渡過(guò)FATT。因此，汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家規(guī)定，升速至3000r/min額定轉(zhuǎn)速暖機(jī)40min，并網(wǎng)后在有功功率30MW（5%）初負(fù)荷暖機(jī)60min。由此看來(lái)，在預(yù)防汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的脆性損傷時(shí)，對(duì)中壓轉(zhuǎn)子應(yīng)給予充分的重視。

1.4 中速暖機(jī)的時(shí)間及指標(biāo)控制

在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)沖轉(zhuǎn)時(shí)金屬溫度的實(shí)際狀態(tài)和暖機(jī)結(jié)束時(shí)的實(shí)際金屬溫度變化狀態(tài)靈活地確定中速暖機(jī)時(shí)間，而不是一固定的數(shù)據(jù)。在升速過(guò)程中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的加熱效果，不僅受主汽溫度和再熱汽溫度的影響，特別是中壓轉(zhuǎn)子的后半部，還將受到軸封蒸汽溫度、汽缸及轉(zhuǎn)子幾何形狀尺寸、排汽真空等多種因素的影響。即使同樣的蒸汽參數(shù)，由于運(yùn)行方式不同，金屬的受熱狀態(tài)將有所差異。因此判別轉(zhuǎn)子金屬溫度是否已渡過(guò)FATT，應(yīng)該以中壓缸排汽部分實(shí)際金屬溫度狀態(tài)或?qū)嶋H排汽溫度為依據(jù)。為此建議在中壓缸排汽管上或中壓缸排汽室安裝汽溫或金屬溫度測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行轉(zhuǎn)子實(shí)際受熱狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。在東芝公司的大型火電機(jī)組啟動(dòng)方式中明確指出，為了預(yù)防脆性損傷，應(yīng)以中壓缸排汽室上半部的金屬溫度實(shí)際變化狀態(tài)來(lái)判斷中速暖機(jī)是否結(jié)束；GE公司汽輪機(jī)啟動(dòng)和帶負(fù)荷導(dǎo)則中規(guī)定，中速暖機(jī)后，中壓缸排汽溫度低于200℃時(shí)，還需進(jìn)行高速暖機(jī)。然而，也并不是說(shuō)中壓缸排汽溫度達(dá)到啟動(dòng)和帶負(fù)荷導(dǎo)則中規(guī)定的溫度時(shí)，中速暖機(jī)就結(jié)束。根據(jù)各公司的工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果可知，在一定的蒸汽參數(shù)狀態(tài)下，當(dāng)中壓缸排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度時(shí)，由于轉(zhuǎn)子較粗及傳熱的滯后，轉(zhuǎn)子中心溫度還沒(méi)有越過(guò)FATT，轉(zhuǎn)子中心與轉(zhuǎn)子外表面的溫差還很大，只有在中壓缸排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度且暖機(jī)2～4h后，轉(zhuǎn)子中心的溫度才越過(guò)FATT。在排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度且暖機(jī)2h后，雖然轉(zhuǎn)子中心溫度已達(dá)到FATT，但轉(zhuǎn)子外表面與轉(zhuǎn)子中心的溫差還很大，導(dǎo)致熱應(yīng)力很大；一般在大于4個(gè)小時(shí)后內(nèi)外表面的溫差<20℃，這時(shí)熱應(yīng)力已很小。該廠中速暖機(jī)的控制指標(biāo)為：（1）高壓內(nèi)下缸內(nèi)壁溫>320℃；（2）中壓內(nèi)下缸內(nèi)壁溫>320℃；（3）高中壓缸膨脹>8mm；（4）中壓缸排汽室內(nèi)壁溫>240℃。

1.5 啟動(dòng)過(guò)程中汽輪機(jī)的壽命管理及分配

汽輪機(jī)的壽命是指從初次投入運(yùn)行一直到轉(zhuǎn)子出現(xiàn)第一條宏觀裂紋（長(zhǎng)度為0.2～0.5mm）經(jīng)歷過(guò)的交變載荷次數(shù)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，汽輪機(jī)壽命主要取決于機(jī)組啟停和負(fù)荷變化引起的交變熱應(yīng)力。這種高水平交變熱應(yīng)力，是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子低周疲勞損傷的主要因素。度量汽輪機(jī)壽命的單位是轉(zhuǎn)子承受的交變載荷的循環(huán)次數(shù)，并不是運(yùn)行時(shí)間。由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組中最昂貴的部件，又工作在高溫高壓的惡劣環(huán)境中，一般定義汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的壽命即為汽輪機(jī)組壽命。

低周疲勞損傷是構(gòu)成轉(zhuǎn)子損傷的主要部分，產(chǎn)生熱應(yīng)力的原因是轉(zhuǎn)子本身受熱不均，存在著溫差，主要發(fā)生在汽輪機(jī)啟動(dòng)階段、停機(jī)階段和負(fù)荷變動(dòng)階段。啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子工作在穩(wěn)定導(dǎo)熱條件下，但是轉(zhuǎn)子表面先受到蒸汽加熱膨脹。轉(zhuǎn)子表面接受到熱量后，再以熱傳導(dǎo)的方式將熱量傳遞帶其他部分。轉(zhuǎn)子內(nèi)部溫度較低，限值表面膨脹，從而導(dǎo)致了熱應(yīng)力的產(chǎn)生，此時(shí)轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，二中心部位承受拉應(yīng)力。單位時(shí)間內(nèi)傳給轉(zhuǎn)子表面的的熱量越多，則溫差越大，熱應(yīng)力也就越大。汽輪機(jī)的停機(jī)過(guò)程正相反，是一個(gè)冷卻過(guò)程，熱力參數(shù)和機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)也要發(fā)生一系列變化。停機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)子表面先冷卻，中心部位保持較高溫度，從而使表面承受拉應(yīng)力而中心部位承受壓應(yīng)力。這樣，每啟停一次，轉(zhuǎn)子表面和中心部位就承受一次壓應(yīng)力和一次拉伸應(yīng)力的作用，這種交變應(yīng)力引起金屬材料的疲勞損傷，長(zhǎng)期積累就有可能出現(xiàn)裂紋。因此，控制金屬溫升率，限值部件的熱應(yīng)力，保證循環(huán)壽命消耗量不超過(guò)規(guī)定數(shù)值，是汽輪機(jī)啟?？刂频幕緶?zhǔn)則。其中，壽命消耗主要考慮以下兩個(gè)方面。

（1）由蠕變引起的壽命消耗：它占整個(gè)壽命消耗量的20%～30%，其壽命消耗量通常用t0/tR表示。其中t0為運(yùn)行小時(shí)數(shù)，tR為相應(yīng)此運(yùn)行狀態(tài)的溫度和應(yīng)力作用下，達(dá)到蠕變損壞所需的小時(shí)數(shù)?？偟娜渥儔勖牧繛椋?/p>

一般啟動(dòng)過(guò)程中，金屬溫度不高，通常不考慮蠕變壽命消耗。只有金屬溫度超過(guò)420℃時(shí)才考慮合金鋼部件的蠕變問(wèn)題。

（2）低周疲勞引起的壽命消耗：它占整個(gè)壽命消耗量的70%～80%，其壽命消耗量通常表示為：

式中，n為實(shí)際的循環(huán)次數(shù)，一個(gè)完整的循環(huán)包括啟動(dòng)、帶負(fù)荷運(yùn)行、停機(jī)的整個(gè)過(guò)程；N為相應(yīng)此運(yùn)行溫度和應(yīng)力到達(dá)產(chǎn)生低周疲勞裂紋的循環(huán)次數(shù)?？偟牡椭芷趬勖牧繛椋?/p>

2 暖機(jī)過(guò)程中存在的問(wèn)題

2.1 煙煤?jiǎn)?dòng)導(dǎo)致蒸汽溫度過(guò)高

近幾年，火電行業(yè)大面積虧損，為了提高啟機(jī)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，為了節(jié)省燃油量和廠用電，爭(zhēng)先恐后地實(shí)行煙煤?jiǎn)?dòng)。由于實(shí)施煙煤?jiǎn)?dòng)導(dǎo)致?tīng)t膛內(nèi)的輻射熱量和對(duì)流熱量發(fā)生較大變化，火焰中心上移。導(dǎo)致?tīng)t膛產(chǎn)汽量偏少和蒸汽溫度不可控。最終導(dǎo)致中速暖機(jī)過(guò)程中蒸汽溫度不可控，蒸汽溫度過(guò)高。這將使得暖機(jī)過(guò)程中調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度和中壓持環(huán)金屬溫度在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到中速暖機(jī)結(jié)束的目標(biāo)值，但對(duì)于汽缸和轉(zhuǎn)子將造成很大的損傷，尤其是轉(zhuǎn)子。

2.2 中速暖機(jī)的指標(biāo)控制及暖機(jī)時(shí)間

東方汽輪機(jī)廠600MW機(jī)組中速暖機(jī)的指標(biāo)控制為：（1）高壓內(nèi)下缸內(nèi)壁溫>320℃；（2）中壓內(nèi)下缸內(nèi)壁溫>320℃；（3）高中壓缸膨脹>8mm；（4）中壓缸排汽室內(nèi)壁溫>240℃。中速1500r/min暖機(jī)240min，然后升速至額定轉(zhuǎn)速3000r/min暖機(jī)40min，并網(wǎng)后在有功功率30MW（5%）初負(fù)荷暖機(jī)60min。大部分廠在暖機(jī)過(guò)程中主要看缸脹和調(diào)節(jié)級(jí)溫度，只要這兩個(gè)指標(biāo)達(dá)到就準(zhǔn)備升速并網(wǎng)帶負(fù)荷。

2.3 中速暖機(jī)過(guò)程中的金屬溫升率

高壓轉(zhuǎn)子金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的150℃加熱到320℃，溫度上升170℃，按60℃/h的溫升率算，3h即可完成暖機(jī)；中壓轉(zhuǎn)子金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的80℃左右加熱到320℃，溫度上升240℃，按60℃/h的溫升率算，4h即可完成暖機(jī)。最近大部分電廠在中速暖機(jī)過(guò)程中一般2.5～3h就達(dá)到320℃，中壓缸溫升率在1.5℃/min左右，壽命消耗也在允許的范圍內(nèi)。單從溫升率看是沒(méi)問(wèn)題。

2.4 中速暖機(jī)結(jié)束后進(jìn)一步階段性暖機(jī)

廠家要求中速暖機(jī)結(jié)束后，升速至額定轉(zhuǎn)速3000r/min暖機(jī)40min，并網(wǎng)后在有功功率30MW（5%）初負(fù)荷暖機(jī)60min。許多電廠在中速暖機(jī)結(jié)束后就直接升速至3000r/min，接著就并網(wǎng)帶負(fù)荷。

3 針對(duì)中速暖機(jī)的建議

3.1 執(zhí)行煙煤?jiǎn)?dòng)方案時(shí)，把控好投粉時(shí)機(jī)及投粉量

在燒參數(shù)階段一般汽包起壓，高低旁開(kāi)啟后就準(zhǔn)備投粉，二次風(fēng)溫度也沒(méi)有達(dá)到規(guī)程要求。從最近幾年煙煤?jiǎn)?dòng)來(lái)看，投粉時(shí)間越早，蒸汽參數(shù)越難控制。

而且投粉早且粉量大的情況下，更容易出現(xiàn)蒸汽溫度高而壓力低的現(xiàn)象。出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因就是投粉早引起的，投入煤粉后減小了油流量，導(dǎo)致輻射熱量減少，對(duì)流熱量比例增大，最終導(dǎo)致產(chǎn)汽量減少，壓力起不來(lái)且蒸汽溫度偏高。要想改變此現(xiàn)象，只能是增高爐膛高度，但這是不可能的。因此，在燒參數(shù)時(shí)，建議汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后開(kāi)始中速暖機(jī)后再投粉，這樣蒸汽參數(shù)要好控一些。投粉量根據(jù)中速暖機(jī)過(guò)程中溫度上升幅度來(lái)調(diào)整，主再熱氣溫控制在420℃～450℃為好。

3.2 控制好燃油量，不能過(guò)分追求節(jié)油

現(xiàn)在各電廠之間加強(qiáng)了交流溝通學(xué)習(xí)，最近在煙煤?jiǎn)?dòng)方案的交流甚為頻繁，由于對(duì)比導(dǎo)致一個(gè)廠想比一個(gè)廠節(jié)油經(jīng)濟(jì)。本廠現(xiàn)在煙煤?jiǎn)?dòng)從鍋爐點(diǎn)火至機(jī)組負(fù)荷350MW斷油，各階段耗油分析如下：鍋爐燒參數(shù)階段耗油40～45t，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至中速暖機(jī)結(jié)束階段耗油20～30t，機(jī)組并網(wǎng)至油槍全部撤出階段耗油15～20t，機(jī)組啟動(dòng)用油大概在75～95t；啟動(dòng)爐運(yùn)行約20～25h，耗油20～30t；共計(jì)耗油在95～125t的范圍。以前的純油啟動(dòng)耗油在170～180t的范圍，相比之前煙煤?jiǎn)?dòng)節(jié)約50～70t的油耗。有些廠能將油耗控制在50t左右在有鄰爐加熱的情況下，通過(guò)學(xué)習(xí)觀摩后發(fā)現(xiàn)咱們也能達(dá)到這個(gè)油耗，但這導(dǎo)致機(jī)組參數(shù)不可控，在這種情況下還想縮短暖機(jī)時(shí)間，勢(shì)必導(dǎo)致熱沖擊、熱應(yīng)力及壽命損耗過(guò)大，長(zhǎng)久來(lái)說(shuō)對(duì)機(jī)組安全產(chǎn)生不利影響。

3.3 中速暖機(jī)的時(shí)間把控

高壓調(diào)節(jié)級(jí)金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的150℃加熱到320℃，溫度上升170℃，按60℃/h的溫升率算，3h即可完成暖機(jī)；中壓持環(huán)金屬溫度從沖轉(zhuǎn)前的80℃左右加熱到320℃，溫度上升240℃，按60℃/h的溫升率算，4h即可完成暖機(jī)。我廠最近在中速暖機(jī)過(guò)程中一般2.5～3h就達(dá)到320℃，中壓缸溫升率在1.5℃/min左右，壽命消耗也在允許的范圍內(nèi)，單從溫升率看是沒(méi)問(wèn)題。但是根據(jù)各公司的工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果可知，在一定的蒸汽參數(shù)狀態(tài)下，當(dāng)中壓缸排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度時(shí)，由于轉(zhuǎn)子較粗及傳熱的滯后，轉(zhuǎn)子中心溫度還沒(méi)有越過(guò)FATT，轉(zhuǎn)子中心與轉(zhuǎn)子外表面的溫差還很大，只有在中壓缸排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度且暖機(jī)2～4h后，轉(zhuǎn)子中心的溫度才能越過(guò)FATT。在排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度且暖機(jī)2h后，雖然轉(zhuǎn)子中心溫度已達(dá)到FATT，但轉(zhuǎn)子外表面與轉(zhuǎn)子中心的溫差還很大，導(dǎo)致熱應(yīng)力很大；一般在排汽溫度達(dá)到規(guī)定的溫度后暖機(jī)大于4h后內(nèi)外表面的溫差小于20℃，這時(shí)熱應(yīng)力已很小，對(duì)機(jī)組損傷才達(dá)最小。因此，建議通過(guò)中壓缸排汽溫度及四段抽汽溫度的變換來(lái)安排暖機(jī)時(shí)間，即在中速暖機(jī)1h后，檢查中壓缸排汽溫度及四段抽汽溫度，若兩個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)都達(dá)200℃以上，則再暖機(jī)2h后轉(zhuǎn)子中心孔與轉(zhuǎn)子外表面的內(nèi)外壁溫差小于80℃，而且轉(zhuǎn)子中心的溫度也基本能越過(guò)FATT，在這種情況下即可升速至額定轉(zhuǎn)速。

3.4 升速至3000r/min及帶5%的初始負(fù)荷暖機(jī)

汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家規(guī)定，中速暖機(jī)結(jié)束后升速至3000r/min額定轉(zhuǎn)速暖機(jī)40min，并網(wǎng)后在有功功率30MW（5%）初負(fù)荷暖機(jī)60min。這樣的目的是為了進(jìn)一步使轉(zhuǎn)子中心孔與轉(zhuǎn)子外表面的內(nèi)外壁溫差縮小，減小轉(zhuǎn)子內(nèi)外表面熱應(yīng)力，同時(shí)也使高壓調(diào)節(jié)級(jí)和中壓持環(huán)內(nèi)外壁金屬溫差縮小，減小了缸體的熱應(yīng)力。在此階段，將主汽閥閥殼、調(diào)節(jié)閥閥殼以及中壓進(jìn)汽室和調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)汽室缸體內(nèi)外壁溫度差值降至最小，對(duì)缸體及閥體的損傷也減至最小。汽輪機(jī)運(yùn)行說(shuō)明書指出，在主汽閥閥殼內(nèi)表面金屬溫度在300℃～400℃時(shí)，內(nèi)外壁金屬溫差不大于116℃～106℃；調(diào)節(jié)閥閥殼內(nèi)表面金屬溫度在300℃～400℃時(shí)，內(nèi)外壁金屬溫差不大于108℃～96℃；中壓進(jìn)汽室和調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)汽室缸體內(nèi)表面金屬溫度在300℃～400℃時(shí)，內(nèi)外壁金屬溫差不大于110℃～98℃。因此，在暖機(jī)過(guò)程中，只要上述溫差超過(guò)此范圍，就應(yīng)穩(wěn)住汽溫，停止加負(fù)荷，進(jìn)一步進(jìn)行暖機(jī)，直至溫差在控制范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)汽輪機(jī)中壓轉(zhuǎn)子脆性損傷的預(yù)防應(yīng)給予足夠的重視。

（2）為了預(yù)防脆性損傷，應(yīng)以中壓缸排汽部分金屬溫度和汽溫的實(shí)際變化狀態(tài)作為判斷中速暖機(jī)結(jié)束的標(biāo)致。

（3）中速暖機(jī)的轉(zhuǎn)速最好先在廠家推薦值暖機(jī)一段時(shí)間后再做升降速暖機(jī)，在降速暖機(jī)時(shí)，降低轉(zhuǎn)子振動(dòng)限值對(duì)防止一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)不可控動(dòng)靜碰摩是非常有效的，建議將振動(dòng)限值降至規(guī)定值的0.7倍及以下值。

（4）汽輪機(jī)暖機(jī)方式是非常復(fù)雜的，對(duì)汽輪機(jī)的壽命和安全運(yùn)行非常關(guān)鍵，在電力生產(chǎn)中常常忽視而導(dǎo)致設(shè)備事故。因此，充分分析汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)思想、計(jì)算數(shù)據(jù)、設(shè)備特性、運(yùn)行狀況以及啟動(dòng)過(guò)程相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的試驗(yàn)驗(yàn)證。不合理的暖機(jī)方式，不但會(huì)加速汽輪機(jī)的壽命消耗，還可能導(dǎo)致嚴(yán)重的汽輪機(jī)安全事故。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫奉仲.大型汽輪機(jī)運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2] 金正祥，周小明，卜保生.日立600MW機(jī)組中壓缸啟動(dòng)[J].中國(guó)電力，2004（10）：38-41.

[3] 東方汽輪機(jī)廠N600-16.7/538/538-1型汽輪機(jī)運(yùn)行說(shuō)明書[Z].2003.