背压式50MW热电联产机组启动过程优化探讨

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　　摘   要：为了响应国家产业结构改革的要求，50MW背压式热电联产机组数量逐年增加。某厂一台50MW背压式热电联产机组，在启机过程中振动及胀差波动大，并最终导致转子塑性弯曲、轴封磨损等严重问题。针对上述问题，结合热力分析以及运行经验，从启机过程优化方面提出了相应的整改措施，并制定了一系列的运行控制边界条件。本文对该等级背压机组的启动过程优化具有重要的借鉴意义。
　　关键词：50MW背压机组  启机冲转  汽缸形变  转子弯曲  暖机方式
　　中图分类号：TM621                                文献标识码：A                         文章编号：1674-098X（2019）11（a）-0116-03
　　Abstract： In response to the requirements of the national industrial structure reform， the number of 50MW back-pressure combined heat and power units has increased year by year. A 50MW back-pressure cogeneration unit in a plant has large fluctuations in vibration and expansion during the start-up process， and eventually leads to serious problems such as plastic bending of the rotor and wear of the shaft seal. In view of the above problems， combined with thermal analysis and operational experience， the corresponding rectification measures were proposed from the optimization of the start-up process， and a series of operational control boundary conditions were formulated. This paper has important reference significance for the optimization of the starting process of the back pressure unit.
　　Key Words： 50MW back pressure unit; Starting and turning; Cylinder deformation; Rotor bending
　　背压式50MW热电联产机组在工业生产中应用十分广泛，对促进节能降耗和环境改善、助力地方经济转型具有重要意义。当前，有不少学者对50MW级别机组的安全高效运行问题进行了研究分析。文献[1]指出：对50MW汽轮机而言，在启动升速、带负荷过程中操作不当往往会引起振动异常;以某自备电厂2×50MW机组为例，通过硬件调整和规范运行人员操作相结合的策略解决此类问题。文献[2]总结了50MW凝汽式汽轮机启动过程中胀差增大的原因，主要从轴封供汽温度、时间方面提出了优化策略。文献[3]提出解决50MW机组异常振动问题可以通过提高转子动平衡质量的方法，但动平衡试验时需考虑机组膨胀不畅。文献[4]利用在線监测系统解决了背压机组的汽封碰磨故障监测难的问题并利用针对性检修减少了此类问题的发生。文献[5]提出一种利用排汽倒灌方式启机的方法，缩短了背压式汽轮机启动时间。
　　综上所述，现有研究几乎都围绕50MW凝汽式机组热力分析、振动诊断方面以及通过增加监视启机过程热力分布等方面展开。因此，本文根据机组多次启机经验以及此次事故处理过程进行了启动过程优化经验总结，具有重要的实际应用价值。
　　1  故障现象概述
　　1.1 机组概况
　　某厂#4机组为杭州汽轮机厂产;50MW级别抽背式热电联产机组。汽缸为分缸，双层缸结构，其高压进汽持环内包含平衡活塞，调节级叶片以及部分压力级叶片。缸体较为庞大，且缸壁较厚，热容量较大，内部流场复杂，现有测点不能正确反映真实的金属温度。汽缸共有4个温度测点，均为外缸内壁温度测点，无法真实反映机组内缸运行温度，且测点均分布在高压进汽持环侧，无法全面反映汽轮机冲转过程中的温度场分布，尤其是排汽缸侧无温度测点，机组启动缺乏有效的监控手段。
　　1.2 故障简述
　　机组于2月18日10：28首次暖机，冲转，初始参数见下表1。12∶29转速升至2500转，胀差达到6.5mm，运行人员手动打闸。停机时相关参数详见表1。
　　21：40进行二次冲转，初始参数见表2。2：34汽轮机负荷上升至31.4MW时（调门开度不变，主蒸汽压力上升），2X，2Y振动快速爬升。2：40汽轮机2X、2Y振动值达到跳机值，机组ETS保护动作，机组跳闸。跳闸时重要参数详见表2。
　　2  故障分析过程
　　2瓦轴振超过跳机值从而ETS保护动作是本次跳机主要原因。因就地听到异常碰磨声音调取本次停机历史数据，发现惰走时间仅为8min。本厂其他相同型号机组正常停机惰走时间一般为30min左右，惰走时间明显偏短。怀疑产生动静碰磨问题导致转子惰走阻力增大，惰走时间缩短。判断动静碰磨可能为振动超过跳机值主要诱因。 　　通过调取历史运行数据发现，惰走结束后盘车过程中轴偏心仍呈现大幅上下波动状态。且数值远超过冲转前数据，最大可达满量程200μm。通过间隙电压测量目前偏心数据约为370μm，据此可以初步判断转子出现塑性形变，导致汽轮机动静部分间隙变小而发生碰磨，#2瓦轴振超过跳机值，引发保护动作。
　　2月25日对汽轮机轴头跳动值进行了手动测量，测得轴头最大跳动值0.24mm，基本可以断定转子产生塑性变形，采取静力直轴补救措施无效。经协商后决定进行开缸处理。
　　汽轮机转子于3月2号顺利起吊，现场检查发现平衡鼓，前轴封等处的左侧汽封齿磨损严重，前内轴封处有过热现象详见图1。
　　转子进行返厂处理，对转子弯曲进行了复测，测得转子最大跳动值为0.22mm，位于轴头位置，确定转子出现塑性形变。检查滑销系统并未发现卡涩问题，排除滑销卡涩导致汽缸膨胀不畅的可能性。由于该机型滑销系统设计较为薄弱，缸体存在微幅偏摆问题。但本厂其它同类型、等级机组历次启停机均有此类问题，不足以造成转子弯曲，为次要原因。且本次冲转暖机完全符合汽轮机厂启动曲线要求。最后并网前的各项参数均符合汽轮机厂要求的并网参数要求，但在并网后仍然发生了振动超标的现象。
　　至此本次故障主要原因基本明确，由于启机过程设计不合理，导致冲转阶段汽轮机汽缸膨胀缓慢，胀差快速上升，内侧汽封与转子的间隙变小，造成动静碰磨。最终导致机组振动超标停机。
　　3  整改措施
　　通过对多台同等级、同类型机组多次启机过程进行总结分析，综合考虑，找到以下相对安全、稳定的启机方式。通过优化整体启机过程;规范操作、制定边界条件、加强各参数监管力度，为后续启机计划制定了全套操作流程。
　　（1）控制机组启动冲转蒸汽参数，冷态启动时，若锅炉及主蒸汽母管满足单元制条件，则按联合汽轮机厂家新定最低启动参数控制，热态启动时严格控制负差胀。
　　（2）充分暖机，控制好暖机时间，及时疏水，投入疏水子回路控制，每间隔30min对相应疏水门进行测温，确保疏水系统保持通畅。
　　（3）汽机冲转过程中，及时调整主机轴封压力，保证轴封疏水正常。必须保持汽缸各疏水点压力大于疏水扩容器压力;（注意控制汽机房疏水扩容器、本体疏水扩容器水位至最低。开启汽机本体及抽汽管道疏水前，注意控制主蒸汽疏水量，减少不必要的主蒸汽疏水，防止高压疏水进入汽机房疏水扩容器、本体疏水扩容器，导致积水或蒸汽返回至汽机本体）。
　　（4）机组并网后，进行背压切换时，控制机组排汽温度变化≤10℃/min（多次启机经验值），并加强轴位移、推力瓦温、振动监视。
　　（5）多次启机数据证明：与凝汽式机组的低负荷暖缸控制胀差的方式不同，50MW背压式机组并网后，低负荷运行胀差逐渐增大，且排汽温度会快速上升。需通过提高负荷来控制机组胀差，但提高负荷速度不可过快，且必须确保机组上下缸温大于400℃，且上下缸温和左右缸温差值小于50℃方能逐步增加负荷。
　　转子检修完毕后，依据上述方式进行合理暖缸、严格执行制定的边界条件、加強重要参数监管力度等一系列启机过程优化策略使机组顺利启机并网，全程无安全问题出现。
　　4  结语
　　本文针对背压式50MW热电联产机组启机过程优化策略进行探讨，结论如下。
　　（1）50MW背压级别机组启机过程设计不合理，可能造成轴振增大等安全隐患，严重时甚至出现动静碰磨故障。
　　（2）启机轴振突增、引发跳机问题在50MW级别背压机组中十分常见，大多通过调整硬件的手段来解决;实际上，通过优化启机过程，制定合理运行控制边界条件等“软调整”的手段也可达到同样效果;
　　（3）“软调整”手段具有费用低、效果显著的优势，利于培养运行人员规范性操作，适用面更广。
　　本文对于同类型级别背压组优化启机过程具有重大借鉴意义。
　　参考文献
　　[1] 卢晓斌.50MW汽轮机启动中振动异常的原因分析及对策[J].化工管理，2015（32）：2.
　　[2] 刘敏.50MW汽轮机组起动过程中胀差正向增大原因分析[J].通用机械，2017（10）：50-52.
　　[3] 张卫军.一台50MW机组振动频繁问题的分析[J].热力发电，2005（12）：74-76，67.
　　[4] 邓宗华.背压式汽轮机转子-汽封摩碰故障分析和诊断[J].化工技术与开发，2018（3）：63-65.
　　[5] 陈先锋.背压式汽轮机的启动方式分析[J].热力透平，2018（3）：182-185.
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