2024年2月29日发(作者：东芝r732)

高压胀差控制分析

田雷

监控胀差是机组启、停过程中的一个重要任务，避免因轴向间隙变化而使得动静部分发生碰撞摩擦。大功率汽轮机由于长度增加，机组膨胀死点多，采用双层缸、分流缸等结构，增加了汽缸、转子相对膨胀的复杂性；特别是在机组启停和甩负荷等特殊工况下，若胀差监控不好，则往往是限制机组启动速度的主要因素，甚至造成威胁设备安全的动静部件的碰摩、机组强烈振动、大轴弯曲等严重事故。因此，胀差在机组启停时是关键性控制指标。

一、汽轮机胀差知识

1、基本概念

汽轮机转子与汽缸的相对膨胀，称为差胀，也称胀差。习惯上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的差值为正胀差，表明动叶出口与下一级静叶入口的间隙减小，通常这一间隙设计得较大。汽缸膨胀大于转子膨胀时的差值为负胀差，表明静叶出口与动叶入口间隙减小。汽轮机各级动叶片的出汽侧轴向间隙大于进汽侧轴向间隙，故允许正胀差大于负胀差。汽轮机在冷态启动及加负荷时，胀差为正；在停机或减负荷时，胀差为负。

2、厂家设计值

台电公司600MW机组厂家设计：冷态时，胀差为10mm。高压正胀差报警值为15.7mm、保护值为16.5mm ；高压负胀差报警值6.3mm、保护值为5.5mm。低压正胀差报警值为32.2mm、保护值为33mm ；负胀差报警值6.3mm、保护值为5.5mm。保护值的含义，当胀差达到此值必须打闸停机，这样才能保证机组安全，国华公司同类型机组均按照此设计编写规程。

600MW机组高压胀差测点安装位置在机组前轴承箱内，1瓦与主油泵间的短轴对轮处，具体位置详见附图中红线部分。

高压胀差测点安装位置

3、胀差产生的原因：

1）转子和汽缸的金属材料不同，热胀系数不同；

2）汽缸质量大与蒸汽接触面积小，转子质量小与蒸汽接触面积大；转子质量轻、表面积大，则质面比小，而汽缸质量大、表面积小，则质面比大。

3）转子转动，故蒸汽对转子表面的放热系数比对汽缸表面的放热系数大，温升速率不一致。

4、影响胀差的主要因素：

1）主、再热蒸汽的温升、温降速度及负荷变化速度；

2）进汽参数（主要是主蒸汽温度）

当进汽参数突然发生变化时，转子的受热状态首先发生变化，而对汽缸的影响要滞后一段时间，胀差将发生变化。

3）凝汽器真空

中、低压转子叶片较长，其鼓风摩擦热量比高压转子大。在升速和暖机过程中，当真空降低时，若保持机组转速不变，增加进汽量，中低压转子鼓风摩擦热量被增加的蒸汽量带走，故胀差减少；所以在机组停机打闸前适当降低真空是防止机组降速时的泊桑效应（解释见下段）过大致使高低压胀差（尤其是低压胀差）突变的一个手段，注意升速暖机过程中不能用提高真空的办法来减小中、低压通流部分的胀差。）

转速转子的离心力与转速的平方成正比；在离心力作用下，转子沿径向伸长，轴向则缩短，胀差减小。（弹性材料的径向应变与轴向应变有一定比例关系，当转子径向伸长时，转子轴向必然会缩短）大容量机组转速高、转子长，离心力对

胀差的影响应加以考虑。随流量增大、转速上升，高压转子的胀差逐渐增大，而中低压转子胀差先随转速升高而增加，中速之后又随转速增加而减小。

4）鼓风摩擦热量

鼓风摩擦损失与动叶片长度成正比，与圆周速度三次方成正比，所以低压转子的鼓风摩擦损失远比高、中压转子大，鼓风摩擦损失热量加热通流部分，使胀差增加，在小流量时其影响较大。随着流量增加，其影响逐渐减小，当流量达到一定值时，鼓风摩擦损失的热量已能全部被带走，这时对胀差的影响就会消失。

5）汽缸滑销系统

滑销系统合理布置和使用以满足汽缸多个方向自由膨胀，如轴承座台板充油不重视，油脂质量控制不严以及台板起毛刺等原因，造成启动过程膨胀不畅，一般造成胀差大、延长启动时间。膨胀受阻表现为膨胀值达不到设计值或是膨胀曲线出现跳跃，甚至有咚咚声响。

6）轴封供汽温度和供汽时间冷态启动时，在冲转前向轴封供汽，由于供汽温度高于转子温度，转子局部受热而伸长，可能出现轴封摩擦现象。

7）隔板挠度

隔板在压差作用下产生的挠度会使动静部分的间隙减小。应考虑对胀差的影响；但在启动时，由于蒸汽流量很小，隔板前后压差不大，可以忽略对胀差的影响。

5、胀差控制方法

通过对影响因素分析，冷态启动机组，胀差的变化和对胀差的控制大致分为以下几个阶段：1、汽封供汽阶段。2、冲转升速阶段。3、并列带初负荷阶段。在上述三个阶段中尤其以第二、三个阶段剧烈，也是控制好机组启动正胀差大小的关键。热态启动时则相反（尤其是热态和极热态启动），对于汽缸进冷汽收缩、缸温下降金属部件拉应力的损害、高压胀差的减小的动静碰磨认识给与重视、控制。

结合台电公司实际，对于控制胀差的主要方法为：

1）控制进汽参数：严格按照规程和冷态曲线控制进汽参数，即冲转至带60MW参数必须控制主汽温度在320-360度，再热温度在300度，主汽压力不超过4.2mpa（冲转及并网）/4.8mpa（60MW）。

以往胀差控制不好，主要就是主汽温度控制超过360度，甚至在并网及带初负荷时主汽温度达到或超过400度。主要是

a）达到冲转参数时没有及时减F磨煤量至最低稳燃值或F磨称重偏假（显示正常，实际偏多，本次5号机组启动就是这样

b）加负荷投第二台磨，没有控制好总煤量。煤的燃烧到反映至汽温和汽压上的延迟原因，往往造成第二台磨启动后的锅炉总燃煤量过多。这时运行人员不及时投运锅炉一级减温水，汽温将很难控制住，高压胀差过大则是必然。

C）汽压、汽温的不匹配，冲转及并网初期的汽压偏低，造成蒸汽过热度太大，胀差则一直增大。

就调节汽温而言，3/4/5号机组采用等离子燃用煤粉进行点火启动，机组启动初期主汽温的控制方法：

a）炉膛火焰中心高度

汽温对炉膛火焰中心高度的敏感性很强。简单的说，那就是火焰中心上移，汽温升高，火焰中心下移，则汽温降低。调整炉膛火焰中心高度主要操作手段为：（1）燃烧器摆角、（2）上下层二次风门开度配比。

b）蒸汽流量变化

在燃烧工况不变的情况下，蒸汽流量的变化就是通过改变分担受热面的吸热量的工质流量来实现改变汽温的目的。可以理解，在燃烧工况不变的情况下，各受热面的吸热量保持不变，那么增大蒸汽流量自然就会降低汽温，相反减少蒸汽流量就会提高汽温。

c）总燃料量变化

总燃料量发生变化，直接改变了输入炉膛的能量，自然会能够实现改变汽温的目的。

d）总风量

总风量的变化可以调整炉内燃烧工况对汽温进行调节作用，同时也可以通过总风量变化改变烟气流速来影响汽温。

对于汽温的其它控制方法，如减温水、烟气流速等对于锅炉启动初期效果不明显或者风险较大，在机组启动初期一般都不使用。

综述所述可以得出，冷态启动中胀差控制的好坏和主、再热汽温的控制密切相关；在锅炉启动初期，再热器温主要是跟随主汽温变化，因此主汽温控制最为关键。

2）主、再热蒸汽的温升、温降速度及负荷变化速度：保持冲转至并网带初负荷期间参数的稳定、不超限是控制胀差的重要办法。按照冷态曲线升温、升压、加负荷无疑是相对安全的，所以启动时需打印一份冷态曲线做参照。

3）机组真空：冲转前真空在90kpa左右即可，以增加机组进汽量。中速暖机时，投运高、低加汽侧也是增加进汽量的一个办法

4）时间、缸胀

机组高压胀差大一般多发生在冷态启动，而且是冲转至并网时间短的情况下。机组大、小修因为有大量的试验时间，相当于延长了暖机时间，汽缸膨胀一般在中速暖机后达到10-12mm，3000rpm多个试验后达到20mm及以上，这对于高压胀差的控制是十分有利的。所以对暖机时间的确定除按照规程执行外，还要看缸胀的情况，有的汽机缸胀不畅时，如中速暖机后缸涨不足10mm，并网前缸涨不足15-20mm，高压胀差的过大情况就会很容易发生，这是就要考虑延长暖机时间了。

6、 有关胀差的不正确说法

1）胀差达到15mm就是过大

机组在冷态启动时，转子伸长、缩短就从10mm开始变化，当机组启动带着满负荷处于完全稳定状态时，高压胀差一般是12mm、低压胀差一般是24mm左右（台电）。

冷态启动，送轴封后转子即开始伸长，但机组至冲转时机组的进汽量一般也只有30-40t/h，汽缸的膨胀有限，所以机组启动时的胀差必然增大，一般至机组并网后汽缸膨胀达到20mm左右，胀差可达到14-15mm左右即不再增加，控制不理想时达到15.5mm左右。以往统计数据如下

起/停机时间 机组启停机原因 启机过程高压差胀最大值

号

2006-8-27

2006-9-19

2006-09-25

2007-2-19

2

1

1

1

大修后启动

小修后启动

抢修后启动

春节调停后启动

高压差胀15.42mm

高压差胀14.12mm

高压差胀13.9mm

高压差胀13.85mm

2007-2-28

2007-4-7

2007-5-19

2007-8-5

2007-11-1

2007-12-13

2008-2-9

2008-5-10

2008-6-21

2008-10-12

2008-11-28

2008-12-9

2009-2-3

2009-2-5

2009-2-18

2009-10-06

2010-2-17

2010-2-17

2010-4-26

2010-6-4

2010-6-17

2010-10-7

2010-10-14

5

4

5

1

3

2

3

1

4

1

5

3

2

4

5

2

3

2

1

5

2

2

5

检修后启动

大修后启动

小修后启动

小修后启动

大修后启动

小修后启动

线路全停后启动

小修后启动

小修后启动

调停后启动

小修后启动

调停后启动

小修后启动

节后启动

春节后启动

节检D修后启动

春节调停后启动

小修后启动

大修后启动

小修后启动

临停消缺后启动

节检后启动

345号机组全停线路检修

高压差胀13.1mm

高压差胀12.8mm

高压差胀13.6mm

高压差胀14.63mm

高压差胀13.3mm

高压差胀15.35mm

高压差胀15.1mm

高压差胀14.3mm

高压差胀13.65mm

高压差胀14.51mm

高压差胀14.5mm

高压差胀14.87mm

高压差胀15.56mm

高压差胀14.5mm

高压差胀14.3mm

高压差胀14.8mm

高压差胀15.1mm

高压差胀14.92mm

高压差胀13mm

高压差胀14.5mm

高压差胀14mm

高压差胀15.462mm

高压差胀15.45mm

2）机组胀差达到报警或保护值时，机组跳闸则将发生动静摩擦

运行人员应努力提高技术技能，将高压胀差控制在安全值以内，这是底线。何为安全值，保护值以内就是安全值。报警和保护值，由厂家经过计算给定，厂家计算时已经考虑到保护值加上机组跳闸后泊桑效应的伸长值，保障不会发生动静摩擦，除非厂家计算有误或机组检修零位不准。运行人员不应总在安全底线附近徘徊，通过技术水平提高和设备的可靠性手段，将胀差控制在15mm以内是可以做到的，今后部门将此数作为衡量启动好坏的一个标准，进行考核。

（惠州电厂发生的动静碰磨事故原因：推力轴承定位未锁死，机组跳闸工况时轴向串动量6mm过大所致，这就是惠州机组胀差未超限下发生了动静碰磨的原因）

3）机组大修数据显示轴串数据在15-16mm内，而我厂胀差保护值上限为16.5mm应据大修数据修改

机组大修推推力轴承找转子串动零位，是将转子推力盘推向另一侧推不动为止，期间的一半位置定位0位置。推不动代表转子推到了最小间隙位置—平衡鼓处，但这是冷态找到的最小间隙，约有5-6mm。但胀差是代表热态转子膨胀相对于汽缸部件的间隙，高压转子的膨胀从高缸近汽侧至出汽侧逐渐增大的，平衡鼓处在进汽侧，虽然此处是冷态最小动静间隙，但平衡鼓处转子短、在近汽侧，所以实际膨胀量很小，反而高缸高压部件的末级的转子伸长量最大，转子叶片与下一级的静叶间隙（次末级动叶与末级静叶隔板）会因转子伸长而减少，在特殊工

况下，可能发生动静摩擦。

二、以11月16日5号机组冷态启动为例，运行当值的对胀差控制过程的问题分析

第四条：主汽温度 第五条：燃烧器摆角 第六条：汽机转速

第七条：真空 第八条：高压胀差 第九条：汽机缸总胀

第一条：总煤量 第二条：总风量 第三条：主汽压力

1、运行参数

中速暖机过程中主要参数变化对应情况表：

时间

转速r/min

主汽温度℃

主汽压力MPa

总煤量T/H

真空KPa

高压胀差mm

汽机缸总胀mm

01：40

2370

348

4.07

16.3

-96.9

10.9

6.993

03：03

2370

380

5.995

14.3

-92.5

12.53

7.732

04：12

2370

402.8

5.731

11.0

-91.1

13.53

9.099

06：00

2370

402.5

5.03

10.5

-91.5

14.43

11.539

2、事件过程

01:35接班时机组刚开始在2370r/min进行中速暖机，当时煤量为16T/H、主汽压3.8MPa、主汽温348、机组真空-96.9KPa左右。通过汽温和汽压变化趋势、机组真空情况，高压胀差变化趋势，为有效控制高压胀差，结合机组各参数情况，进行以下调整。调整变化趋势见图一。

01:36逐渐减小二次风量方法减小总风量，以控制汽温，至03:30总风量减至680T/H至720T/H之间波动。（总风量控制为3、4、5号机组历次启动中最小

一次）

01:42关闭辅汽至低压轴封供汽旁路电动门，01:46停止5B真空泵运行，保留一台真空泵运行，将机组真空由-96.9KPa降至-91.5KPa左右。

01:44汽温变化趋势仍逐渐上升，采取逐渐调整燃烧器摆角，直至摆角调至最低，并调整配风，尽可能关小下层配风，开大AA、OFA二次风门开度，以更好配合控制汽温上涨速度。

通过上述调整方式，希望降低总风量、降低炉膛火焰中心高度方式控制主汽温度，同时结合降低真空两种手段来达到控制高压胀差上升趋势的目的。

在01：40至03：03过程中，主汽压力持续上升，在此过程中出现2号、4号高压调门关闭故障，导致主汽压力上升速度较快。

02:15至06：00，从发现2号高压调门在50%至100%波动、4号高压调门全关，直至06:00左右处理结束。设备人员进行消缺过程中先后几次关闭2号或4号高压调门，导致主汽压力有一定幅度波动，同时也加剧主汽压力偏高，从曲线从可以看出。在此过程中采取开大后墙放水（基本接近全开）、全开5%旁路方式控制主汽压力。由于2号、4号高压调门缺陷处理加剧主汽压力偏高，主汽压力高直接导致锅炉蓄热能力增强，从而增大降低主汽温度的控制难度。

03:10经上述调整后，主汽温仍然继续上升，主汽压力虽略有下降，但压力值仍较高。正常机组冷态启动过程中，中速暖机过程中一般都维持在15T/H总煤量，这一煤量既能达到汽机侧所需的能量，又能很好的满足各项主参数控制的需要。由于经过减少总风量、降低火焰中心等手段后，对主汽温控制仍不理想；进一步采取降低锅炉总煤量方式降低主汽温和主汽压，逐渐降低总煤量至13T/H，并联系巡操检查就地给煤机煤量显示为7至18T/H波动，由于DCS显示煤量和就地煤量有偏差，通知热控人员对给煤机煤量情况进行检查，热控人员检查后回告给煤机在低转速、低煤量时波动为正常。通过总煤量和主汽温、主汽压对应关系，初步怀疑实际进入炉膛煤量大于DCS显示煤量，因此为进一步控制汽温，通过观察火检情况缓慢降低煤量，直至04:15降至10.5T/H左右（总煤量控制也为3、4、5号机组历次启动中总煤量最低一次），由于5号机组为等离子点火方式，等离子系统对煤粉浓度有最低限度要求，为保证等离子点火的可靠性、煤粉燃烧正常，总煤量降至10.5T/H后稳定在该煤量。尽管总煤量10.5T/H比正常时的15T/H降低了4.5T/H，但主汽压和主汽温仍较15T/H对应参数明显偏高，说明进入锅炉能量确实偏大，即实际总煤量仍偏大。

06：00经上述调整后，主汽压为5MPa，主汽温402度基本稳定无下降趋势，高压胀差仍缓慢上升；但高压胀差上升趋势有所变缓。

06:10对2号、4号高压调门处理后，热控人员通知可以调门可以满足升速要求，此时中速暖机达至少3.5小时，满足规程规定3小时暖机时间，开始进行继续升速操作，直至定速3000r/min。此时高压差胀达14.59mm。

冷态启动时，从冲转到定速，正常情况胀差都表现为继续上升。在这一阶段，蒸汽流量小，蒸汽主要在调节级内做功，整个汽机为加热过程，而转子的膨胀相对汽缸快。中速暖机以后再升速时，胀差值才会有可能减小的趋势。这主要是因为随着转速的升高，离心力增大，轴向的分力也增大了，而使转子变粗缩短。同时汽缸温度逐渐上升，气缸的膨胀速度也在上升，相对迟滞了转子的膨胀值。从此次高压胀差变化趋势看与理论上胀差变化趋势基本相符，只是由于实际总煤量偏大，导致汽温、汽压和对应工况比明显偏高，而2号、4号高压调门处理时需全关进一步导致汽压维持在较高水平。导致在2370r/min暖机结束后，高压胀差

没有下降，而是增大趋势变缓。

从定速和并列带负荷阶段。正常情况由于从升速到定速的时间较短，蒸汽温度和流量几乎不变化，对胀差的影响在定速后才能反映出来。定速后，胀差增加的幅度较大，持续的时间较长，特别是在发电机并网以后。在低负荷暖机阶段，蒸汽对转子和汽缸的加热比较剧烈。并网后，随着调节汽阀的开大，调节级的温度上升比较快，高压胀差有一定的增长。

由于中调令7点机组并网，结合当时机组参数情况，分析认为汽机高压胀差相对偏大，但从变化趋势看有变缓趋势，同时考虑机组并网后，可以通过带一定负荷后开启蒸汽减温水最有效的降低主、再热蒸汽温度，控制和减小高压胀差，可以将高压胀差控制在正常范围内。

07:00并网成功，并网后逐渐增加煤量，以维持机组初负荷需要；由于煤量增大，使汽温升高，高压胀差继续缓慢增大，此时由于汽温调节手段都基本用至极限位置。因此，在此时考虑通过负荷达到6%初负荷后，一方面通过开启主、再热蒸汽减温水降低主汽温，控制和降低高压胀差；另一方面，此时可以加快汽机总缸胀增大。由于使用减温水后主汽温度逐渐下降，主汽温度降低使高压胀差变化趋势放缓，至08:35高压胀差最大达15.45mm后开始下降。对于主蒸汽减温水的使用，在机组启动初期，一方面由于蒸汽流量较小，汽温较低。若在此时投入减温水，很可能会引起减温水与蒸汽混合不良，使得在某些蒸汽流速较低的蛇形管圈内积水，造成水塞，导致超温过热；另一方面由于蒸汽的过热度相对较低，如使用减温水易造成蒸汽过热度下降变为不饱和蒸汽，蒸汽带水对汽轮机危害极大。因此，在并网初期较低负荷前都未采用减温水方式对主汽温进行控制。

经验教训：

1、在机组冷态启动中，高压胀差控制好坏与主汽温度、主汽的温升速率息息相关，而在锅炉启动初期，蒸汽温度受燃料量（3/4/5号机组对应为煤量）影响非常大。因此，在启动过程中，应时时注意燃料量与主气压、主汽温的对应关系，判断进入锅炉的燃料量是否合适，避免因燃料量大导致主汽压、主汽温偏离正常值范围。

2、在启动中，如怀疑实际煤量大，经调整给煤机转速后仍效果不明显时，可以尽早提出申请退出制粉系统运行，改为投用油枪方式进行控制。所以机组启动前，设备及检修人员必须校验后F磨得称重。

3、在冷态启动过程中，出现胀差偏大时，可以采取延长暖机时间或在定速3000r/min时加大暖机时间，申请延时并网，将胀差控制到较合理范围后，继续进行相关操作。