切顺序阀，要等汽轮机完全胀开了以后再进行！
黄小军，杜祥国/文 湖南华电长沙发电有限公司
［宝哥建议］很多电厂都纠结于机组启动后何时切到顺序阀运行，有的在50%负荷左右切，有的到70%左右负荷切，个人一直建议顺序阀切换工作应在机组带到满负荷后、负荷再下降到70%左右时进行。本文给出了一个延长混合阀序运行时间、降低机组振动的实例，很有借鉴意义。这个案例告诉我们，顺序阀切换工作应在汽轮机完全膨胀后进行，建议将这条写入汽轮机运行规程。
0 引言
汽轮机振动的大小，是评价汽轮机组运行可靠性的重要指标。对于高速转动的汽轮机而言，微小的振动是不可避免的，只要振动幅度不超过规定的标准，属于正常振动。而当振动超过规定限值时，则会危害整个汽轮机组的运行，严重时可能直接导致停机事故，甚至造成整个汽轮机组的报废[1-2]。因此，消除异常振动是确保安全生产的重要环节。然而，一些火电厂出现过因轴瓦载荷偏低，汽轮机膨胀不充分导致汽轮机振动过大的现象，这时通过充分膨胀来降低轴承振动显得尤为必要。本文结合600MW 超临界机组并网负荷达到300 MW 以上，由混合阀切至顺序阀时出现轴承振动偏大现象所采取的处理措施来进行相关试验分析。
1 设备简介
某电厂 600MW 汽轮机是东方汽轮机有限公司引进技术生产的超临界、一次中间再热、冲动式、单轴、三缸四排汽、双背压、纯凝汽式汽轮机，汽轮机型号为N600-24.2/566/566，额定出力为600 MW。机组采用复合变压运行方式，汽轮机具有八段非调整回热抽汽，汽轮机的额定转速为3 000 r/min。主蒸汽经汽轮机主汽阀后进入到4 个高压调节阀，经过导管进入汽轮机喷嘴膨胀做功。再热蒸汽经汽轮机中压联合汽阀分为2 路导管(4 根管)进入汽轮机喷嘴膨胀做功。中压缸作功后的蒸汽，经1 根异径连通管分别进入2 个低压缸，作功后的乏汽排入双背压凝汽器。机组默认启动方式为中压缸启动。该600MW 超临界汽轮机1 号、2 号支持轴承采用6 瓦块可倾式轴承，可倾弧形瓦块带有支持点支撑，在油膜压力的作用下，每个瓦块在支持点上可以单独自动地调整位置，以适应转速、轴承负荷和油温的变化。3号、4 号、5 号、6 号支持轴承均采用椭圆形轴承，采用单侧进油，上瓦开槽式结构[3]。
主蒸汽通过汽轮机两侧的高压主汽阀－调节阀组件进入汽轮机，其配汽方式分为2 种：全周进汽(混合阀调节)和部分进汽(顺序阀调节)。所谓混合阀，即蒸汽通过所有调节阀和喷嘴室，在全周进入调节级叶片，所有调节阀同时开启或关闭，调门以节流调节的方式控制汽轮机的转速或负荷。顺序阀则是所有调节阀按照一定次序逐个开启或关闭，在1 个或2 个调节阀完全开启之前，另外的调节阀保持关闭状态(调门间有一定的重叠度)，蒸汽以部分进汽的方式通过调节阀和喷嘴室。机组冷态启动或低参数下变负荷运行期间，采用混合阀方式运行能够加快机组热膨胀，减小热应力，缩短机组启动时间，延长机组寿命；额定参数下变负荷运行时，机组的热经济性是电厂运行水平的考核目标，采用顺序阀方式能有效地减小节流损失，提高汽轮机热效率[4-5]。
2 存在的问题
汽轮机冷态启动通过高压缸倒暖、阀壳预暖等措施使汽轮机冲转初期高压缸调节级内壁温度达到150 ℃、高压调阀外壁达到180 ℃，中压缸第一级内壁温度在送轴封后温度可以上升到60~80 ℃左右。冲转参数控制如下：主汽压力为4.5~5.0 MPa、主汽温度为400 ℃、再热汽压为0.6 MPa、再热汽温为380℃、真空为92 kPa 左右。执行规程规定升速至1500 r/min，中速暖机4 h 后高压缸调节级内壁温度可以达到规程规定320 ℃，而中压缸第一级内壁温度最高只能达到300 ℃，汽缸绝对膨胀能达到10 mm 左右。中速暖机结束升速至3000 r/min 并网带负荷，负荷升至330 MW 左右从混合阀切至顺序阀运行。2 号汽轮机某次启动并网后，负荷330MW 时，由混合阀切至顺序阀，发现2 号、3 号、4 号、5 号、6 号瓦振动有不稳定现象，其中2 号轴承Y 向振动最高达101.9um，具体数据见表1(数据来源为现场TSI 测量通道数据)，严重影响了机组的安全运行。
从表 1 可以看出，不同负荷情况下，汽轮机汽缸膨胀值最大只有24mm，而以往能达26 mm，膨胀不充分。高压缸胀差绝对值偏高，最小值仍有6.25 mm。1 号、2 号瓦温不稳定，最高为94.48 ℃；2 号、3 号、4 号、5 号、6 号瓦轴承振动偏高且大幅度波动，其中2 号瓦Y 向轴承振动高于72um，最高101.9um。
3 原因分析
能引起汽轮机振动的原因很多：1）靠背轮安装不正，靠背轮中心没有找准确，因而运行时产生振动，且此振动随负荷的增加而增加；2）间隙振荡，当转子因某种原因与汽缸不同心时，可能产生间隙振荡，也称为汽隙振荡；3）汽轮机启动时，暖机时间不够，切阀过早，初参数和真空过高，使冲转的蒸汽流量减少，从而使暖机不充分[6]。升速或加负荷太快，引起汽缸受热膨胀不均匀，或者滑销系统有卡涩，使汽缸不能自由膨胀。二者均会使汽缸对转子发生相对歪斜，机组产生不正常的位移，造成振动；4）机组在进汽温度超过设计规范的条件下运行，将使其胀差和汽缸变形增加，如高压轴封向上抬起等[7]造成机组中心移动超过允许限度，引起振动；5）机组在运行中若真空下降，将使排汽温度升高、后轴承上抬，因而破坏机组的中心，引起振动[8]。
由表 1 可以看出，2 号汽轮机启动并网后切阀，高压缸胀差绝对值偏高，汽轮机汽缸膨胀偏小，瓦温偏高，轴振偏大。切阀后随着时间的变化，不同负荷情况下，高压缸胀差绝对值虽呈下降趋势，但最小值仍有6.25 mm；汽轮机汽缸膨胀从17.15 mm 缓慢增长到24.01 mm，汽缸膨胀偏小；1 号、2 号瓦温不稳定，最高94.48 ℃；2号、3 号、4 号、5 号、6 号瓦轴承振动偏高且大幅度波动，以2 号轴承振动波动最大，X 向轴承振动在50.91~75.27um 之间浮动，出现不稳定现象，而Y 向轴承振动高于72um，最高101.94 um。经过数据分析，认为汽轮机启动时，暖机时间不够，切至顺序阀过早，使受汽流干扰影响较大，从而使汽缸未充分膨胀，轴瓦载荷不均匀，影响了轴承振动。加之，混合阀与顺序阀进汽方式不同，通过混合阀全周进汽能使轴瓦载荷均匀，汽缸充分膨胀，胀差绝对值下降，汽缸膨胀值升高，改变轴承负载，从而降低轴承振动[9-11]。
因此，可以认为通过切回混合阀，利用混合阀长时间运行来降低轴振。同时，根据高压缸胀差绝对值与汽缸膨胀是否趋于平稳来确定混合阀具体运行的时间[12]。
4 实验验证
4.1 试验参数
由于机组在启动并网后切阀，汽轮机未完全膨胀，轴承振动偏大，高压缸胀差绝对值偏高，汽缸膨胀偏小，瓦温偏高，因此仍将此4 个参数作为关键参数来加以监控。观察发现，从顺序阀切回混合阀，长时间混合阀运行后，高压缸胀差绝对值逐渐降低，呈下降趋势，汽缸膨胀值逐渐上涨，上涨速度有所增快，轴振也随之降低。当混合阀运行10 h 后，高压缸胀差绝对值由6.25 mm 降至5.07 mm，汽缸膨胀值由24.01mm 升至24.31mm。2 号瓦Y 向轴承振动最大值由101.9 um 降至75.77um，波动幅度变小，有所改善，但仍不稳定。因此，将继续延长混合阀运行时间，并跟踪记录运行时长15 h、20 h 后实验数据情况，见表2。
可以看出，增加混合阀运行时间确实使得振动降低，但由于轴振、高压缸胀差绝对值等相关参数仍不稳定，混合阀需继续运行。
4.2 第1 次试验
当混合阀运行24 h 后，高压缸胀差绝对值趋。于稳定，相关参数变化详见表3。由此看出，高压缸胀差绝对值与汽轮机汽缸膨胀值平稳时，混合阀刚好运行了24 h。这时，各瓦振动趋于稳定。其中，之前波动幅度最大的2 号瓦振动明显下降，趋于平稳，其他轴振则小于65um。由于从顺序阀切回混合阀改变了进汽方式，混合阀全周进汽使得汽轮机汽缸均匀膨胀，高压缸胀差绝对值从6.25 mm 下降至3.77 mm，汽轮机汽缸膨胀值升为26.06mm，缩短了汽轮机充分膨胀时间，改变了各轴承负载，使轴承负载均匀。在3 号调阀开度较小的低负荷工况下，各瓦温度略有升高，但都在正常范围。在汽轮机充分膨胀后进行切阀操作，从混合阀切至顺序阀，记录相关数据见表4。
为便于观察比较，绘制整个过程汽轮机汽缸膨胀与2 瓦Y 向振动折线图，如图1、图2 所示。由图 1、图2 可以看出，混合阀运行24 h 后切至顺序阀，各参数维持稳定，可以正常运行顺序阀，由此可知汽轮机延长混合阀运行时间对改善机组振动情况有利。
4.3 第2 次实验
根据以上分析，决定优化切阀时间，并制定相关措施。机组启机过程中保证汽轮机膨胀在均匀范围内，缸温温升3 ℃/min，内外壁温差小于50 ℃；降低冲转参数：主汽压力3.5~4.0MPa、主汽温度380~400 ℃、再热汽压0.4~0.45 MPa、再热汽温360~380 ℃、真空88 kPa；并网后严格控制升负荷速率按曲线进行，2.5%~9%时升速率5%/ min，9%~50%时升速率0.5%/min，50%~100%时升速率1%/min，加负荷均匀；机组并网后混合阀运行 24 h，汽轮机充分膨胀，再切至顺序阀运行。机组再次冷态启动时进行实验，按照优化方案实施，有利于2 号、3 号、4 号、5 号、6 号瓦振动，运行参数见表5。
观察汽轮机在长时间(24 h)混合阀运行后，高压缸胀差绝对值与汽轮机汽缸膨胀稳定，汽轮机充分膨胀，2 号、3 号、4 号、5 号、6 号轴承振动下降。由于各轴承负载均匀，使各轴承金属温度较修正前有所升高，但仍在正常范围内。在汽轮机充分膨胀后切至顺序阀，振动等相关参数均正常，详见表6。现结合表6 中汽轮机汽缸膨胀与2 瓦Y 向振动这2 个至关重要的参数值，制成图3 所示的折线图。
由图 3 可知：混合阀运行24 h 后切至顺序阀，汽轮机汽缸膨胀维持在26mm 以上，高压缸胀差绝对值、轴承振动、瓦盖振动这些参数均趋于稳定，可以继续正常运行顺序阀[13-15]。
5 结论
通过 600MW 汽轮机试验的结果表明，在不同配汽方式下，对轴承振动及瓦块金属温度的影响呈现不同特征。通过混合阀改变进汽方式，使汽轮机全周进汽，汽轮机汽缸均匀膨胀；当汽轮机汽缸膨胀充分后，再切至顺序阀运行，能够有效控 制 汽 轮 机振动在优良范围内。鉴于东汽600 MW 汽轮机轴承负载偏低，轴承稳定性差的特点，在汽轮机启动过程中密切观察汽轮机膨胀、缸温升高速度在规定范围内，适当降低初参数和真空，使冲转的蒸汽流量增加，从而加快暖机，并网后缓慢均匀加负荷，采用延长汽轮机混合阀运行时间来改变汽轮机的进汽方式，使得汽轮机充分膨胀，在改善汽轮机高压缸胀差的同时也改变了轴承负载，达到了降低轴承振动的目的，有效控制了轴承金属温度的上涨，达到最优状态，保证了机组安全稳定运行。
来源：汽机监督