汽轮机启动秘诀及故障预警汇编

① 启动：汽轮机从静止状态到工作状态的过程。启动前的准备→冲转→升速→并网→带负荷② 停机：汽轮机从工作状态到静止（或带盘车）状态。减负荷→解列→转子惰走 →投盘车③ 启动是加热过程，而停机则是降温过程。对汽轮机而言，一次起停（负荷变化）经历一次应力交变，造成低周疲劳损伤，最后导致裂纹。一、启动方式的分类1. 按新汽参数分：额定参数启动、滑参数启动1) 滑参数启动的优点：① 相对于额定参数启动，滑参数启动的进汽参数低、流量大，对汽轮机加热均匀，减小热应力、胀差；② 进汽参数低，可减少启动汽水损失，缩短启动时间，提高启动经济性；③ 流量大，防止末级超温。2) 滑参数启动分两种：① 压力法启动冲转前主汽门前蒸汽有一定压力和温度，升速过程逐渐开大调门，利用调门控制转速，直到额定转速调门全开② 真空法启动锅炉点火前，从锅炉到调节级前所有阀门打开，投入抽气设备使炉，机都处于真空状态，升速带负荷全部由锅炉控制。2. 按冲转方式分：高压缸启动、中压缸启动、高中压缸联合启动1) 中压缸启动（600MW汽轮机中压缸启动方式）① 启动时蒸汽不经过高压缸，直接从中压缸进汽冲转。为维持高压缸温度水平，可采用通风阀或倒暖的方式。当转速升到一定转速或并网带一定负荷（如 5% 负荷）后再切换到高压缸进汽。安全性较高，但启动时间延长。② 进汽时经过热器、再热器两次加热，缩短了加热到预定参数的时间，汽缸加热均匀，采用中压缸进汽方法，同样冲转功率下焓降小、流量大；③ 高压转子同时被加热。2) 高中压缸联合启动① 带旁路；（汽轮机主再热蒸汽及旁路系统详解学习）② 冷态或热态；③ 启动时，高中压缸同时进汽冲动转子，对合缸机组有好处，减少热应力，缩短启动时间。3. 按启动前汽轮机金属温度分：① 冷态启动（150~180℃）停机时间大于 72 小时 （汽缸金属温度约低于该测点满负荷温度的 40%）② 温态启动（180~350℃）停机 10~56 小时（汽缸金属温度约在该测点满负荷温度的 40%~80%）③ 热态启动（> 350℃）停机小于 10 小时（汽缸金属温度约高于该测点满负荷温度的 80%）④ 极热态启动：停机小于 1 小时4. 按照汽轮机转子温度是否在低温脆性转变温度以上划分低温脆性转变温度（FATT）：转子材料在该温度以下体现出冷脆性，容易产生裂纹。5. 按控制进汽的阀门分：1) 调节汽门启动。电动主闸门和自动主汽门全开，进入汽轮机的蒸汽由调节汽门控制。2) 自动主汽门和电动主闸门（或旁路门）启动调节汽门全开，进入汽轮机的蒸汽由自动主汽门和电动主闸门（或旁路门）控制。二、冷态启动1. 冷态滑参数启动的主要步骤①启动前的准备工作②抽真空③暖管④冲转、升速和定速暖机⑤并列接待初始负荷⑥加负荷至额定值2. 冲转前操作程序配汽包炉的机组：油循环～发电机水冷系统投用～启动盘车～轴冷系统投用及循环水母管冲压～低压清洗及凝结水循环～除氧器加热～锅炉上水～凝汽器抽真空～轴封送汽～锅炉点火后汽机进汽管暖管。配直流炉的机组：油循环～发电机水冷系统投用～启动盘车～轴冷系统投用及循环水母管冲压～低压清洗及凝结水循环～高压清洗、给水循环一除氧器加热～凝汽器抽真空～锅炉点火后汽机进汽管暖管～轴封送汽。轴冷系统投用及循环水母管冲压有时放在最前面进行。由于每台机组的型式不同，所以冷态冲转前的操作内容会有区别，而且操作顺序也会有些不同，但大部分操作内容和程序都是相同的。1) 启动前的准备工作疏水门全开，油泵试转供油正常，盘车马达试运转正常。油泵、给水泵、凝结水泵联动试验。真空系统、循环水系统检查。重要表计正常：转速、晃动、汽缸金属温度、水位计等。除氧器水位 2/3，凝结器水位 3/4，油箱油位 2/3。油循环① 目的：检查油系统完好程度，进一步净化油系统，提高透平油油质，调节油温，维持冷油器出口,轴承入口 35-45℃(油温过高,粘度低,油膜薄, 轴承易干磨,油易老化, 油温过低,粘度大,油膜厚,稳定性差,油膜振荡引发振动增大) 。② 主要操作：投启动油泵，开冷油器油侧进、出口门，水侧进口门开、出口门关注意油箱油位变化。2) 启动盘车汽轮机启动前必须先投盘车，原因：① 启动盘车后可先对机组进行检查；② 汽机冲转前会有部分蒸汽进入机内，若转子静置，会产生热弯曲。3) 低压清洗和凝结水循环凝结水以及除氧器系统的冲洗——低压清洗给水系统的冲洗——高压清洗低压清洗和凝结水循环的目的：清洗凝汽器、轴封加热器、低压加热器、除氧器及其管系，并使系统内水质达到要求。检查设备系统工作情况是否正常，并建立凝结水系统循环，以便启动给水循环。4) 除氧器加热（除氧器结构及工作原理学习）汽包炉进水前及直流炉点火前应对除氧器的水进行加热，将其加热到微正压下的饱和温度，进行热力除氧（除气），以保证锅炉点火时炉内给水水质合格，防止锅炉腐蚀。注意事项：① 除氧器加热的条件：凝结水系统清洗结束；除氧器系统已按加热前要求检查过，阀门位置已按规定设置完毕；除氧器汽压联锁及高水位、低水位保护已校验正常，已处在准备充水加热的状态；除氧器水位已由凝结水补水泵加至规定值；除氧器备用汽源正常，备用汽管道已经充分暖管。② 除氧器进汽前需启动除氧循环泵，并确保除氧循环泵运转正常。③ 除氧器进汽加热时，应维持正常水位。④ 给水箱出水含氧量应合格。5) 高压清洗和大循环机组启动时，高压清洗指高压给水管道冲洗和锅炉冷态水冲洗；大循环即指锅炉点火前给水的正常循环。对汽包炉来说没有大循环，只有向锅炉上水。配直流炉机组的高压清洗和大循环配直流炉的机组，锅炉的进水、低温冲洗都用给水泵进行。6) 抽真空，投入轴封系统（汽机轴封系统学习）目的：创造暖管、冲转条件操作顺序：投循环水→投凝结水→投盘车→投抽气器→投汽封  (防止轴承油中带水）轴封供汽过热度大于 14 度。供汽压力用启动曲线推荐值。在除氧器加热凝结水后进行，因为这时已可能会有热水进入凝汽器，待到锅炉点火汽机进汽管暖管时，更会有大量的蒸汽进入凝汽器。如果凝汽器内没有建立一定的真空，汽水进入凝汽器，会使凝汽器内形成正压，损坏排汽缸安全门等设备。凝汽设备建立真空更是汽轮机冲转必不可少的条件！注意事项① 必须在盘车状态下，才能投入轴封供汽。② 轴封送汽时间尽可能短③ 将真空维持到冲转要求的数值。特别注意：① 冷态启动，应该先投入抽气设备和轴封加热器，后投入轴封供汽。② 热态启动，应该先投入轴封供汽，后投入抽气设备和轴封加热器。7) 暖管① 暖管内容：主、再热蒸汽管道，辅助用汽管道。② 暖管温升速度：不大于 3~5℃/min。③ 暖管时间：10-15min。④ 暖管目的：防止蒸汽带水进入汽轮机；减小管道热应力。注意事项① 疏水及时排放。② 暖管前，投循环水（因暖管疏水排至凝汽器），投凝结水系统，投抽气器。③ 暖管及旁路投运后，控制排汽室温度在 80℃以内。旁路系统投入使用后，排汽室温度会逐渐升高，此时要控制低压旁路排入凝汽器蒸汽的温度，并控制排汽室温度，以免对低压缸膨胀差造成过大影响。打开疏水门，保证疏水及时排出同时使管内蒸汽流动，才能顺利预热管道，并使蒸汽本身的温度逐渐提高至能满足冲转的要求。3. 冲转参数选择传热方式：凝结放热—对流放热—导热启动参数的选择，主要是考虑金属部件的热应力，而热应力的大小主要是取决于蒸汽与金属部件之间的温差和放热系数。压力过低，加热效果差，暖机时间长；过高，热冲击大，且流量过小，暖机时间延长，开机时间延长。高压过热蒸汽    低压微过热蒸汽    湿蒸汽低压过热蒸汽的放热系数较小（α = 58.15~174.45 W/(m2· K)），相当于额定参数时的 1/10。进汽温度要求蒸汽至少有 50℃的过热度。适宜的启动蒸汽温度对汽轮机的启动具有决定的意义。再热蒸汽往往难于同时达到要求过热度要求。常延迟冲转时间，从而延长了整个机组的启动时间。为了减小这种矛盾，常采用尽量开足再热蒸汽管疏水阀门以增加疏水量的办法。有汽机旁路的机组，还采用在暖管时有意关小汽机低压旁路阀，从而提高再热蒸汽压力以增加疏水量，达到提高中压主汽门前再热汽升温速度，赶上主蒸汽升温速度的目的。为什么凝汽式汽轮机启动时要建立必要的真空？① 可使汽缸内气体密度减小，转子转动时与气体摩擦鼓风损失也减小；② 汽缸内保持一定的真空，可增大进汽做功的能力，减少汽耗量，并使低压缸排汽温度降低。若启动时真空太低，冲转时可能使凝汽器内产生正压，引起大气安全门动作或排汽室温度过高，使凝汽器铜管急剧膨胀，造成胀口松弛，导致凝汽器漏水。真空也不需要太高，过高，抽真空时间延长，流量过小，暖机时间延长，开机时间延长。真空 450-500mmHg主汽为低压微过热蒸汽，温度高于金属温度 50-100 度（不应大于 426 度），过热度不低于 50 度。两侧主汽温度差小于 17 度；上下缸温差不大于 50℃高、中压缸合缸，主、再热蒸汽温度差一般为 28 度，短时可允许在 42 度，不得大于 80 度。润滑油压及轴承油流正常，油温 35-45 度。晃动变化:  不大于原始的±0.02mm。4. 汽轮机冷态启动步骤1) 冲转和摩擦检查①对 300MW 机组冷态启动时，用主汽门冲转暖机，以 100~150r/min 的升速率将转速升至 600r/min，盘车装置自动退出②600r/min 摩擦检查。切断进汽 5min 内快速完成检查，确认无金属声后，迅速冲转至 600 转/分，升速率 100~150r/min。2)升速到中速暖机1500 rpm（随机组不同有变化），暖机。★中速暖机转速确定的原则① 避开临界转速 (以实测的为准)② 避开低压缸长叶片共振频率部分机组选用 1500r / min 作为中速暖机转速上汽厂引进型 300MW 机组，中速暖机转速选用 2000~2080r/min 原因是考虑避开低压缸长叶片共振频率。过临界时注意的问题：迅速通过，严格监视振动机组过临界转速时的升速率大多为 300r/min暖机时间需 60~90 min，引进型 300MW 机组中速暖机时间长达 180min .中速暖机阶段是否结束，要看高中压缸的温度水平。3)升至全速中速暖机结束，升速到 3000 rpm，向电气发出信号。机组达到升速条件后，即可进行升速操作。机组在 3000r/min 时，一般不安排暖机时间，只安排进行少量的操作，并进行全面检查。操作和全面检查结束并确认没有问题后，将机组并入电网。★冲转过程基本要求升速率小于 100-150r/min;汽缸金属温升率小于 2-2.5 度/min★快速平稳过临界转速，严格监视振动防止振动超过规定值，轴承振动小于 0.03mm。机组膨胀及胀差情况轴温和轴承瓦温、回油温度加强监视汽轮机的热应力监视，可控制汽轮机启动的速度变化率，同时整个启动过程中控制负荷的变化率。4) 机组带负荷暖机和并网后的操作300MW 机组并网后低负荷暖机到带满负荷，共分 15，30，60，120MW 四个阶段。初始负荷 3-5%，上汽要求 l min 内使机组带上 15MW 负荷，防止逆功率保护动作。初始负荷暖机时间：30min。在此期间锅炉应尽量保持汽压、汽温稳定。否则主汽温度每升高 1.7 度，增加暖机时间 1 分钟。凝结水回收，凝结水放水门关，至除氧器门开。注意检查汽缸上下温差、转子振动、缸胀、胀差、轴向位移、轴承油压油温是否正常。5) 超速试验和 FATT负荷加至 30MW，暖机 4 小时后超速试验；30CrMoV 的 FATT 约为 100℃，运行一段时间后时间，FATT 变高。6) 重新并网带负荷，直至额定负荷升负荷中注意事项① 15%负荷，停排汽缸喷水减温；② 负荷 60-80%，投高加或随机组启动投高加；③ 升负荷速率，主、再热汽温升率不得大于规定值（参考规程或启动曲线）。★轮机启动、停运过程中的参数控制原则蒸汽温升率→蒸汽金属间温差→金属温升率→金属温差→热应力、热膨胀、热变形蒸汽温升率：主蒸汽 1-1.5℃/min，再热蒸汽 2-2.5℃/min金属温升率：不大于 1.5℃/min三、热态启动冷热态的分界温度为 150℃，汽缸达此温度时，高中压转子的中心孔温度已通过材料脆性转变温度，各部分金属温度及膨胀已达到或超过空负荷全速时的水平。原则上在此温度启动，冲转后可不必暖机，只要检查工作和操作能跟上，就可直接升到 3000 r/min 。但不同机组启动性能差别，其冷热态分界温度的规定各制造厂不尽相同。经验说明：对于某些国产机组 高中压内缸内下壁温度即使达 200℃，都不能不经暖机直接升到3000 r/min 。更多机组经验冷态启动高中压内缸内下壁温度大于等于 250 ℃ 是升到全速的条件。因此机组热态启动界限较高，有些机组以缸温 400 ℃为准。★脆性转变温度 FATT：在不同温度下，对金属材料进行冲击试验，脆性断口占试验断口 50%的温度。材料工作在 FATT 温度以下，冲击韧性显著下降，容易发生脆性破坏。CrMoV 合金钢的 FATT 为 80～130 ℃1. 热态启动注意问题① 控制启动前汽缸上下温差不超出允许范围：防止间隙变化，造成动静摩擦。② 热态启动时投用高温轴封汽，轴封供汽温度应和汽缸温度相匹配，且必须充分暖管，以防止转子轴封段受热冲击和高中压负差胀的增大。③ 送轴封汽前先投盘车。④ 严格控制大轴弯曲值和盘车的使用。热态启动要特别注意大轴弯曲（晃动度）不能越过规定值；在盘车状态仔细听声音，检查轴封和机组内有没有摩擦现象，若发现动静摩擦不能启动机组，动静摩擦严重时，还应停止连续盘车改用手动盘车。大轴晃度增大且有金属摩擦声时，采用手动盘车，目的：调直大轴。⑤ 热态启动的冲转参数。要求主蒸汽温度和再热蒸汽温度要高于汽缸金属温度 50~100℃，且蒸汽过热度不少于56℃。启动时，必须选择与高中压缸金属温度相匹配的主蒸汽温度和再热蒸汽温度。如果冲转参数比汽缸金属温度低，将在汽缸内表面和转子外表面产生拉应力，过大 的拉应力容易引起裂纹。调节级后的蒸汽温度比主蒸汽温要低 50~100℃，同样，进入中压缸的再热蒸汽到达第一级出口时温度也有所降低。⑥ 严格监测振动特别是中速之下，振动超限立即打闸，并投入连续盘车。2. 热态启动操作注意问题① 热态启动时，a. 应先送轴封汽然后再抽真空，因为热态启动凝汽器抽真空时，如果轴封尚未供汽，转子轴封处会受到强烈的冷却。b. 高中压汽缸轴封送汽温度必须与金属温度匹配，热态启动时轴封是最易受到热冲击的部位。c. 在向轴封送汽前，对系统要进行充分暖管。d. 轴封送汽前先投盘车。（热态启动操作与冷态启动操作的重要区别之一）② 冷油器出口温度不低于 38 度。③ 热态启动真空应该高些。④ 热态启动时，严格控制振动。⑤ 热态启动时胀差的控制热态启动更容易遇到升速时发生异常振动的情况。振幅超过允许值，应停机测量大轴弯曲，排除大轴弯曲的可能；当振动异常而未超标时，可暂停升速寻找原因，如无好转，仍需停机处理。启动时根据制造厂提供的热态启动曲线和寿命损耗曲线，确定升速率、带负荷速度、暖机时间 。启动时监测热应力，关键是不让热态的转子和汽缸受到冷却。汽轮机故障预报警我们知道，在汽轮机运行时，如果出现威胁汽轮机设备安全的故障时，汽轮机保护系统必须立即自动脱扣停机，以保护汽轮机的安全。有条件时，在达到停机故障前应设有预报警，以声光的形式提示，给运行人员留有挽回和处理的余地。

汽轮机故障“预报警”：1．  脱扣信号的“预报警”西屋机型在设计时就留有脱扣信号“预报警”的功能。（1）汽轮机超速保护；超速110-112%额定转速时脱扣；超速103%时具有超速保护控制的OPC动作预警。（2）汽轮机的排汽压力过高（或凝汽器真空过低）保护：排汽压力达到20.3Kpa(a)时脱扣；16.9Kpa(a)时预报警。（3）供轴承的润滑油压力过低保护：润滑油压力低于0.034-0.048Mpa时脱扣；0.048-0.062Mpa时预报警。（4）汽轮机推力瓦磨损，产生转子轴向位移的保护：转子轴向位移超过±1.0mm时脱扣；±0.9mm时预报警。（5）执行器动力油压过低的保护：正常运行时的动力油压为13~14Mpa，当油压降低到9.5Mpa时脱扣；10.3Mpa时预报警。2．  超速保护的预警—OPC超速保护控制：带有一定负荷的机组从电网上解列是最容易引起汽机超速的一种工况，OPC超速保护控制正是利用出现这种工况的前馈信号，提前关闭进汽调节阀，避免出现过大超速的一种有效的处理方法。OPC超速保护控制的最终目标是将汽机的超速控制在103%的预警水平下。OPC超速保护控制的描述详见第一章第十二节的“抑制汽轮机甩负荷时动态超速的措施”。3． 低压缸排汽温度过高的预警：低压缸排汽温度达到121℃时，告示运行人员要求机组脱扣。在达到80℃时预报警。当运行人员得到预报警信息后，可以采用改善凝汽器真空，调整再热蒸汽温度，提高汽机负荷，投入后汽缸喷水等措施，使低压缸排汽温度升高趋势得到抑制，使故障得到缓解。低压缸排汽温度升高与排汽压力或凝汽器真空有关，汽轮机启动或小流量时因蒸汽的回流以及叶片的鼓风更容易发生。西屋型机组在设计时就设有“后缸自动喷水”装置，在机组启动时转速达到2600转/分就开始对后缸自动喷水，直至15%负荷才停止。在采取相应的措施后，低压缸排汽温度仍然继续升高时，才以手动方式脱扣停机。“后缸自动喷水”阀是一个气控阀，采用气开式结构，阀门开度根据喷水阀阀后压力由压力控制器自动调节。当被控电磁阀在汽机转速达到2600转/分时通电激磁，打开喷水阀，向后缸喷水，直至汽机带15%负荷，被控电磁阀失电，停止喷水为止。2600转/分汽机转速接点来自TSI监测仪表，15%负荷信号由中低压连通管压力开关检测。4．   轴承金属温度或轴承回油温度过高的预报警：径向轴承金属温度达到113℃时脱扣；107℃预报警。推力轴承金属温度达到107℃时脱扣；99℃预报警。轴承回油温度由于不一定能正确反映真正的轴承工作状况，通常不作为脱扣的依据。早期产品曾采用油杯式双金属温度计，都以75℃脱扣；65℃预报警作为调整整定值。当运行人员得到轴承温度预报警信息后，可以采用提高润滑油压；开启冷油器，加大冷却效果，降低润滑油温；减小汽机负荷；启动时可增加暖机时间，减小转子变形等措施使其缓解。仍然无效时，才用手动方式脱扣停机5．   轴承振动过大的预报警：轴承振动过大反映汽轮机轴系工作不正常。出现转子不平衡，变形弯曲，挠度过大等异常都可由轴承振动超限表现出来。国际电工委员会在“IEC-45修订标准”中提出汽轮机振动合格标准(双振幅)（μm）如下表：表1 汽轮机振动合格标准测点转速(r/min)100150018003000360060007200轴承振动7550402521126转轴振动1501008050422512国际标准化组织（ISO）1986年制定的《回转机械转轴振动测量及其评价》（ISO7919/1-1986）对转轴单振幅振动的规定见下表：表2 转轴单振幅振动转轴单振幅振动（μm）转速(r/min)10001500180030003600良好7662574440报警1421161068275停机209170156121110根据这两个标准，并依照西屋，西门子机组的要求，对转速为3000转/分的机组对轴相对于轴瓦的振动，通常规定小于0.076mm属正常范围，超过0.127mm预报警；达到0.254mm要求脱扣停机；对于轴瓦的振动，小于0.025 mm属合格，超过0.05mm应该引起注意，加强监督。当运行人员得到这些预报警信息后，可以采用改变汽机运行状态，改变汽机转速或负荷；也可根据DEH测出的振动变化趋势，判断是否有恶化的可能。在振动值以及振动增加趋势值都超过规定值时，用手动脱扣停机。6． 汽缸与转子胀差超限的预报警：根据汽轮机本体的具体结构，转子和汽缸的膨胀始点的位置来确定汽缸与转子的胀差极限值。超限通常发生在汽机启停以及负荷突变的过程。当汽机进入正常运行后，膨胀差将处在一个稳定的数值。在膨胀差超限时，表明汽缸，转子两者加热或冷却不一致。在出现膨胀差预报警时，应及时采取加强汽缸或转子不足部位的加热或冷却，使其缓解。7． 上下缸温差过大的预报警：过大的上下缸温差通常发生在疏水不畅，下缸出现积水的情况下，此时极易造成汽缸拱背，影响汽机正常运行。上下缸温差的极限值决定汽缸的结构，对西屋机型一般在达到或超过56℃差值时应考虑汽机脱扣；41℃时预报警。当运行人员得到预报警信息后，可以及时打开疏水阀，排除下缸积水，提高下缸温度，减小上下缸温差，来缓解这种异常状况。也可以在DEH控制器中设置“进水检测”逻辑，达到在预报警时用连锁保护回路自动打开疏水阀。8．     高压缸排汽温度过高的预报警：高压缸排汽温度过高一般发生在机组启动或脱扣停机过程，高压缸流量过小，甚至出现闷缸的情况下。一般规定高压缸排汽温度达到428℃时要求脱扣停机，以保护高压缸末级叶片；达到或超过404℃时预报警。当运行人员得到预报警信息后，应采取避免高压缸闷缸的措施，加大高压缸流量，或用开启高排通风阀，降低高压缸蒸汽密度来解决。也可以设计一些连锁保护回路，对高排通风阀和高排逆止阀的自动启闭处理。过小的高压缸流量是高压缸排汽温度升高的主要原因，调节级后压力与高压缸排汽压力的比值可作为高压缸排汽温度升高的预示。在压比低于1.7时应采取脱扣的处理方式。9．    执行器动力油压过低的预报警：执行器动力油压低于10.3Mpa时预报警。在尚未到达预报警数值时，动力油压降低到11Mpa可以提前自动连锁启动备用的动力油泵，缓解润滑油压力的进一步降低。考虑到执行器动作次数过多，会引起动力油压瞬间降低的情况，动力油压过低的脱扣可延时执行。10．   润滑油压力过低的预报警：润滑油压力低于0.048-0.062Mpa时预报警。在尚未到达预报警数值时，例如在润滑油压力达到0.069-0.075Mpa可以提前自动连锁启动备用的交流或直流润滑油泵，缓解润滑油压力的进一步降低。

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