哈汽1000MW汽轮机运行说明书 - 图文

华能沁北电厂 运行三期培训资料

CCLN1000-25/600/600型汽轮机汽轮机运行说明书1

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目 录

1 汽轮机额定与设计数据 ................................................... 1 2 安全预防措施 ........................................................... 2 3 轴偏心度 ............................................................... 5 4 轴的振动 ............................................................... 6 4.1 概述 ............................................................... 6 4.2 振动级别 ........................................................... 6 4.3 异常振动 ........................................................... 7 4.4 振幅的观察 ......................................................... 7 4.5 报警范围内的运行建议 ............................................... 9 4.6 利用监视仪表进行监视 ............................................... 9 5 汽缸和胀差 ............................................................ 10 5.1 汽缸膨胀 .......................................................... 10 5.2 胀差 .............................................................. 10 5.3 推力位置检测仪 .................................................... 12 6 润滑油系统 ............................................................ 14 6.1 润滑油箱 .......................................................... 14 6.2 油位调节器 ........................................................ 15 6.3 润滑油 ............................................................ 15 6.4 润滑油疏油温度和轴承金属温度 ...................................... 17 7 低压排汽缸 ............................................................ 19 7.1 真空度 ............................................................ 19 7.2 温度 .............................................................. 20 7.3 低压缸喷水装置 .................................................... 21 8 汽封系统 .............................................................. 22 9 允许的压力和温度变化 .................................................. 23 9.1 所允许的初始压力变化 .............................................. 23

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 9.2 允许的再热压力变化 ................................................ 23 9.3 允许的温度变化 .................................................... 23 9.4 上下缸间所允许的温度差 ............................................ 23 10 偏周波运行允许时间 ................................................... 26 11 限制条件 ............................................................. 28 11.1 热应力与变形 ..................................................... 28 11.2 振动 ............................................................. 35 11.3 汽缸与转子间的胀差 ............................................... 36 11.4 监视仪表 ......................................................... 36 12 建议采用的程序 ....................................................... 37 12.1 启动前的预防措施和注意事项 ....................................... 37 12.2 启动程序 ......................................................... 37 12.3 升负荷 ........................................................... 42 12.4 平稳变负荷过程 ................................................... 43 12.5 紧急操作 ......................................................... 43 12.6 汽轮机停机程序 ................................................... 49 13 重新启动条件 ......................................................... 52 14 进水后的紧急汽轮机运行 ............................................... 53 15 由于进水而导致汽轮机损坏的分类 ....................................... 54 15.1 推力轴承失效 ..................................................... 54 15.2 损坏叶片 ......................................................... 54 15.3 热应力裂纹 ....................................................... 54 15.4 碰磨损坏 ......................................................... 54 15.5 永久性扭曲及变形 ................................................. 54 15.6 间接影响 ......................................................... 55 16 利用热电偶检测进水 ................................................... 56 17 影响损坏程度的因素 ................................................... 57 17.1 水量 ............................................................. 57 17.2 蒸汽流量 ......................................................... 57

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 17.3 转速 ............................................................. 57 18 水源................................................................. 59 18.1 抽汽系统 ......................................................... 59 18.2 锅炉和主蒸汽管 ................................................... 60 18.3 再热喷水减温器 ................................................... 61 18.4 汽封系统 ......................................................... 62 19 盘车................................................................. 63 19.1 汽轮机启动前的盘车 ............................................... 63 19.2 汽轮机启动时的盘车 ............................................... 63 19.3 汽轮机停机时的盘车 ............................................... 64 19.4 汽轮机长期停机 ................................................... 64 20 盘车注意事项 ......................................................... 65 20.1 油泵 ............................................................. 65 20.2 汽封系统 ......................................................... 65 20.3 轴承供油温度 ..................................................... 65 20.4 轴承金属温度 ..................................................... 65 21 盘车中断 ............................................................. 66 22 紧急盘车 ............................................................. 67 22.1 由于轴振动大而引起的汽轮机跳闸 ................................... 67 22.2 轴承损坏 ......................................................... 67 22.3 盘车装置问题 ..................................................... 68 22.4 润滑油冷却水系统的停止 ........................................... 68 22.5 油泵的停止 ....................................................... 68 23 进水................................................................. 70 24 低速运行 ............................................................. 71 24.1 在低速区域内提高转速 ............................................. 71 24.2 低速匀热 ......................................................... 71 25 超速试验冷启动程序 ................................................... 72

III

华能沁北电厂 运行三期培训资料 26 全周进汽 ............................................................. 73 27 最低负荷建议 ......................................................... 74 28 低负荷运行限制值 ..................................................... 75 29 给水加热器退出运行时的运行限制值 ..................................... 76 30 超出合同承诺的机组运行 ............................................... 78 31 应力腐蚀裂纹和给水处理 ............................................... 79

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1 汽轮机额定与设计数据

汽轮机型号： TC4F-SLEB48”（单轴四排汽） 额定输出（T-MCR）：1000000 kW 最大工况（VWO）：1069347 kW 最低运行负载：25% 负载 额定转速：3000 rpm 旋转方向：CCW（逆时针） 蒸汽参数

高压汽轮机入口处的主蒸汽压力：25MPa abs 高压汽轮机入口处的主蒸汽温度：600℃ 排汽压力

低压A汽轮机： 4.4 kPa abs 低压B汽轮机： 5.4 kPa abs 抽汽级数： 8 级数

高压汽轮机： 10 中压汽轮机： 7×2 级 低压汽轮机： 6×4 级 总级数 ： 48

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2 安全预防措施

警告 ■ 如果振幅在报警范围内的时间达到两分钟，则应当使汽轮机停止运行。 ■ 在到达额定转速后如果振幅在报警范围内的时间达到五分钟，则应当使汽轮机停止运行。 ■ 如果一小时内振幅在报警范围内的时间累计超过30分钟，则立即使汽轮机停止运行。 ■ 如果振幅持续位于报警范围内，最好使汽轮机停止运行。 ■ 当低油压报警发出异常信号，应当立即使汽轮机停止运行。油压降低的原因可能是管路泄漏和油泵出现问题。 ■ 当汽轮机平稳运行且轴承供油温度恒定不变时，如果发现轴承金属温度出现波动，尤其是突然变化，则可能是轴承金属损坏。必须检验温度计并确定现场仪表的状态。如果找不到原因而温度却达到了上限制值，则必须使汽轮机停止运行。 ■ 当将转速升高到额定转速的50%以上时，最好使汽轮机停止运行，确保真空度不高于限制值。 ■ 如果汽封冷却器的排风扇停止运行，则必须立即使汽轮机停止运行以防止以下情况发生。 当 心 ■ 通常情况下，油冷却器水侧压力高于油侧压力，当冷却管发生故障时可能对油造成污染。如果高油位报警表示可能存在这种情况，应当启动备用油冷却器并检查油净化装置。 ■ 低油位报警的原因通常为主油泵进油管路或排油系统发生泄漏。因此，如果发现油位过低则应当检查输油管路及油箱周围是否发生泄漏，并及时加以修理。 注 意 ■ 当需要盘车时，应当保持尽可能低的供油温度，除非因油泵电机导致它过载。 ■ 启动汽轮机前供油油温应在27℃～35℃（最佳油温范围）之间，如果达不到应使油温保持在27℃～38℃之间（许用油温范围）。 ■ 曲线图显示了当末级叶片处饱和蒸汽湿度达到12%时，再热蒸汽条件与汽轮机排汽压力之间的关系。

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 ■ 应通过控制再热蒸汽压力或再热蒸汽温度和排汽压力来确保排汽湿度不超过12%的关系曲线。 ■ 虚线表示在排汽缸变形的情况下所允许的最低排气压力，此限制值应符合上述要求的范围。 注 意 ■ 在冷启动过程中，汽轮机不允许超速运行，直到汽轮机25%或更高负载运行了至少3小时。在第一次达到额定转速时，汽轮机转子中心金属温度应低于脆性转变温度。为了确保正常运行，当达到额定转速时应当断开危急调速器的油路。 ■ 在或接近额定转速或空载情况下运行的时间不应超过热启动所需要的时间。如果在全速、带负荷或减速，尤其是在蒸汽温度降低的情况下运行热态汽轮机，很可能会导致汽轮机进口金属温度急剧冷却或发生裂纹现象。 注 意 ■ 绝对限制值以 7000 次循环的热疲劳强度为基础，不要超过此限制值。 ■ 正常运行过程通常在标准限制值下进行。 如果超出此限制值需要进行连续观察。 当接近绝对限制值时需要执行诸如机组恒速之类的操作。 ■ 如果已达到绝对限制值，最好是根据锅炉的特点对运行程序进行修改。 注 意 ■ 曲线上的数值表示每次循环占用使用寿命的百分比。 ■ 阴影区域表示核心应力限制值，在加速过程中不要进此区域。 ■ 停机循环周期越短对运行协调和精度要求越高。为确保重新启动汽轮机达到最佳运行状态，在减负荷和停机过程中，按照需要运行机组及全部辅助设备应执行安全试验，停机过程应逐步减负载，避免汽轮机金属内出现不必要的应力，防止包含阀门、汽缸和转子在内的高温部件发生变形。 ■ 机组已达到或接近额定温度后，在蒸汽以正常速度流过控制阀时，不允许汽轮机在附加负荷或空载下运行。否则将导致内部部件裂纹，引起破裂或严重变形。 ■ 如果机组的运行控制阀关闭，即使真空度状态良好，也会导致排汽缸和末级叶片严重过热。尽管可以通过启动排汽缸喷水装置对设备充分冷却，但末级叶片上游的蒸汽通道却不能被冷却到。 ■ 在未能适当使用喷水装置的情况下，运行某些再热部件也可能导致排汽缸和末级叶片出现过热。通常情况下，启机时当机组与盘车脱离，低压缸内的喷水手动选择阀将被置于“自动”位置，直到停机时机组投入盘车之前都将处于此位置。正常运行下的最高低压缸排汽温度不应超过80℃。

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 如果由于在启动过程中未能将手动选择阀置于“自动”位置而导致排汽温度升高，则应当启动喷水装置或通过逐步更改流速来调整喷水装置，以避免突然发生热力变化。 ■ 启动过程中，当机组转速接近临界转速时，为使剧烈振动的可能性降低应尽量避免汽轮机转子接近临界转速运行。在转子接近临界转速时通常需要连续升高转速。 每台汽轮机可以进行稳速或非临界转速见(第4.1节表 4-1)运行。 ■ 根据锅炉特点，某些再热设备在减负载状态下长期处于低负载运行时，将会导致主蒸汽温度低于再热蒸汽温度。 由于它在汽轮机内可能产生导致汽缸变形和泄漏的不理想温度分布，因此应当尽量避免这种现象。 ■ 如果在机组壳体上存在湿保温材料的情况下启动机组，将会冷却外部缸体的外表面，导致汽缸外部与内部金属表面出现巨大的热力差，产生巨大的热应力，因此运行汽轮机前应确保与汽轮机接触的保温材料干燥。可以利用加热灯或热风机烘干保温材料，也可以在机组运行前提前几天安装保温材料。如出现类似情况，也不应在未安装保温层的情况下运行汽轮机。

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3 轴偏心度

轴偏心度是指转子偏离正常条件的程度。偏心度检测仪可以显示转子挠度的趋势和指出是否应当继续盘动。在盘车正常运行情况下，轴的偏心度不应超过正常值的10%，或110%的绝对值。

为了确保机组平稳加速，在达到110%的绝对值后盘车应至少连续运行1小时。或者当轴偏心度读数趋于稳定时可以提高汽轮机转速，操作人员必须对整个加速过程中轴的振动量进行认真监视。尽管汽轮机转速可以升高到此限制值之上，但转子摩擦可能引起剧烈振动，因此我们不建议采用这种方式。

在盘车最初5小时或盘车装置持续运行更长时间后应确定正常偏心度数值。在汽轮机冲转脱离盘车前，查看偏心度检测仪上的读数并与预定值进行对比。

在冲转后，偏心度检测仪上的示数表示轴的振幅而不再表示其偏心度。因此，偏心度检测仪上的示数含义取决于汽轮机的转速范围。

有关转速的技术规范，见表4.1。

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 同，因此很难将油温控制到下限范围内。这种情况下，除非在最初试运行过程中发生问题，否则可以对下限设定进行修改。

由于在零件间很难获得足够的油膜厚度，因此不能轻易对上限进行修改。要想对这种情况进行修改，可以咨询制造厂。汽轮机停机过程的方式与启动过程相同。如果15分钟内达到所建议的限制值并且油冷却器处于运行状态，则可以在油温低于限制值的情况下启动盘车。当正常执行停机过程、无保持速度过程并且在短时间内对比起动条件应考虑这些因素。然而，当盘车启动温度高于上限或在15分钟内未下降到上限以下时润滑油系统出现故障。当任意一种情况发生时，应当采取相应措施并向制造厂发送信息。

另外，即使温度限制值是根据每台特定机组的运行条件确定的，盘车启动时允许的最高供油温也可为38℃或低于此值。

启动

供给油图6.1 启动供给油温度

注 意 ■ 当需要盘车时，除非因油泵所需要的动力导致它过载，否则应当保持尽可能低的油温。 ■ 启动汽轮机前供油的油温应在27℃～35℃（推荐油温范围）之间，如果达不到则应使油温保持在27℃～38℃之间（许用油温范围）。

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 停机

图6.2 停车供油温度

注 意 ■ 当需要盘车时，除非因油泵所需要的动力会导致它过载，否则应当保持尽可能低的油温。 6.4 润滑油疏油温度和轴承金属温度 6.4.1 润滑油疏油温度

应当依据窥视孔处的油温确定润滑油的回油温度。以下是各种运行条件下的最高允许温度：

● 正常运行：79℃

● 供油和回油间的温度差：28℃ ● 回油温度的瞬时变化：3℃

即使温度仍位于规定限制值范围内，但一旦油温突然升高3℃或以上，则认为是不正常，应彻底调查故障原因。 6.4.2 轴承金属温度

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 下表中列出了额定转速下连续运行期间的金属温度限制值。 项 目 推力轴承 有效或非有效侧 支持轴承 椭圆轴承 可倾瓦轴承 金属温度的瞬间变化，5.5℃/分钟 即使温度仍位于规定限制值范围内，然而一旦轴承温度突然升高 5.5℃或以上，则认为是不正常，应彻底调查故障原因。

可以利用回油和金属温度测量结果确定轴承是否处于良好状态。通过将测量得到的回油和轴承金属温度与正常条件下的温度进行对比可以检测出轴承金属是否发生损坏。然而，轴承座内溢流油质量对回油温度也有一定的影响，因此很难准确测得回油温度。回油温度还与轴承摩擦损失、供油管路孔径和轴承供油温度有关。所以，启动过程中的回油温度对于确定轴承的状态并不重要，而是应当在正常运行状态下观察回油温度。

另一方面，金属温度可提供更加准确的轴承状态测量结果。确定正常运行过程中的数据趋势，通过对比可发现异常情况。尽管金属温度与回油温度通常受上限限制，但它们也同时受到热电偶位置和油流量的影响。因此，更有必要对与正常运行状态下温度的偏差量进行检查。额定转速下运行状态的突然变化会导致轴承径向和轴向推力发生变化，导致温度发生微小波动。然而，此类偏差通常不会影响到汽轮机运行。 警告 报警温度 93℃ 107℃ 115℃ 最高温度 107℃ 121℃ 121℃ ■ 当汽轮机平稳运行并且轴承供给油温度恒定不变时，如果发现金属温度出现波动，尤其是突然变化，则可能是轴承金属损坏。必须检验温度计并确定现场仪表的状态。如果找不到原因而温度却达到了上限制值，则必须使汽轮机停止运行。 一旦确定了转速降低速度和正常运行状态，便可以估算得到轴承金属状态而无需进行直观检查。如果金属发生疲劳失效，则异常情况下转速的降低速率可能会高于正常情况，并且供给油温度的降低速率也可能会出现异常。本机组上提供了轴承金属温度测量装置。操作人员通过将这些温度测量结果与正常状态下的温度进行对比，可以精确地判断出轴承金属是否发生损坏。

在初始运行期间，如果温度接近上限或者轴承间的温度出现偏差，则应当立即调查故障原因。

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7 低压排汽缸

7.1 真空度

下表中列出了各种运行条件下低压排汽缸的相应真空度和绝对压力。

运 行 状 态 冲转前-最低真空度 半速时-最低真空度 最初加负荷前-最低真空度 最初加负荷后-低真空度报警 最初加负荷后-低真空跳闸 真 空 度 mmHg 635 670 670 635 572 kPa(g) -84.7 -89.3 -89.3 -84.7 -76.3 汽轮机启动时所获得的真空度是所需要的最低真空度。以后的真空度越高运行情况越好。即使已满足其它启动条件，也不应在≤-84.7 kPa(g)的压力下启动汽轮机。 警告 ■ 当将转速升高到额定转速的50%以上时如果真空度高于限制值，最好使汽轮机停止运行。 如果真空度远远在限制值以下，不需要停机。然而，应当对排汽缸温度、胀差、振动和其它限制值严密关注。

在这种情况下最好是提高汽轮机转速，并观察真空度增加的趋势。这便是到达初始载荷时需要重新检查真空度限制值-89.3kPa(g)的原因。

在初始加负荷后真空度不应降低到报警限制值（-84.7kPa(g)）以下。

在初始加负荷后应当认真考虑报警值。以上所列数值是正常运行过程中因异常情况所导致真空度降低的限制值，而不是启动过程中的限制值。

如果在运行过程中发生真空度报警，则必须立即查找故障原因并进行相应修理。 在低压外缸上安装有大气阀，如果缸内蒸汽压力达到34.3kPa(g)并且全部蒸汽压力达到103 kPa(g)或以上压力，则此大气阀隔膜破裂，从而确保汽轮机低压外缸和凝汽器不会发生超压。

出于排汽缸内外壳结构的考虑，最大真空度大约为745mmHg（-99.3 kPa(g)）。超出此限制值的真空运行可导致低压排汽缸内轴承箱体发生变形和振动等级发生变化。

在低负荷运行过程中必须对振动记录仪进行密切观察。在确定真空度上限时应同时考虑汽轮机末级叶片的湿度。末级的湿度是低压缸进汽压力与温度的函数，参考图 7.1。

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 出于对叶片腐蚀速度的考虑，末级的湿度最高不得超过12%。

图7.1 以蒸汽湿度为依据的排气压力限制值

注 意 ■ 各曲线图显示了当末级叶片处饱和蒸汽的湿度达到12%时，再热蒸汽与汽轮机排汽压力间的关系。 ■ 应当通过对低压缸进汽压力或低压缸进汽温度和排汽压力中的两个因素进行控制来确保相关点不会超过湿度12%的关系曲线。 ■ 虚线表示在汽缸发生变形情况下所允许的最低排气压力，此限制值最好位于以上所要求的范围内。 7.2 温度

运行条件 从冲转启动到初始负载 连续负荷运行 52℃ 80℃ 107℃ 上 限 备 注 采用汽缸喷水方式 高温报警 高温跳闸 在启动和其它低负荷运行期间，汽轮机从它的驱动蒸汽中消耗少量能量。从而会导

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10 偏周波运行允许时间

在转子共振的作用下，高周疲劳可能会导致汽轮机末级长叶片和临近区域损坏。通常情况下，这些叶片的固有频率通过调谐足可以避免在额定转速及其附近发生共振。 某些与机组相连的管路，其固有频率的变化是不可避免的，此时应将担保连续运行频率之外的运行控制在图10.1中所示的曲线限制范围内。此曲线是根据以上所讨论叶片材料的疲劳强度设计而成。运行过程中总损坏量不应超过1.0。 因此：

其中：

tfo= 频率f下的允许运行时间（参阅图 10.1） tf = 频率f下的实际运行时间

受曲线控制的运行情况应当是包含空载运行情况在内的整个负载范围。其原因在于空载运行下激振力通常很小，而在低负载运行过程中它可能会快速升高。在经过诸如启动、停机、调节器试验之类运行过程中的临界点时很难引起共振发生。因此，在计算叶片使用寿命时，不需要将经过临界点的时间计算在内。然而，如果出于某种原因在这些运行过程中将转速固定到偏周波状态，那么在计算叶片使用寿命时必须将此时间计算在内。当需要固定转速时，应当采用前一个等式并使转速尽快返回安全区域。

根据上一个等式控制叶片使用寿命，如果总损坏量达到0.8～0.9，则可能会有裂纹形成并且必须在下一次定期检查中对叶片进行检查。

当在检验前总损坏超过1.0时，根据疲劳失效的特点，即使可能已形成裂纹但却不会导致叶片断裂。通常情况下，如果从那时起已经运行了足够长的时间，则可以按相同的运行路线继续运行，直到下一次定期检查为止。然而，从本质上讲最好是通过确认各个汽轮机运行限制值进行高频率控制来进行认真操作。

尤其是在诸如高排汽温度、高排汽湿度或采用低压缸喷水装置长时间运行的特殊运行过程中，需要进行更加密切的观察。 偏周波运行的允许时间 （sleb48\系列）

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11 限制条件

在大多数汽轮机启动过程中，需要加以限制的主要条件包括：热应力与变形、振动、汽缸与转子胀差量，或者这些条件的任意组合。

对这些条件加以限制的目的是确保汽轮机金属间不会出现过大的温差或温度变化速率。依据汽轮机设计结构与配置不同，尽管后两种限制更为重要，但它们通常会发生在第一种限制之后。 11.1 热应力与变形

在平稳运行状态下，阀门与汽缸内的组合压力与热应力以及转子内组合离心力与热应力相对较小。然而在诸如启动、停机、变载和紧急情况等瞬间运行状态下，巨大的热应力会加到汽缸与阀门内的压力和转子内的离心力上。剧烈瞬间状态可产生屈服，从而降低屈服部件的疲劳损失寿命。使用寿命的具体消耗值取决于每次运行过程中组合应力的大小。因此需要通过控制温度变化速度将这些应力限定在可以接受的等级。 11.1.1 温度

汽轮机启动与加负荷的主要目标是通过控制重要汽轮机零件逐渐、均匀地加热产生最小的热应力。重要部分包括：调节阀阀腔、第一级喷嘴内流道、第一级腔室区域、高压和再热转子及大多数机组都具有的主汽阀阀体。

这些零件主要位于汽轮机高压与再热部分内的最热部分中。 11.1.2 温度限制

汽缸与阀门厚壁截面上的温差不应超过图11.1～图11.4 中温差曲线上允许的最大建议值。这些曲线可用于优化固定件每次循环对使用寿命的消耗量。

金属温度变化速率不应超过转子循环损坏曲线图中单独曲线上的最大建议值。 图 11.5 和图11.6 上分别显示了高温和再热部分的曲线。

限制这些变化速率的目的是将高压与再热转子的循环使用寿命消耗量限定到可以接受的等级。由于无法对转子温度进行准确测量，因此必须利用与其临近的固定件温度来代替它。距离高压转子最近的热电偶位于第一级汽缸内表面。限制值曲线代表各种转子表面每次循环所消耗循环寿命的百分比，是利用实际金属温度变化量与预期金属温度变化量之间的关系绘制而成的。 注 意 ■ 绝对限制值以 7000 次循环的热疲劳强度为基础，不要超过此限制值。 ■ 正常运行过程通常在标准限制值下进行。 如果超出此限制值需要进行连续观察。

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 当接近绝对限制值时需要执行诸如机组恒速之类的操作。 ■ 如果已达到绝对限制值，最好是根据锅炉的特点对运行程序进行修改。

主汽阀阀体 允许的温差

阀腔内表面温度（℃） 图11.1 允许温差-主汽阀阀体

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调节阀阀体 允许的温差

阀腔内表面温度（℃） 图11.2 允许温差-调节阀阀体

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第一级腔室和再热腔室 所允许的温差

腔体内表面温度（℃）

图11.3 允许温差 – 第一级腔室和再热腔室

表示温度变化率与各种周期性寿命损耗的预期变化量对比。 转子部分 转子名义直径 热电偶的位置

高压部分 736.6 mm（29″） 第一级汽缸内表面 31

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金属温度变化量（℃）

图11.4 转子循环损坏曲线-高压部分

注 意 ■ 曲线上的数值表示每次循环占用使用寿命的百分比。 ■ 阴影区域表示核心应力限制值，在加速过程中不要进行此区域。 表示温度变化率与各种周期性寿命损耗的预期变化量对比。 转子部分 转子名义直径 热电偶的位置

再热部分 711.2 mm（28″） 再热汽缸内表面 32

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金属温度变化量（℃）

图11.5 转子周期性损坏曲线-再热部分

注 意 ■ 曲线上的数值表示每次循环占用使用寿命的百分比。

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负载（%）

图11.6 第一级壳体温度与负荷百分比间的关系曲线

11.1.3 允许变化速率曲线的使用

在可以利用这些曲线得到任何瞬间运行状态下的允许或理想速率之前，必须首先了解以下三项信息（在括号内给出了信息来源）。

·当瞬间运行过程开始时第一级壳体稳态时的金属温度。（来源：金属温度记录仪） ·预期金属温度。（来源：第一级壳体温度与负荷或百分比负载的关系曲线。通过利用现场仪表数据绘制出实际金属温度与负载间的关系曲线可以获得这些曲线图）

·在特定运行过程中每次循环所消耗使用寿命的理想百分比。 11.1.4 使用寿命消耗值的选择

每次循环使用寿命消耗值被定义为一次完整循环对裂纹形成的影响程度。例如当机组满负荷平稳运行时，一次完整的循环包括满负荷停机时间、盘车时间加上起机达到满负荷平稳运行状态时间。如果机组位于盘车状态，则单个完整的循环周期包括达到满负荷平稳运行状态的启动时间和重新返回盘车的停机时间。从理论上讲，一旦这些因素之和达到100%，则可能在高温固定件或旋转件内产生裂纹。

在选择每次循环使用寿命消耗值百分比时需要考虑很多因素：

（1）机组整个使用寿命内的总瞬时循环。如果在未来30年内机组可以承受5000

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 次诸如启动之类的瞬间运行和主要变载循环，那么在假设每个循环周期相等的前提下，每次循环的消耗量为100/5000%=0.02%。

如果发现机组在未来30年内不能承受如此多的循环次数，则每次循环将使用较大的寿命消耗百分比。相反，如果机组循环可以在5000次以上，则每次循环使用较小的寿命消耗百分比。

（2）瞬间循环状态下负荷增加和降低的速率。

假设金属温度变化速率曲线在加热和冷却各半的循环中所选择的使用寿命消耗量相等。

如果缓慢进行的启动或负荷增加过程中每次循环消耗量为0.01%，而快速进行的停机或减负荷过程中每次循环的消耗量为0.02%，那么每次循环的净使用寿命消耗量大约为0.01%和0.02%的平均值，即每次循环大约为0.015%。

因此在启动、加负荷和卸载过程中必须首先考虑第一级壳体内温度变化的速率。转子的合应力通常高于固定件的应力，故需要将它作为限制项。因此操作人员应当对限制值的变化速率特别注意。限制阀门与汽缸金属温差、变化速度和热应力的最有效方式是使蒸汽温度与金属温度相匹配。

在冷启动过程中，必须通过在低速下长期运行来使金属温度尽量接近蒸汽温度。建议启动时间图11.5中所提供的信息可帮助操作人员选择适当的加速速率和匀热时间，从而确保温度变化的速率和温差在初始加负荷匀热限制值的范围内。 11.2 振动

在冲转过程中，尤其是在汽封很紧的新汽轮机上，尽管采用最佳的运行程序和处于最佳热力条件下也可能导致汽封发生轻微磨损。当接近临界转速，转子中跨挠度最大时，此类现象更容易发生。如果在低于或接近临界转速时由于振动量加剧而导致磨损现象存在，应立即停止汽轮机运行并盘车1～2小时。通过此过程可将轴拉直，从而在重新启动后不会再发生进一步的磨损。

如果在临近临界转速下继续运行，会在加速作用下加大轴的变形量，从而损坏汽轮机汽封、降低汽轮机的效率。在极端情况下很可能导致轴发生永久性变形。

冲转时，恒定、平稳的加速可最大程度地降低转动过程中的磨损量，尤其是在经过临界转速时。在临界转速以下，转子变形导致的不平衡会加剧变形程度，从而导致更加严重的磨损和变形。在临界转速以上时，转子变形引起的不平衡会降低变形程度和缓解磨损。

在临界转速以上发生的碰磨不像临界转速以下那样严重。在经过临界转速范围时转子的挠度会大大增加；因此操作人员应当使汽轮机快速地加速通过临界转速区域。

特定机组的操作人员应当快速了解机组的启动特性，并且能够对任何转速下的正常

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 与异常振动等级加以区分。例如在机组加速过程中，发电机支持轴承在发电机第一临界转速下振幅的增加是非常正常的。低于0.15mm的振幅被认为是正常的， 0.2 mm的振幅是可以接受的。此值对于特定的机组通常恒定不变，随着运行环境变化不会有明显变化。在某些情况下，最后一级汽轮机轴承会受发电机影响，这也是很正常的。

3000rpm以下汽轮机轴振幅，尤其是高压汽轮机轴在1000rpm以下时振幅通常不会超过0.075mm。如果振幅达到0.125mm，则表明有严重的碰磨。现代3000rpm大型汽轮机的转子一阶临界转速范围通常在1000～2500rpm之间。在此转速范围下的轴振幅增加是正常的。

在确定振动情况是否正常时，操作人员应当考虑振幅是否已经达到或接近峰值以及振幅变化的快慢。通常情况下，在到达或接近汽轮机第一临界转速时，轴的振幅不应超过正常振幅的两倍。

在某些情况下，特定机组的正常振幅可以接近0.15 mm，而当汽轮机加速通过临界转速范围时，短时间稍高于此限制值的振幅也是可以接受的。

当汽轮机在低于临界转速范围或正此范围内时，一旦有异常振动发生，应立即停机并盘车。平衡的机组通过临界转速范围后，轴的振幅将减小。

振动强度是转速的指数，因此在较高转速下发生的少量位移是可以接受的。当转速超过2700rpm时，振幅通常应低于0.125mm。

在3000rpm的转速下，允许在0.175mm的振幅下进行短暂的运行；在0.1～0.125mm运行，是可以接受的，但应采取措施修正；而低于0.075mm的振幅才是令人满意的。 11.3 汽缸与转子间的胀差

高温转子的温度变化通常比汽缸快。如果转子与汽缸间的温差过大，将导致胀差增大引起内部碰摩。应监视胀差将其控制在图11.2上所指示的范围内。不影响热应力的控制。

11.4 监视仪表

汽轮机上配置有各种监视仪表，用来记录转速、阀位、偏心度、轴振动量、汽缸与转子间的胀差、金属温度和盘车啮合情况。

为了及时发现异常情况，应对这些仪表进行连续性监测。对于初次安装或经过大修的汽轮机来说，会有意地将汽封的间隙设定为稍微小于经验值。在初始运行过程中的各种工况下汽封预期会有一定的磨擦。

在这段时间内，负载的变化速度应稍微低于本使用手册内所规定的数值。根据锅炉和辅助装置特性或电厂其它情况的不同，可能需要对这些用法说明进行修改。

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12 建议采用的程序

12.1 启动前的预防措施和注意事项

·在低速下听摩擦声。

·检查振动、油压与油温、汽封压力和胀差。

·按使用手册中的规定观察主蒸汽和再热蒸汽的压力和温度、排气压力和温度等。 ·冲转前，确认转子轴的直线度。

为此，按本使用手册中规定的时间运行盘车，并按第3节“中的规定检查轴的偏心度。

通过采用适当方法使蒸汽温度与金属温度相匹配可在最短的时间内轻松地启动汽轮发电机机组。这些方法包括：

·在冲转、并网和带初负荷过程中采用全周进汽方式。由于所有调节阀处于全开状态，因此这些阀门后的部位接触到相同蒸汽温度。应当在所有启动加速、并网和带初始负荷时采用全周进汽方式。

·为了对蒸汽温度加以控制，所提供的蒸汽应具有较大的流量调整范围。 12.2 启动程序

全部热运行应当满足转子周期损坏曲线内所规定的温度变化速率。曲线上的启动参数和建议启动时间（图12.1）是根据转子周期损坏曲线确定的，应作为操作人员的操作指南。

在执行正常启动和加负荷时，建议采取以下程序。 12.2.1 冲转前的盘车

在冲转前进行盘车可防止由于热变形导致的转子临时变形。最好是在上次停机以后一直保持连续运行状态。

在长时间的停机后需要进行至少4小时的盘车来确保无故障的平稳启动。通常情况下8小时更佳。然而，在机组安装有转子偏心度检测仪的情况下，在偏心度已经达到额定值的10%后经过最少1小时的盘车便可启动机组。

无论任何情况，在汽轮机停机后应当按照每停机1分钟盘车10分钟的比例盘动转子，直到到达8小时为止。 12.2.2 调节阀预暖

如果调节阀阀体外部金属温度低于主蒸汽饱和温度，则应当给调节阀阀体预暖。 12.2.2.1 阀体预暖的起始条件

（1）凝汽器真空度≥33.9 kPa(g)（254mmHg）

37

华能沁北电厂 运行三期培训资料 （2）入口蒸汽焓值≥2814 kJ/kg

（3）MSP(主蒸汽管)和MSV(主汽阀)应当完全打开 12.2.2.2 检查控制阀是否已经关闭。

12.2.2.3 按下图中所示反复打开和关闭 MSV(主汽阀)旁路阀，直到满足以下两个条件之一为止。

（1）调节阀阀体外部金属温度≥ 210℃； （2）1小时预热；

MSV 旁路阀打开速度

完全打开 关闭

12.2.3 冷启动前高压缸的预热

通过盘车进行预热可以降低由冷启动引起的热应力（温度不匹配）。实现预热最有效的方式是将缸体加压到大约0.5MPa(g)。这种方法的另一个优点是可以同时预热动静部件，从而可以降低冷启动过程中高压汽轮机内出现过度胀差和碰摩的可能性。

当第一级腔室内表面金属温度低于130℃时我们建议加一定的压力。

应当利用适当的阀门将蒸汽从辅助蒸汽母管引到需要预热机组的冷再热管路内。预热结束后的金属温度最好高于150℃（不低于130℃）。

高中压转子连接部分的再热端的预热是通过高压部分的轴向热传导和转子端部汽封蒸汽的热量来进行的。一旦建立了真空并且轴密封已经启动，便可以开始加压过程，但在真空被破坏的情况下不要启动或继续进行此加压过程。 12.2.3.1 预热条件

（1）开始

在凝汽器真空建立后如果调节级腔室内部金属温度低于130℃，应开始高压缸预热过程。

（2）结束

当调节级腔室内部金属温度已到达150℃时，汽轮机允许进汽，无需再进行高压缸预热。 12.2.3.2 程序

2 分钟 2 分钟 2 分钟

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 （1）打开汽轮机的全部阀门、汽缸与再热蒸汽疏水阀和位于截止阀汽轮机侧的全部抽汽管路疏水阀。

（2）使汽轮机与盘车啮合并投入汽封系统。 （3）确认凝汽器中冷却水已建立循环。

通过启动凝汽器抽气设备来建立真空，并启动排汽缸喷水装置。除非其它设备需要较高的真空，否则在预热过程中应保持尽量低的真空。这样可使再热部分获得最佳的预热效果。

（4）从隔离阀和预热控制阀的进汽对高压汽轮机进行加压。确认预热控制阀随时可以将压力控制到规定的数值（0.5MPa(g)）。

（5）通过隔离阀和控制阀向冷再热管路中通入辅助蒸汽将预热蒸汽通入汽轮机内。高压汽轮机被加压到规定的数值（0.5MPa(g)）。在此预热过程中，高压缸缸体内的压力（调节级压力）不应超过0.6MPa(g)。

（6）预热过程中的理想升温速度如下所示。 预热开始时的金属温度 低于 70℃ 高于 70℃ 而低于 100℃ 高于 100℃ （7）必须确保汽轮机与盘车啮合。

通过控制阀对流量进行调整。在预热过程中，通入过量蒸汽可能会使汽轮机与盘车脱离，汽轮机的转速超过盘车的转速。从保护汽轮机转动和固定件的观点看这种现象并不异常。当转速降低而转子停止转动时，盘车与汽轮机自动重新啮合。

（8）在转子预热过程结束后，需对汽缸减压。 （9）确认全部疏水阀已为正常启动做准备打开。

（10）为了防止真空导致汽缸冷却，在预热完成后应尽快开始汽轮机启动程序。 12.2.4 启动的准备

应当对以下汽轮机金属温度和蒸汽状态进行记录： ·主蒸汽温度 ·主蒸汽压力

·调节级腔室内表面金属温度

·中压汽轮机排汽缸上部内表面金属温度。 12.2.5 允许的温度变化率

应当在冲转前根据图11.4和11.5中的转子循环损坏曲线确定调节级腔室金属温度所允许的变化率。

使用这些曲线，需要已知启动结束时调节级腔室的蒸汽温度。假设启动结束时蒸汽

最大升温速度 50℃/小时 75℃/小时 120℃/小时 39

华能沁北电厂 运行三期培训资料 处于额定状态下，则可以利用调节级腔室温度与负荷百分比的关系曲线确定启动结束后的调节级温度。

业主应当在确定了锅炉的特性后绘制此曲线。 12.2.6 启动参数

根据推荐的启动时间表（图12.1）可利用在第2步记录下的主蒸汽压力、温度和调节级腔室内表面金属温度来确定每个启动参数。

应用图12.1中的建议启动时间区域2，可以利用主蒸汽温度1a和主蒸汽压力1b确定调节级腔室排汽温度。从蒸汽温度2向区域4向下画一条直线，查看此直线与调节级腔室内表面金属温度1c斜线交点的读数。竖轴是不匹配的温度3。

对汽轮机部件不会构成不利影响的最佳不匹配温度范围是从-111℃到+167℃。控制对锅炉产生可获得焓值大于2810kJ/kg而温度位于上述范围内的干蒸汽。为了使汽轮机实现平稳暖机，不匹配温度应当被设定在+28℃和+56℃之间。

利用区域4确定加速度。加速度的选项包括慢、中等、快或不启动。

如果交叉点位于不启动区域内，除非有特殊要求，否则汽轮机的启动应被推迟。出于对蒸汽发生器特点的考虑，应选用慢速来防止主蒸汽温度的意外降低。最好将汽轮机的启动固定到此区域内。主蒸汽温度在此区域内将会升高。

在建议启动时间表上，可以通过从上述提到的不匹配点向右绘制直线来确定800RPM下的建议持续时间5、在额定转速下的持续时间6和初始负荷的建议值和持续时间7、8、9。直线与粗黑线的交点便是我们所需要的点。根据调节级腔室内表面金属温度TFS共绘制了四个图表；即TFS≤270℃、270℃＜TFS≤350℃、350℃＜TFS≤400℃和400℃＜TFS。

将转速精确选定为800RPM时的恒速持续时间定义为低速预热时间，在4表4.1中对此值进行了规定。

在冷启动过程中，当TFS≤270℃时，低速预热时间取5a和5b之间较长值。在恒速保持此时间后，确认中压汽轮机排汽缸上部和内表面的金属温度已经高于85℃，或者温度超过80℃的时间已经超过1小时。

如前所述，与转子循环损坏曲线所允许的温度变化时间相比，如果金属温度迅速上升应延长恒速时间，而如果金属温度上升缓慢应缩短恒速时间。

由于转子碰摩变形，低速恒速会引起振动增加的可能性。为了消除这种恒速需要尽量缩小温差。在低速预热过程中，应对轴振幅进行连续观察以防止其进一步加剧。

在低速匀热结束后，可以用适当的加速度将机组加速到额定转速。除非出于某些特殊目的，否则采用以上方式确定的加速度是合适的。 额定转速下的恒速过程被定义为高速匀热。

应根据转子周期损坏曲线所确定的允许温度变化率，适当延长或缩短恒速时间。 表9中给出了带初始负荷时间和恒负荷时间。为了使调节级腔室内表面所允许的温

40

华能沁北电厂 运行三期培训资料 度变化率满足转子周期损坏曲线所规定的限制值范围，应当根据需要延长或缩短恒负荷时间。

图12.1 建议的启动时间

12.2.7 启动程序示例

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 表12.1为四种启动形式：极热态、热态、温态和冷态启动的参数示例。利用已知调节级腔室内表面金属温度、主蒸汽温度与压力和图12.1确定其余数值。

表12.1极热态、热态、温态和冷态启动参数示例 参数 主蒸汽温度 主蒸汽压力 调节级蒸汽温度 温差 加速度 低速匀热时间 高速匀热时间 加负荷速度 初始负荷 极热态启动 540℃ 473℃ -27℃ 钟 0分钟 10分钟 1 %/分钟 5% 热态启动 450℃ 510℃ 438℃ -12℃ 钟 0分钟 10分钟 1%/分钟 5% 0分钟 温态启动 410℃ 410℃ 313℃ +13℃ 钟 0分钟 15分钟 0.5%/分钟 3% 20分钟 冷态启动 150℃ 380℃ 271℃ +121℃ 钟 30分钟 60分钟 0.5%/分钟 3% 65分钟 调节级内表面金属温度 500℃ 8.5MPa（a） 8.5MPa（a） 8.5MPa（a） 8.5MPa（a） 300 rpm/分300 rpm/分150 rpm/分100 rpm/分初始负荷下的恒载时间 0分钟 12.3 升负荷

根据图12.2～图12.5的曲线或表12.2上的建议汇总确定带初始负荷后的升负荷速度。如果需要，应当根据转子循环损坏曲线上选定的限制值对此速度进行修改。

按照规定升负荷速率，检测金属温度变化率，将机组加负荷到转换点。

操作人员应在继续监测金属温度变化率限制值的同时提高主蒸汽压力和/或打开调节阀来增加机组的负荷。

应当在机组启动和升负荷过程中对胀差进行监视，确保它位于第5.2节中所规定的限制值范围内。应根据经验选择升负荷率，确保膨胀量不超过这些限制值。

注 意 ■ 在冷启动过程中，在汽轮机超速运行前至少已经在25%额定负荷或更高负荷运行了3小时。 在第一次达到额定转速时，汽轮机转子中心金属的温度应低于脆性转变温度。为达到满意效果，当达到额定转速时应将危急遮断器断油跳闸。 ■ 热启动时应尽量缩短额定转速、额定转速附近或空负载运行的时间。 在全速、空负荷或减速时，尤其是在蒸汽温度降低的情况下运行热汽轮机，很可能会导致汽轮机入口金属温度急剧降低而发生裂纹现象。

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华能沁北电厂 运行三期培训资料 12.4 平稳变负荷过程

平稳变负荷被定义为从一种平稳负荷状态到另一种平稳负荷状态的变化。在进行此类过程时，需要根据第12.2.5 节“允许温度变化率”观察缸壁横截面上温差变化速度的最大允许值。可以假设初始条件相同，利用调节级腔室蒸汽温度与负载百分比间的关系曲线确定调节级腔室金属温度变化。 12.5 紧急操作

紧急情况下任何机组都可能跳闸。如果情况不是太糟，也可以在遵守紧急情况下温度降低速度的同时降低负载。而从另一方面讲，即使紧急情况下升负荷速度也不应超过正常值。

在机组已经达到或接近额定蒸汽温度后，如果主蒸汽压力很高，则不要在任何转速下带厂用电负荷或空负荷运行汽轮机，尤其温度降低的情况下更应如此。此类操作通常发生在紧急电气跳闸后。应当尽量避免此类运行的出现，否则高压汽轮机最热部分的内表面将发生突然的急剧冷却。并进一步形成裂纹。如果在跳闸后可以快速恢复负载，则使汽轮机跳闸并使机组与盘车啮合来为重新热启动做好准备。

表12.2 汽轮机启动建议汇总 启动模式 项 目 力 主蒸汽温度 第一级排汽温度 第一级腔室内表面金属温度 温差 加速度 低速匀热时间 高速匀热时间 0负荷到初始负

单 位 ) ℃ ℃ 极热态 8.5 540 473 热态 8.5 510 438 温态 8.5 410 313 冷态 8.5 380 271 主蒸汽压MPa(abs汽轮机启动条件 ℃ ℃ rpm/分钟 分钟 分钟 %/分钟 500 -27 300 0 10 1 43

450 -12 300 0 10 1 410 +13 150 0 15 0.5 150 +121 100 30 60 0.5 华能沁北电厂 运行三期培训资料

启动模式 项 目 荷 初始负载 初始负载下的恒载时间 % 分钟 5 0 5 0 3 20 0到3% 0.5 3到7% 0.5 7到15% 0.5 15到30% 0.5 30到100% 1.0 3 65 0到3% 0.5 3到7% 0.5 7到15% 0.5 15到30% 0.5 30到100% 1.0 单 位 极热态 热态 温态 冷态 0到5% 1.0 0到5% 1.0 5到20% 0.5 5到20% 0.5 从初始负荷到 满负荷 %/分钟 20到50% 1.0 2.0 20到50% 1.0 2.0 50到100%% 50到100%%

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图12.2 典型启动曲线图（极热启动模式/2 小时停机）

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