关于汽轮机启动过程优化研究的技术分析

关于汽轮机启动过程优化研究的技术分析

陈功卓,任明俊,栾刚

中国石油吉林石化公司动力二厂机炉车间

摘要：大型炼化企业的蒸汽轮机在每次启动之前都会消耗大量的中压和低压蒸汽，暖管的速度如果控制不好还会造成汽轮机相关部件出现故障，因此优化各项控制参数，严格控制暖管时间就显得十分重要，科学合理的设置暖机时间，这样既可以减少蒸汽的消耗，同时还能缩短系统并网的时间，保证机组提前增加发电效益。以往启机一次需要近7小时左右，通过优化启机过程后可缩短至5小时左右，每次启机可节约中压蒸汽消耗近30吨，增加2小时发电量近8千度，可以累计创造效益1.5万元左右。

关键词：汽轮机；启动过程；凝汽器；优化

1  汽轮机启动过程优化

1.1  汽轮机蒸汽管线暖管流程的启动优化

高压蒸汽管线暖管过程的主要目的在于将汽轮机金属管壁以及附属相关配件均匀的加热到适合开机的温度，防止汽轮机组在开机过程中因为出现较大温度变化导致系统管线出现应力，蒸汽管线暖管的过程也可以使蒸汽管道内的凝结水顺利排出，防止蒸汽系统管线因为升温不均匀发生水击现象，引起管线的变形、开裂。对于蒸汽管线暖管的操作过程进行优化，暖管操作的关键节点主要在于控制管道内蒸汽压力与蒸汽流量的变化速度在合理的区间范围。在暖管的实际操作中，要注意控制蒸汽系统管线的阀门和疏水阀等的开度，通过蒸汽管线温度变化，适当调整阀门开度的变化来，以此来保证暖管的升温、升压过程符合蒸汽轮机升温的设计要求。背压式汽轮机组在蒸汽暖管前还可以使用盘车的办法进行预热，汽轮机组在连续盘车的状态下，可以利用排汽的母管蒸汽，由汽机尾部引入，使机组本体问题上升至100℃，汽轮机组获得一定的温度后，冲转时就可以缩短低速暖机时间。

1.2  汽轮机冲转阶段的凝汽器真空参数如何进行优化

汽轮机组在冲转的过程中，凝汽器的真空度取决于胀差值以及汽轮机组温度上升速度快慢。真空度需要保持在一个合理的区间范围内，真空度既不能过高也不能过低。汽轮机组为了有良好的开机效果，机组在冷态启动状态时，主蒸汽的温度达到操作规程规定的温度之前，实际操作中可以通过利用辅助蒸汽供轴封，然后再执行抽真空的具体操作，这样主蒸汽温度与凝汽器真空度就可以同时达到汽轮机运转的工艺卡片要求，同步进行操作节约了汽轮机组的启动时间。利用辅助蒸汽供轴封，再执行抽真空的具体操作阶段要尤其注意的是轴封位置供汽温度和抽真空过程的动态协调控制过程，若控制不当则非常容易发生送汽与抽真空的不匹配，严重一些的话可能导致汽轮机组的启动时间延迟、设备受损等。如果抽真空的速度无法与供汽升温过程动态保持一直，也可以使用射水泵等设备进一步加快抽真空的过程进行。图1位汽轮机组蒸汽流动方向示意图。

图1  汽轮机组蒸汽流动方向示意图

在正常情况下我们通过实践反复摸索，汽轮机的真空度最好维持在60kPa到80kPa这一区间，当汽轮机进入到低负荷暖机过程中的时候，我们就要根据实际工况适当的提升真空压力值。

1.3  辅机的启动优化

凝结水泵是辅助汽轮机暖机的主要辅助装置。实际应用中，凝结水泵启动的时间节点通常应该在向轴封送汽凝汽器抽真空之前。因为凝结水泵的耗电量比较大，凝结水泵启动过早会造成能源不必要的浪费，凝结水泵启动过晚则容易导致轴封加热器损坏的故障现象出现。

1.4  加热器对汽轮机启动的优化

汽轮机启动过程中可能会出现汽轮机组上、下汽缸温差过大，汽轮机组上、下汽缸温差过大在一定程度上会延长汽轮机的暖机时间，严重一些会造成汽轮机组振动过大甚至联锁停机。我们为了避免汽轮机组上、下汽缸温差过大现象出现，实际工作过程中我们可以使用加热器抽汽管道连接在汽轮机的下汽缸，当汽轮机启动的同时加热器也伴随汽轮机同步进行启动，这就相当于汽轮机增加了一个汽缸的疏水点，下气缸的凝结水可以及时排出，有利于降低上、下汽缸的温度差值。

1.5  胀差的控制与优化

通常汽轮机在暖机过程中，由于可允许的胀差变化指标范围不大（一般为-1毫米至4毫米）。为了使汽轮机的胀差不超过指标允许范围，在实际操作中经常采用合理调节凝汽器真空的方法进行操作。调节凝汽器真空的方法可以通过合理调节凝汽器的真空度，进而调节汽轮机的进汽量、排气温度、转数等参数，这样就可以有效地控制机组胀差的变化速度，从而将汽轮机组的胀差控制在一个合理的范围区间。图2为汽轮机组的内部配件图。

图2  汽轮机组的内部配件图

2  汽轮机开机过程中存在问题

汽轮机的开机过程主要是让汽轮机转子由静止状态或盘车状态逐渐升速至正常运行转速状态的过程。汽轮机在暖机过程中各部件受热不均匀就会出现热应力、温差以及热变形等现象，要是操作不当或者汽轮机本身存在某些缺陷就会非常容易引起故障或对后续的生产运行带来次生不稳定因素，所以在实际操作中，优化汽轮机组启动过程的同时还要确保汽轮机的各项参数指标在正常的区间范围内，如果出现汽轮机组在暖管过程的异常情况，就要果断延长暖管时间，仔细观察汽轮机组以及DCS参数变化，动态查找异常状况的原因，达到稳态之后再下达汽轮机组开机指令，确保机组顺利开车。

3  汽轮机启动后的下一步工作

汽轮机的启动是汽轮机控制的重要过程，对汽轮机启动时间进行优化的的前提是在不影响汽轮机工作性能的情况下，提高汽轮机运行稳定性、可靠性；消除汽轮机在启动过程中存在的安全隐患，提高汽轮机组的工作效率，减少不必要的能源损耗等。下一步我们将针对不同型号的汽轮机个性化的进行启机进行优化运行，努力确保汽轮机在安稳的前提下更加经济的运行。

参考文献：

[1] 汽轮机运行技术问答[M]. 中国电力出版社，1997.

[2] 汽轮机设备运行[M]. 中国电力出版社，2005.

[3] 超临界汽轮机转子热应力预测[M]. 上海交通大学，2011.

[4] 气缸热膨胀理论的分析及应用[M]. 华北电力大学，2005.

作者简介：

1.陈功卓，男，1982年02月，单位：中国石油吉林石化公司动力二厂机炉车间，工程师，研究方向：汽轮机运行。
2.任明俊，男，1968年10月，单位：中国石油吉林石化公司动力二厂机炉车间，高级技师，研究方向：汽轮机运行。
3.栾刚，男，1974年08月，单位：中国石油吉林石化公司动力二厂机炉车间，技师，研究方向：汽轮机运行。