三菱M701F4型燃机联合循环机组隔天热态启动汽机轴系振动大分析和启机优化

三菱M701F4型燃机联合循环机组隔天热态启动汽机轴系振动大分析和启机优化

黄子超 包照日格图

(惠州天然气发电有限公司 广东 惠州 516000)

摘要：我厂二期三菱M701F4联合循环机组在隔一天热态启动的过程中，汽轮机组都会有一定程度的振动，如果设备有缺陷或工况不正常时振动更大。振动过大将使叶片、轮盘等应力增加，使机组动静部分如轴封、隔板气封与轴发生摩擦，部分紧固件松动，严重时会导致轴承、管道甚至机组损坏。为保证机组安全，必须对机组的振动状态进行全面监测，并在启动过程通过运行人员的经验，必要时对启动过程中手动干预优化启机操作。当振动超过安全范围时，发出报警信号，如继续增大并超过一定范围时，机组跳闸。

关键词：轴承；振动；隔天热态；操作优化

一、M701F4机组概况及汽机轴系介绍

我厂二期项目选用三套460MW F 级改进型（燃机型号为M701F4）、高效一拖一双轴热电联产燃气蒸汽联合循环机组。每套机组包括一台低NOx 燃气轮机、一台燃机发电机、一台蒸汽轮机、一台汽机发电机、一台无补燃三压再热脱硝型余热锅炉及其相关的辅助设备。

二期汽轮机组是一台三压、再热、双缸、向下排汽抽凝供热汽轮机，具有高运行效率和高安全可靠性。高压（HP）和中压（IP）合缸，低压缸对称分流，均为冲动式汽轮机。汽机振动是联合循环机组主保护之一, 因为汽机的振动直接关系到汽机最昂贵的部分—轴系的安全。若汽轮机振动大引起汽机跳闸后，若不及时手动干预操作汽机旁路阀和给水调阀会引起燃机也随之跳闸，扩大事故范围，造成电网冲击。本厂汽轮机高中压转子、汽轮机低压转子和发电机转子分别通过刚性联轴器连接。汽机轴系共有6个轴承，高、中、低压缸4 个，发电机2 个。

机组运行中产生轴承振动是一种必然现象，但是轴承振动必须限定在规定范围内，否则就会影响机组的安全运行。本厂汽机机组的#1-6 瓦的振动报警值：127μm，盖振振动报警值：50μm；出现以下任一情况延时3s，汽轮机保护动作：

（1）任一轴系X 向轴承振动值达到250μm或Y 向轴承振动值达到250μm；

（2）任一轴系盖振大于80μm

在机组实际运行中，轴承振动最大一般在100μm以内，盖振在45μm以内。

二、异常情况描述

查询在2021年间二期#6机组隔一天热态启动情况，发现有多次启动过程中，汽机在冲转时轴系振动大于100μm和盖振大于50μm时有发生，尤其是7月8日隔一天热态启动过程中，振动最高160μm。多次威胁到机组能否安全启动顺利并网。

三、异常分析

1、汽机冲转时主汽温度是否与缸温匹配？

下表显示近几次启动振动偏大冲转时高压缸温度与高压主汽温度温差在-5至120度之间，中压缸与再热主汽温度温差在40至134℃之间，由于热态启动冲转参数要求，隔天热态启动主汽温度普遍高于缸温很多，无直接证据表明振动与缸温和主汽温度温差有关。

表1.#4机组隔一天启动机组相关参数

2、检查轴封温度与高压进汽、排汽处温度是否匹配

由于二期辅汽供轴封设有减温水，查看#6机曲线该减温水设定值为260℃，轴封母管温度也在252至266℃之间波动，隔天热态启动轴封温度与高压缸缸温及高排内壁温度温差在103至162℃之间，由于轴封母管前减温水的控制，轴封母管温度冲转过程基本保持稳定，所以热态启动时温差应该更大，基本排除。

3、停机后高排上下内壁温差大

破坏真空停机后，汽机高排上下壁温差会逐渐增大，上表显示5次振动偏大的隔天启动冲转前高排上下内壁温差有4次大于25℃（破坏真空），有1次为10℃（保持真空），另外7次振动正常的启动冲转前高排上下内壁温差均在12℃下，其中有6次在5℃以下。数据显示，#6机冲转1800转左右#2轴承振动大于高排上下壁温差有关。破坏真空后大于9小时后高排上下内壁温差会上涨至25℃以上，保持真空时，高排上下壁温差基本可以保持在10℃以内。

2021年7月6日（缸温250℃），#6机组抽真空前高排上下内壁温差在26℃左右，由于燃机励磁系统缺陷，导致燃机推迟启动，到汽机冲转时已经抽真空5小时，到冲转时高排上下内壁温差已下降至13℃，此次冲转汽机振动最大为45μm。

#5机2021年6月24日、6月28日、7月1日，三次隔天热态启动冲转时高排上下壁均在30℃左右，但#5机轴承振动均正常（最大40μm），是否因机组差异导致还有待考证。

4、预暖系统冷汽进入高压缸排汽段的可能

预暖电动隔离阀长期内漏，机组启动前抽真空后辅汽经过预暖阀门节流后变成低温冷汽进入高压缸排汽缸内，导致机组振动大。

如下表2所示，2020年5月15日，2021年6月7日，2021年6月15日，2021年7月8日，#6机4次启动前预暖管道内温度均在30℃左右，直至冲转前预暖管道内温度仍比较低（最高115℃）。2021年7月6日，启动前预暖管道内温度均在30℃左右，直至冲转前预暖管道内温度仍为30℃，可判断冲转前未有辅汽进入预暖系统，此次启动振动正常。2021年6月24日，6月28日，7月1日，#5机3次启动前预暖管道内温度在40℃左右，由于#5机预暖进口电动隔离阀内漏比较大，到冲转前预暖管道内蒸汽压力已达1MPa，185℃（已有一定过热度），可以判断#5机预暖管道内无冷汽。对比上述4次#6机隔天热态启动及#5机3次隔天热态启动，虽然高压排汽上下壁温差均比较大，但冲转前#5机预暖管道内蒸汽已有一定过热度，而#6机预暖管道仍无压且温度较低，怀疑#6机振动大与预暖管道内冷汽有关。

表2.#6机组隔一天启动机组相关参数

5、汽缸、主汽阀及连接管道的疏水是否顺畅？

查看#6汽机高中压进汽管、导汽管疏水后温度测点，汽机冲转时高中压导汽管、进汽管疏水后温度测点基本在40℃左右，汽机进汽后4个测点温度均有上涨至200℃左右，表明汽机高中压进汽管、导汽管疏水管道通畅。

高中压缸夹层疏水后温度测点在冲转前温度约40℃，冲转后温度可涨至80℃左右，温态热态启动均如此，表明该疏水点管道通畅。

查看趋势发现，6月7日#6机组隔一天热态启动，振动偏高90um。挂闸时HPSV阀下座温度166℃未明显上涨，冲转时才缓慢上涨。高压主汽疏水温度正常，一直保持过热度（7.8MPa饱和温度293℃左右）。6月15日#6机组隔一天热态启动，振动较高149um，挂闸时HPSV阀下座温度165℃等待几分钟仍未明显上涨，冲转时才缓慢上涨。高压主汽疏水温度正常323℃，一直保持过热度（7.8MPa饱和温度293℃左右）。7月8日#6机组隔一天热态启动，振动较高159um。挂闸时HPSV阀下座温度为明显上涨172℃，冲转后才缓慢上涨。高压主汽疏水点未达到饱和温度286℃。8月1日#6机组隔一天热态启动，振动正常。挂闸时HPSV阀快速上涨，冲转时268℃以上，挂闸后此温度继续上升。高压主汽疏水温度正常，一直保持过热度。（8月1日当班启机前巡检时发现HPSV阀座有轻微滴水，启机冲转完成后检查无滴水）

机组隔一天热态启动时，HPSV阀座和阀前一小段管道积了冷水冷汽，暖机时疏水不充分或疏水手动阀开度较小（因高压主蒸汽疏水气动阀内漏，启停机手动操作手动阀），冲转时有小部分未达到饱和的蒸汽进入汽缸引起高中压缸盖振和轴承振动高。

四、建议措施

1、汽机送轴封抽真空后高排上下壁温差会逐渐减小，隔天热态启动可提前抽真空，待温差小于20℃后再冲转。由于热态启动轴封温度与高排温度温差偏大，可适当提高辅汽至轴封蒸汽减温水设定值，可减少高排上下壁温差等待时间。

2、在机组隔一天热态启动，暖机至冲转前时观察汽机高压主汽阀疏水后温度有无达到300℃以上，避免冷汽冷水未排干净。另外监视此疏水温度，防止发生因疏水集管的反串引起该温度测点温度低误判断，导致暖机时间过长。待检查汽机高压主汽阀上阀座和下阀座温差情况不宜过大，下阀座疏水温度上升至250℃以上再冲转；

3、在机组温态或冷态或隔天热态启动前，因工作票原因操作相关疏水手动阀忘记恢复措施等情况，检查有无相关疏水手动阀操作。汽机挂闸前和冲转前在现场巡检汽机主汽阀和主调阀保温棉有无明显滴水情况；

4、若高压主蒸汽温度测点A满足冲转，BC与A温差大，此时可先挂闸等待5min不冲转，挂闸后HPSV阀开启后下阀座加强疏水，等待三个主汽温度差变小和HPSV阀下座温度上升至250℃以上再冲转比较稳妥。

5、若汽机高压主蒸汽温度测点A满足冲转条件，而其他B温度测点和C温度测点与A温差大，此时可先挂闸等待5分钟不冲转，挂闸后汽机高压主汽阀阀开启后下阀座因高压主汽压力加强疏水，等待三个主汽温度差变小和HPSV阀下座温度上升至250℃以上再冲转比较稳妥，不会造成汽机缸内水冲击。

五、结论

由于热态启动冲转参数要求，隔天热态启动主汽温度普遍高于缸温很多，无直接证据表明振动与缸温和主汽温度温差有关。由于辅汽供轴封设有减温水，热态启动轴封温度与高压进汽、排汽处温度温差比较大，表明振动情况与轴封温度无直接关系。

由于汽机高压主汽阀和高压主调阀的阀体上、下疏水不够充分或疏水手动阀开度不够，隔一天热态启动时积存了冷汽冷水，暖机时间较快，疏水不够充分，会引起冷汽冷水进入汽轮机导致轴系振动高，运行人员加强监视和必要时手动干预操作优化尤为重要，达到机组安全稳定运行。

参 考 文 献

[1]广东惠州天然气发电有限公司.大型燃气-蒸汽联合循环发电设备与运行：机务分册［M］，北京：机械工业出版社，2013.6

[2]汪栋金.大型火电厂汽轮机轴承振动大的原因分析及处理.《工程技术研究》.2016

[3]李洁.9F级联合循环中汽轮机组振动异常分析处理.《电力设备管理》.2020

作者简介：黄子超（1995-）广东惠州人，本科， 热动助理工程师，从事燃气-蒸汽联合循环电厂生产运行工作