防止汽轮机大轴弯曲.pptx
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1、大轴弯曲事故时有发生大轴弯曲事故时有发生据统计,华北电网1995年内网内3台机组发生了大轴弯曲事故,还有一台300MW和200MW机组热态启动时发生进冷水和冷汽,因发现及时,处理果断、正确,未发生永久弯曲;至1997年东北电管局所辖电厂44台200MW机组,共发生大轴弯曲9次;河南省自1988年先后有4台汽轮机发生弯曲,仅1996年就有两根转子发生弯曲;广东省2003年发生一台300MW机组大轴弯曲事故,从1992年至2008年期间,共发生大轴弯曲事故8次,容量从125300MW均有,其中有国产机组,也有俄罗斯制造的机组。沙角C厂3号机660MW机组在英法联合GEC-ALSTHOM公司调试期间
2、也发生了中压转子弯曲的恶性事故。第1页/共51页大轴弯曲机理大轴弯曲机理汽缸部件的温差将产生热变形,过大的变形产生动静部分摩擦。由于轴本身单侧摩擦,局部区域骤热膨胀,因受周围温度较低部分的限制而产生压应力。若大于该温度下的屈服极限(该值随温度的升高而降低),转子局部便产生压缩塑性变形,当内部温度均匀后,将有残存的拉应力,塑性变形不会消失,受热部分的金属受压而缩短。完全冷却时,轴就会向相反方向弯曲,摩擦伤痕处于轴的凹面侧,产生永久弯曲。第2页/共51页大轴弯曲机理大轴弯曲机理另一种情况是,如汽缸进水等,转子本身上下温差达200以上,热应力计算结果表明,同样会使冷却部位的拉热应力超过屈服极限,产生
3、永久性弯曲。当转子内部温度均匀后,被冷水浸泡的部位将从转子弯曲的凹面转为凸面。一般而言,除个别情况,大部分机组弯曲的部位多发生在高压转子调节级前轴封处。统计表明,86%的弯曲事故是由于转子碰磨引起,而其中80%以上是在机组热态起动时发生。第3页/共51页导致大轴弯曲的原因导致大轴弯曲的原因总结国内若干大型机组发生转子大轴弯曲的事故,引起转子大轴弯曲的原因很多,典型如下:(1)停机后给水通过高压旁路减温水和高排逆止门倒入高压缸,或给水泵中间抽头未关闭,再热减温水门漏,水进入再热器母管,流向高压缸排汽管,而高排逆止门不严而进入高压缸。(2)锅炉水压试验结束后热态启动,阀门不严密,疏水不充分。(3)
4、热态启动,为控制差胀供低温轴封汽。轴封供汽门不严,低温蒸汽经轴封供汽门漏入汽缸。轴封供汽前疏水不充分。(4)汽机空转或低负荷下(约15%额定负荷),使用过、再热器喷水控制蒸汽温度,喷水量和蒸汽流量比例失调。正常运行或滑参数停机过程中锅炉操作不当,致使主、再热蒸汽温度急剧下降,或冲转参数不满足与缸温的匹配或过热度不够。第4页/共51页导致大轴弯曲的原因导致大轴弯曲的原因(5)转子材质不佳,加工不良,热处理不当,存在残余应力,运行时应力消失;运输或存放不当,受机械外力作用;存在较大的原始动不平衡量,检修调整不当,轴承跑偏,动静间隙偏小。(6)除氧器、凝汽器或加热器满水,倒流至汽缸。一种情况是低加疏
5、水泵出口门未关,而逆止门不严,使凝结水返至低加,造成低加满水。(7)一阶临界转速下出现较大振动未引起足够重视或处理不当,强行硬闯临界,或热态起动时不恰当的“中速暖机”,或未查明事故原因(尤其是振动大)情况下多次连续起机。第5页/共51页导致大轴弯曲的原因导致大轴弯曲的原因(8)疏水系统设计不合理,高压缸夹层加热、法兰螺栓加热装置使用不当,汽缸上、下缸温差大(“二十五项重点要求”两次提及)。汽缸测点温度坏,无法监视上、下缸温差。如99年4月华能汕头电厂2号机300MW机组。高压缸法兰加热左右侧回汽门严重失衡,左、右两侧的法兰的温差达100。(9)盘车故障,或因为大轴临时弯曲、轴承等原因导致盘车投
6、不上的情况下强行盘车。汽门漏汽致使盘车跳闸,冲至低转速,转子受到不对称加热。(10)差胀控制不好,滑销系统结构不良,起动过程中汽缸膨胀不畅,或汽缸检修、设计不完善,导致汽缸与转子发生轴向碰磨。如朝阳电厂1号机98年发生的大轴弯曲(正差胀)、富拉尔基二电厂89年1号机大轴弯曲事故(滑停负差胀)。第6页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论振动许多机组发生大轴弯曲均与振动大有关。为此,国家电力公司“二十五项重点要求”重申并规定了机组在起动和运行中轴承和轴振动的要求值和极限值。强调了在机组起动或运行中振动超标的打闸停机条件,特别强调要高度重视振动相对变化值,轴承振动变化0.015mm或相对轴
7、振动变化0.050mm,就应查明原因并设法消除;当轴承振动突然增加0.050mm时,就应立即打闸停机。条:防止轴系断裂亦强调:“已有振动监测保护装置的机组,振动超限跳机保护应投入运行;机组正常运行瓦振动、轴振应达到有关标准的优良范围,并注意监视变化趋势。”第7页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论振动目前机组振动监测装置一般比较完善,可同时实现在线监测各轴承处轴颈和轴承盖的振动,并实现保护功能。事实上要靠人工监视和判断上述条件却很模糊,如:如何定义“突然”增加0.050mm,对于一台负荷高峰期满负荷运行的大型机组,发生上述情况时,即使立即监视到,往往打闸犹豫、迟疑也是情有可原的,况且
8、还存在不同专业人员看法不一的情况;又如机组起动过程中,通过临界转速时,轴承振动可以放宽至0.100mm(相对轴振动值超过0.260mm),而一般ETS已经将轴承振动保护定值设置在0.08mm,起机过程执行何值。若为冲过一阶临界转速暂时解除振动保护,采取人工监视打闸,又违反了规程和“二十五项重点要求”。第8页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论振动通过一阶临界转速前出现0.030.04mm的振动应引起高度的重视。在低速下无明显的振动,并不等于转子无弯曲,这个问题的误判断曾经导致多起大轴的弯曲事故。往往产生越磨越弯,越弯越磨的恶性循环,且不可降速暖机,应立即打闸。否则,在更低转速下动静继
9、续摩擦是非常危险的。根据低于一阶临界转速时,转子的摩擦振动具有与原质量不平衡振动相位夹角小于90。的特征,大型机组启动低速暖机的时间应从严掌握,特别是热态启动时,不主张安排所谓“低速暖机”。第9页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论振动鉴于目前通过DCS和ETS实现保护逻辑的修改非常方便,建议对振动大保护的逻辑进行修改,就像DEH实现在临界转速区域自动更改升速率为500r/min/min一样,可以将振动保护值自动在临界转速区更改为0.100mm。这样,既不违反规程,也利于机组起动顺利通过临界。根据实践经验,明确轴承振动突然增加0.050mm的定义,通过DCS计算机实现报警(轴承振动变
10、化0.015mm或相对轴振动变化0.050mm)和保护停机(轴承振动突然增加0.050mm)是非常方便的。为防止信号干扰造成的误动,可采取适当的延时,引入其他辅助信号,如某个轴承振动的信息(包括振动绝对值及变化速率)再综合相邻轴承振动绝对值及变化值。第10页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论盘车在机组正常起动、停机和事故工况下,正确投入盘车,是避免转子发生永久性弯曲事故的重要措施之一。为了避免出现转子发生永久性弯曲,要求在机组起动前至少连续盘车24h,热态起动时至少连续盘车4h。如果盘车过程中发生盘车跳闸或由于其他原因引起的盘车中断,都应重新计时。振动是转子发生弯曲最明显的标志,如
11、果机组在起动过程中因为振动异常而必须回到盘车状态时,则应认真检查、分析引起振动的因素,在没有明确结论时,严禁盲目起动。如果具备了起动条件,则还应连续盘车4h后方可起动。例如:1995年3月,通辽发电总厂发生4号200MW汽轮机高压转子弯曲事故。其事故原因是由于机组在停机处理缺陷后,再次起动升速时2号轴承发生振动,在没有查明事故原因的 情况下,93min内连续起动4次,使高压转子与前汽封发生摩擦,从而导致了转子弯曲事故的发生。第11页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论盘车停机后立即投入盘车。当盘车电流较正常值大、摆动或有异音时,应查明原因及时处理。当汽封摩擦严重时,将转子高点置于最高
12、位置,关闭汽缸疏水,保持上下缸温差,监视转子弯曲度,当确认转子弯曲度正常后再手动盘车180度。当盘车盘不动时,严禁用吊车强行盘车。停机后因盘车故障暂时停止盘车时,应监视转子弯曲度的变化,当弯曲度较大时,应采用手动盘车180度,待盘车正常后及时投入连续盘车。第12页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论轴封汽源目前根据缸温选择供汽汽源,以使供汽温度与金属温度相匹配是对轴封的基本要求。热态启动时应严禁使用轴封低温汽源,尤其是除氧器来的饱和蒸汽。目前一些大型机组面临的困难是,在冷态和极热态是很明确的,可以分别选择辅助厂用蒸汽和主汽高温汽源(或参混),但一些机组(如125M机组)没有设计高、低
13、压轴封分供,甚至高、低压轴封之间也没有减温装置,在温态和热态起动时轴封汽源难以实现与缸温匹配,往往高、中压缸和低压缸产生矛盾。第13页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论轴封汽源另外,一些机组规定轴封汽温度与轴封段壁温差不大于30却是一个模糊的概念。因为,轴封段壁温不知,只能参考缸温。轴封用汽量不大,喷水减温调节容易使喷水量和蒸汽流量的比例失调,甚至导致轴封带水,产生严重后果。建议加强基础研究,制造厂应给出轴封段壁温与缸温的关系曲线,以便指导生产;轴封减温水调整门的选择也应慎重、合理,应具有较好的调节特性。第14页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论疏水系统汽缸和管道的疏水
14、从疏水扩容器返回汽缸是非常严重的问题,在一些机组上时有发生。制造厂和设计院在防汽缸进水和冷汽方面一般均采取有效措施,普遍参照了美国ASME TDP-1-1998和DL/T 834-2003火力发电厂汽轮机防进水和冷蒸汽导则的建议,但须注意不同机组的实际情况并不一样。第15页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论疏水系统如某125MW机组每次温、热态开机及甩负荷后均会出现中压内下缸温度下降的现象。特别是在机组高负荷跳机后,该温度急剧下降,造成中压内缸上外壁、外缸内壁和内缸上、下缸温差高达60 110左右。对疏水系统检查发现,原设计只考虑了正常运行或机组冷态启动时疏水压力高低分布,而未考虑
15、温、热态开机以及机组甩负荷后机组再启动的情况。此时,锅炉蒸汽参数高,机组冲转前规程要求开启本体和主蒸汽管道疏水,特别是电动主汽门前、后疏水门的开启,使大量高温、高压疏水和蒸汽进入高压疏水扩容器,使原本处于真空状态的扩容器处于正压状态,压力高至0.20.5MPa,部分低温蒸汽经疏水母管,再经高中压导汽弯管疏水管倒流回高中压缸内部,从而导致了中压内下缸外壁和外缸内壁温度的下降,高、中压缸上、下缸温差增大。第16页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论疏水系统为此,将高压内缸组的集管从高压膨胀箱改接至低压膨胀箱。此外,将高、中压调门门杆漏汽和高压缸轴封第四腔室漏汽改接至三抽逆止门后,并增加一
16、路至低压膨胀箱切换使用。通过实施改造,经多年的实践证明,达到很好的效果,说明所施行的改造是成功的,也没有产生其他负面影响,保证了机组的安全运行。实践表明,管道和汽缸本体的疏水,同一段抽汽逆止门前后的疏水,即使属于相同的压力等级,也不宜接在同一集管上;门杆漏汽和高压轴封漏汽不宜接在逆止门前(与汽缸相通),区分高低压疏水膨胀箱的压力等级也不可一概而论,否则容易导致汽缸较大的上、下缸温差。接入疏水扩容器管道的压力排列,应根据实际运行情况的高接入疏水扩容器管道的压力排列,应根据实际运行情况的高低和机组的运行方式等作出最优处理。低和机组的运行方式等作出最优处理。第17页/共51页反事故技术措施讨论反事故
17、技术措施讨论疏水系统 一台一台125MW机组疏水改造示意机组疏水改造示意图图第18页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论疏水系统 对调门门杆漏汽和高压缸轴封第四腔室漏汽的改造示对调门门杆漏汽和高压缸轴封第四腔室漏汽的改造示意图意图第19页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论疏水系统汽轮机疏水系统设计除按美国ASME TDP-1-1980(1998)的建议、原国家电力公司“二十五项重点要求”的具体规定和行业标准DL/T 834-2003外,还应结合机组的具体情况和运行、起动方式,做出最优处理。第20页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论疏水系统启闭控制目前大型中间再
18、热机组疏水系统典型的控制方式是:停机过程在30%、20%和10%负荷下分别由DEH(DCS)程序控制开启低、中和高压缸疏水及相应管道疏水,升负荷相反按次关闭。哈汽和上汽引进型300MW高、中压缸合缸机组以再热主汽阀为界,分为上、下游两部分,包括了系统管道和汽缸本体疏水。控制方式为:启动向轴封供汽前,全部疏水开启;升负荷至10%、20%分别由DEH(DCS)程序控制关闭上、下游各疏水;减负荷停机时顺序相反,停机后疏水阀一直开启直至完全冷却为止。第21页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论疏水系统启闭控制实践表明,停机过程汽缸疏水及有关管道疏水开启过早,尤其是排汽缸内余汽凝结,形成负压导
19、致冷汽进入汽缸,加上疏水系统的设计不完善,容易造成汽缸上、下缸温差或内外壁温差增大。国内引进前苏联210MW机组则存在另一个流派,认为若高压缸金属温度高于300而中压缸高于250,汽缸疏水可以不打开或:冲转前开启35min;停机后,汽缸温度降至150前,汽缸和导汽管上的疏水和排放阀不予开启。这样可以避免对高温金属产生急剧冷却和在其表面形成氧化皮。第22页/共51页反事故技术措施讨论反事故技术措施讨论疏水系统启闭控制汽温下降开启疏水。正常运行当主、再热蒸汽温度下降至520时,普遍认为是蒸汽带水的象征,作为紧急处理,许多电厂运行规程规定要开启本体及主蒸汽管道疏水。实际上,汽温下降可能的因素很多,如
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