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将会导致金属发生委靡裂纹

  汽轮机热应力节制引见_能源/化工_工程科技_专业材料。汽轮机热应力节制 金属部件受热不均,呈现温差就会发生热应力。温差越大,热应力也越大。 部件加热时遭到压缩应力,部件冷却时收到拉伸应力。而压缩和拉伸应力得不竭 交织轮回,将会导致金属发生委靡裂纹,耗损设

  汽轮机热应力节制 金属部件受热不均,呈现温差就会发生热应力。温差越大,热应力也越大。 部件加热时遭到压缩应力,部件冷却时收到拉伸应力。而压缩和拉伸应力得不竭 交织轮回,将会导致金属发生委靡裂纹,耗损设备的利用寿命,并逐步扩大曲到 断裂失效。对于汽轮机而言,正在非不变形态下运转(如启停,增、减负荷或变温 度运转)时,其金属部件将遭到固定大小和频次的热应力影响,会导致材料处于 一个高程度的委靡度而呈现裂纹。 削减部件委靡,节制热应力的最好方式就是节制部件表里温差,节制部件内 外温差的最好方是延缓部件的升、降温速度。因而合理的耗损寿命,以便设 备正在利用寿命内阐扬最大的效益就是设备热应力节制的目标。为此一般厂家城市 按照设备的运转特征,合理分派设备的寿命耗损。如汽机厂会供给全寿命内汽机 冷、温、热态的启动次数,以及起落负荷的速度。 西门子 DEH 的热应力节制就是将汽机厂的这些要乞降手段转换成法式,测取 (或模仿计较)受温度猛烈变化影响的汽机次要厚沉部件如高中压从汽门阀体、 高中压缸体、高中压转子等部件的表里壁温,然后计较出可能的最大应力(用温 差进行表征)并取限值进行比力,从而形成汽机系统的一部门,并按照 应力决定汽机启动过程中的升速度以及变负荷时最大的答应负荷变更率。 图 3-1 DEH 热应力节制的道理图 3.1 热应力评估 TSE 汽轮机热应力评估 TSE 的根基功能就是对汽轮机的高、中压转子、高压从汽 门、调门阀体和高压缸体等厚沉部件的温差进行,防止因为蒸汽温度取金属 温度的不婚配导致金属部件发生过大的热应力,影响部件的利用寿命。这里的温 差现实上是所谓的温度裕量(Margin)。它是汽轮机部件的现实温差和 设想温差的差值,温度裕量越大,申明温差越小,部件所受的热应力也越小。为 了确保机组启动和变工况时,其热应力处于可控范畴,DEH 按照温度裕量的大小 从动设置升速度和最大答应的负荷变更率。并且 TSE 呈现毛病时,DEH 将不答应 机组启动,并闭锁汽轮机升速或变负荷。 3.1.1 热应力取温差的线性关系 汽轮机的高、中压转子、高压从汽门、调门阀体和高压缸体是汽轮机中最厚 沉的部件,因而只需节制了这五个部件的热应力,其它部件也就不存正在热应力超 标问题。因为汽轮机上述部件都是规格和外形复杂的部件,因而正在计较他们的热 应力前,需要先辈行简化:正在双层缸汽机很薄的外缸中的热流或汽机缸体法兰中 的热流可雷同为一个平板中的热流;一个管子或一个很厚的汽机缸体,可看做一 个中空的柱体;一个实心轴看做一个实心柱体;阀体正在计较时假定为一个空的半 球。颠末简化的部件,就能够按照使用热应力计较公式进行计较了。 正在弹性模量范畴内,一个抱负物体的热应力计较公式如下: ?=?? m /(1 ? ? )(Tm ? Ti ), 式中: i=1,热概况的应力和温度 i=0,绝热概况的应力和温度 Tm,平均壁温 E, 弹性模量 ? ,平均线性 m 热膨缩系数 ?, 横向膨缩系数 从公式上可见,热应力取温差存正在严酷的线性关系,因而用温差来暗示热应 力是可行的,也是合理的。 3.1.2 温差裕度(Margin)的计较 因为热应力取部件的温差之间性关系,因而热应力最便利的法子就 是部件的温差值。对于高压从汽门阀体、高压调门阀体和高压缸外缸等静止 部件,丈量部件温差的方式比力简洁,只需正在部件上打个孔,安拆两只相邻、 但插入深度分歧的热电偶做为内壁暖和平均壁的温度测点,具体安插见图 3-2。 插入 90%深度处的温度 T1 泛指间接接触蒸汽并进行热互换的响应阀体(缸体) 温度,插入 50 %深度处的温度 Tm 泛指响应阀体(缸体) 的平均温度。因为热传 导的延迟, Tm 的变化总会慢于 T1 的变化,从而存正在温差,这一温差的大小,即 暗示应力的大小。 。 图 3-2 用于热应力节制的温度测点的安插 图 3-3 冷态启动时的部件金属温度变化曲线 目前实测高、中压转子的温度是好不容易的,只能采用仿实计较的方式来实 现。起首,用高压(中压) 内缸的温度来近似暗示高压(中压) 转子概况的温度 Ta ,计较转子动叶根部的温度做为转子平均温度,也用 Tm 暗示,别的再计较转 子核心的温度 Tax 。转子概况温度 Ta 和转子平均温度 Tm 的差值就暗示转子应 力的大小。 转子平均温度 Tm Tm=T0[0.6917 ? (1 ? e?t / t1i ) ? 0.1313? (1 ? e?t / t2 ) ? 0.177 ? (1 ? e?t / tK )] 式中: t1,t 2,T \ t :时间常熟,取决于所选的材料和轴半径 K T0:取代轴概况温度的内缸概况温度(90%深度丈量) Tm,轴平均壁温 转子概况温度 Ta: Ta=T0[1.599 ? (1 ? e?t / t1i )-1.0647 ? (1 ? e?t / t2 ) ? 0.8529? (1 ? e?t / t3 ) -0.7301? (1 ? e?t / t1i )+0.6471? (1 ? e?t / t2 )-0.3044? (1 ? e?t / tk )] 材料的寿命取决于委靡强度和委靡周期。对于汽轮机而言,强度较大的应力 交变次要发生正在启动和停机阶段,因为机组启停的一次需要间隔较长的时间,因 此它是低周委靡。而机组每时每刻的都有可能的增、减负荷,若蒸汽温度发生变 化时,材料也将面对交变压力 的影响。汽轮机进行设想时, 需要通过统计汽轮机正在根基 负荷或最大负荷区间的打算 利用环境来确定预期应力周 期的数量,选用的材料必需能 满脚这些委靡周期数量。汽轮 机厂将材料的答应应力以温 差的体例做成曲线用于 指点出产运转。曲线的形式取 基于假设周期数量的部件绝 对温度相关。正在曲线的计 算中,部件的设想特征(例如: 它们的外形和槽口的影响)都 必需考虑。图 3-4 就是部件的 温差曲线 部件的热应力(温差)曲线 部件的热应力曲线是按照材料寿命确定的,一旦越限就有可能影响设备 的一般寿命。为此,正在机组一般运转中,需要留出必然的平安裕量,这就是所谓 的温度裕度。温度裕度是部件表里壁的现实温差和答应温差的差值,裕度越大, 申明温差越小,部件所受的热应力也越小。温度裕度的计较方式见图 3-5。 汽缸部件正在系统中温度差的计较 轴部件正在系统中温度差的计较 图 3-5 汽缸和转子部件的温差裕度(Margin)计较 图3-6 DEH OM上TSE MARGINS画面 颠末计较的部件温差,以温差值和棒图的形式正在 OM 画面显示。温度裕度大 于零时,以绿色数值显示。若是差值变为负数,颜色将变成。差值低于-15 K 时显示为红色。这些报警特征可用来提示和指点运转人员,通过采纳办法来改善 情况,如:改变蒸汽温度。 3.1.3 温度裕度的感化 前面曾经讲过,只要汽轮机处于启停或变负荷等不不变工况下,因蒸汽温度 的波动才有可能惹起部件的温度变化,发生温差。因而正在这些阶段,通过温度裕 度来决定或机组转速和负荷的变化速度,就能达到节制热应力的目标。 1)升、玩现钱二八杠,降速度 机组启停期间是,是汽轮机部件加热或冷却最厉害的阶段,此时金属部件的 热应力处于高强度形态,因而正在这个阶段的热应力节制显得尤为主要。所以 SIEMENS DEH 的 ATC 程控中,将按照高压缸体和高、中压转子这三个部件中的最 小温度裕度值,来决定机组的升速度 OFBN 和降速度 UFBN,且不答应运转人员手 动设定。以此达到热应力节制正在最小,启动时间最短的目标。 OFBN=Min(WTO,30K)×600r/min2÷30K 此中 WTO 是应力计较法式 WTG 来的上限温度裕度 同理: UFBN=Max(WTU×-1,-30K)×600r/min2÷30K 此中 WTU 是应力计较法式 WTG 来的下限温度裕度 因而,只需部件的温度裕度大于 30K,此机会组的启动将以最大的升速度 600 r/min2 来冲转汽机,汽轮机将以不到 5min 的时间实现从暖机转速升至额定转速。 若部件的温度裕度小于 30K,此时的升速度将受。若是温度裕度很小,汽轮 机将有可能无法快速过临界,导致冲转失败。因而正在冲转前,应恰当提高温度裕 度。 因为 DEH 能够正在转速调理器感化下带负荷运转,因而正在该体例下的负荷变化 速度只能通过机组转速变化率来实现。此时的 OFBN 和 UFBN 的计较方式统一 样,只是最大的答应升、降速度从±600 r/min2 变为 PSVG×δ ÷PNOM。 此中 PSVG 是 DEH 答应的最大变负荷率,MW/min; δ 是转速不等率,δ =0.15r/(min·MW); PNOM 是机组额定出力,1000MW 2)负荷变化率 负荷变化率的计较方式同转速变化率的方式根基不异。但现实中,仍是以运 行人员手动设定为从,OFBP 和 UFBP 只是用于。因而正在这里不展开过大的叙 述。 温度裕度的影响即 TSE INFL 子环能够正在 OM 上投切,同时显示响应的消息。 正在一般环境,该子环必需投入,不然机组无法启动或负荷起落。而温度裕度影响 功能投入时,若应力估算法式毛病,发出 WTST=1 信号,将从动把 TSE INFL 子 环切除,此时闭锁(BLOCK)延时方针转速 NSV 或方针负荷 PSV 的变化,只要等 到毛病信号消逝,运转人员正在 OM 再次投入子环后,同时投入设定值复位子环, 发出 SWFQ 号令后,使 WTS 复位,机组才能再冲转或负荷变化。 3.1.4 冷态启动规范 转子的材料刚性裂纹正在低温时显著的削减。正在 100℃(212°F)时材料的刚性 裂纹达到最大。转子核心温度的降低使答应温度差值也响应降低,能够避免冷态 启动的失败。因而,必需取转子核心线的计较温度(Tax)相关的权衡机械 裂纹答应温度,例如:冷态启动规范。当转子核心线温度升高时,按照规范向下 恰当调整,逐步减小曲达到到转子材料的最大刚性裂纹。从答应温度差中挑选最 小值取壁的平均温度和核心线温度相关,它决定温度差,并给出平安指点。 3.2 X 原则概述 SIEMENS DEH 的一个显著特点及长处就是汽轮机的启动冲转必需由其供给的 程控子组完成,系统未供给运转人员手动操做的界面。为了实现汽轮机的 ATC, DEH 需要对启动过程中的良多设备、系统以及汽轮机相关的主要参数进行和 确认。X 原则就是此中一个主要的前提,其本色是变温度原则,就是按照金属部 件分歧的温度,确定分歧的蒸汽温度,并使之取汽轮机金属部件温度婚配,温差 节制正在 TSE 差值内,从而实现汽轮机正在启动过程中的热应力节制,并使启动时间 最小,最佳。目前利用的 X 原则有六个,别离是 X2、X4、X5、X6、X7A/B 和 X8。 按照 X 原则正在汽轮机自启动程控中的步调,可划分为: ? 顺控第 13 步:X2 原则,打开从蒸汽管道上的从汽门并对阀体预热的前提; ? 顺控第 20 步:X4、X5、X6,汽机冲转,开调门的前提; ? 顺控第 23 步:X7A、X7B,汽轮机中速暖机竣事,升速到额定转速的前提 ? 顺控第第 29 步: X8,发电机并网带负荷的前提 按照功能划分: ? 最低蒸汽温度的限制,避免热部件不需要的冷却:X5、X6 ? 蒸汽取金属部件的温差,热应力:X7A、X7B、X8、X2 ? 正在汽轮机用蒸汽冲转之前过热度的限制:X4 3.2.1 X2 原则 用处:用来确定开高压从汽门进行暖高压阀门腔室前的从汽压力值。 申明:正在冷态启动时,阀体的温度低于从蒸汽的饱和温度,正在打开从汽门后,蒸 汽以凝结放热的形式向阀体传送热量。为了避免呈现过大的放热系数,导 致调门呈现过大的温升惹起热应力超标,一般都采用低压微过热蒸汽感动 转子。而蒸汽饱和温度和压力是逐个对应,因而了蒸汽的饱和温度也 就相当于了蒸汽压力。 利用机会: 开高、中压从汽门前,顺控第 13 步。 ?SatSt :从汽压力【MAX(LBA21CP001,LBA22CP001)】对应的饱和温度 ?mCV :高压调门壁温(MAA12CT022A) 图表查用方式:按照《饱和蒸汽表》,查得从汽压力对应的饱和温度。再按照高 压调门壁温(MAA12CT022A)正在上图中查得最大答应的饱和温度。 若是前者小于后者,申明 X2 原则满脚。 3.2.2 X4 原则 公式:?MS ?SatSt + X 4 用处:用来确定汽机冲转前的从汽温度值。 申明:该原则用来避免湿蒸汽进入汽轮机,确保从汽温度高于从汽饱和温度某一 值,即从汽要有必然的过热度,如许能够防止湿从汽进入汽轮机。 利用机会:开调门冲转前,顺控第 20 步。 ?MS :高压从汽门前蒸汽温度【Min(LBA21CT003,LBA22CT003)】 ?SatSt :从汽压力【MAX(LBA21CP001,LBA22CP001)】对应的饱和温度 图表查用方式:按照冲转的从汽压力正在《饱和水和饱和水蒸汽表》中查得对应的 从汽饱和温度,再正在上图中查得对应的从汽温度。现实的从汽温 度高于该查得的值,原则满脚。 注:我厂凹凸压旁系统将汽轮机冲转压力设定正在 85bar,按照 X4 原则,冲转 从汽温度约为 400℃。但最终冲转从汽温度应取 X4 原则及 X5 原则中的较大 值。 3.2.3 X5 原则 公式:?MS ? ?mHPS ? X 5 用处:用来确定汽机冲转前的从汽温度值。 申明:该原则用来避免高压汽轮机部门被冷却,确保从汽温度高于高压缸的平均 壁暖和高压转子的平均温度某一值,即满脚 X5 原则 利用机会: 开调门冲转前,顺控第 20 步。 ?MS :高压从汽门前蒸汽温度(_0LBA21CT003._0LBA22CT003)及高压旁 前蒸汽温度(_0LBA11CT001._0LBA13CT001)中的最小值 ?mHPS :高压转子温度(_0MAY01EP154)及高压缸壁温(_0MAA50CT032A)的最 大值 图表查用方式:高压转子温度(_0MAY01EP154)和高压缸壁温(_0MAA50CT032A) 中的大值,正在表中查得对应的从汽温度。该查得的值低于现实的 从 汽 温 度 ( _0LBA11CT001 、 _0LBA13CT001 、 _0LBA21CT003 、 _0LBA22CT003 中的最小值)时,原则满脚。 3.2.4 X6 原则 公式:? RS ? ?mIPS ? X 6 用处:用来确定汽机冲转前的再热蒸汽温度值。 申明:该原则用来避免中压汽轮机部门被冷却,确保再热蒸汽温度高于中压转子 的平均温度某一值,即满脚 X6 原则: 利用机会: 开调门冲转前,顺控第 20 步。 ?RS :中压从汽门前蒸汽温度(_0LBB21CT002._0LBB22CT002)及低压旁前 蒸汽温度(_0LBB21CT001._0LBB22CT001)中的最小值 ?mIPS :中压转子温度(_0MAY01EP155) 图表查用方式:取中压转子温度(_0MAY01EP155),正在表中查得对应的再热蒸汽 温度。该查得的值低于现实再热蒸汽温度(_0LBB21CT001、_0LBB21CT002、 _0LBB22CT001、_0LBB22CT002 中的最小值)时,原则满脚。 3.2.5 X7 原则 X7A 原则 公式:?MS ? ?mHPS ? X 7 A 用处:用来判断汽机暖机能否竣事,进而能够升速至额定转速。 申明:该原则正在冲转到额定转速前利用,目标是使高压汽轮机充实暖机,汽轮机 的启动过程是一个对汽轮机各部件加热的过程,为了使缸体和转子的应力 不跨越许用应力,要使缸体和转子的表里概况温差小,必需对汽轮机进行 暖机,暖机能否完成,由 X7 原则来判断 利用机会: 升速至额定转速前,顺控第 23 步 ?MS :高压从汽门前蒸汽温度(_0LBA21CT003._0LBA22CT003) 和 高 压 旁 前蒸汽温度(_0LBA11CT001._0LBA13CT001)中的最大值 ?MHPS :高压转子温度(_0MAY01EP154) 图表查用方式:取从汽温度(_0LBA11CT001、_0LBA13CT001、_0LBA21CT003、 _0LBA22CT003)中的最大值,正在表中查得对应的高压转子温度。现实高压 转子温度①高于该查得的值时,申明高压转子部门暖机竣事。 ①:现实高压转子温度是指_0MAY01EP154。 X7B 原则 公式:?MS ? ?mHPC ? X 7B 利用机会: 升速至额定转速前,顺控第 23 步 ?MS 最大值 高压从汽门前蒸汽温度(_0LBA21CT003._0LBA22CT003)及高 压旁前蒸汽温度(_0LBA11CT001._0LBA13CT001)中的最大值 ? m HP C :高压缸壁温(_0MAA50CT032A) 图表查用方式:取从汽温度(_0LBA11CT001、_0LBA13CT001、_0LBA21CT003、 _0LBA22CT003)中的最大值,正在表中查得对应的高压缸壁温。现实高压缸 壁温①高于该查得的值时,申明高压缸缸体部门暖机竣事。 ①:现实高压缸壁温是指_0MAA50CT032A。 3.2.6 X8 原则 公式:?RS ? ?mIPS ? X 8 用处:用来判断汽机暖机能否竣事,进而能够进行发电机并网。 申明:该原则正在机组并网前利用,目标是使中压汽轮机充实暖机,暖机能否完成, 由 X8 原则来判断(此原则用于冷态启动)。 利用机会: 发电机并网前,顺控第 29 步 ?RS 中压从汽门前蒸汽温度(_0LBB21CT002._0LBB22CT002)及低压旁 前蒸汽温度(_0LBB21CT001._0LBB22CT001)中的最大值 ?m IP S中压转子温度(_0MAY01EP155) 图表查用方式:取再热蒸汽温度(_0LBB21CT001、_0LBB21CT002、_0LBB22CT001、 _0LBB22CT002)中的最大值,正在表中查得对应的中压转子温度。现实中压 转子温度①高于该查得的值时,申明中压转子部门暖机竣事。 ①:现实中压转子温度是指_0MAY01EP155。 3.2.7 最佳(保举)温度计较 计较最佳从、再热汽温的目标是期望进入汽机的从、再热蒸汽温度既能满脚机组 要求,又尽可能削减高压转子或中压阀体等部件的温度扰动,从而减 少热应力,达到减缓部件寿命耗损的目标。 最佳从汽温度把高压转子核心温度+高压转子最大温差答应上限×1.7, 再按必然的速度进行变更,再进行上、下限。