汽轮机开机过程中的暖机是确保机组安全启动的核心步骤，其时间长短与结束标志需严格遵循热力学规律和机械特性。以下是具体依据与判定标准，结合实际工程案例进行说明：

一、暖机时间长短的依据

1. 机组金属状态与启动类型

冷态启动（停机 >72小时，金属温度 <150℃）：

案例：某300MW亚临界机组冷态启动时，高压缸金属初始温度80℃，需暖机3小时使缸体温度均匀升至300℃以上。

依据：厚壁部件（如汽缸、转子）的导热系数（如ZG15Cr2Mo1钢导热率≈30 W/m·K），需避免内外壁温差 >50℃（设计限值）。

温态/热态启动（停机8~72小时，金属温度150~400℃）：

案例：某超临界660MW机组热态启动（金属温度280℃），暖机时间缩短至40分钟，利用蒸汽初始参数高（4.5MPa/450℃）加速热传导。

极热态启动（停机 <1小时，金属温度 >400℃）：

暖机时间可缩短至10~15分钟，但需重点关注转子热弯曲（振动值需 <50μm）。

2. 关键参数控制

蒸汽温升速率：

冷态启动：主蒸汽温升率 ≤1.5℃/min（防止汽缸法兰螺栓应力超限）。

热态启动：允许温升率提高至3℃/min（匹配金属蓄热能力）。

膨胀量匹配：

案例：某核电厂汽轮机冷态启动时，高压缸绝对膨胀需从0mm增至12mm，若膨胀速率 <0.05mm/min，需延长暖机时间。

温差限制：

转子与汽缸温差 ≤35℃（防止轴向摩擦），法兰与螺栓温差 ≤20℃（避免密封失效）。

3. 设计与制造要求

材料特性：

12%Cr钢转子热应力敏感系数高（如某型号应力集中因子Kt=2.5），需延长暖机时间至设计值的1.2倍。

厂家规范：

西门子T3000控制系统对1000MW超超临界机组规定：冷态暖机时间不得低于240分钟，且低压缸排汽温度需 >80℃（防止末级叶片水蚀）。

二、暖机结束的标志

1. 温度指标

金属温度均质化：

高压缸内/外壁温差 ≤30℃（通过缸体嵌入式热电偶监测，如某机组从初始温差60℃降至25℃）。

案例：某电厂暖机结束时，中压缸进汽区温度从200℃升至380℃，且轴向温度梯度 <15℃/m。

蒸汽参数匹配：

主蒸汽温度与转子中心孔温度差 ≤80℃（防止热冲击）。

2. 机械状态指标

膨胀量稳定：

轴向膨胀值达到设计值（如某600MW机组高压缸膨胀量达15±0.5mm），且10分钟内变化率 <0.01mm/min。

振动达标：

轴承振动值 ≤70μm（ISO 10816标），且1小时内波动范围 <10μm。

案例：某联合循环机组暖机阶段，因转子临时弯曲导致2轴承振动达95μm，延长暖机至振动降至45μm才允许升速

3. 热力学平衡

排汽参数稳定：

凝汽器真空度 >90kPa，且低压缸排汽温度达到设计值（如某空冷机组要求排汽温度 >50℃）。

疏水系统状态：

各疏水管道温度与主管道温差 ≤15℃，确认无积水（通过红外热像仪检测）。

三、工程优化与风险控制

1. 缩短暖机时间的技术

预暖技术：

某电厂采用辅汽联箱对高压缸预暖（蒸汽压力0.8MPa，温度250℃），使冷态启动暖机时间从4小时压缩至2.5小时。

智能控制：

应用模糊PID算法动态调整蒸汽流量（如某机组将温升速率误差从±2℃/min优化至±0.5℃/min）。

2. 典型故障处理

膨胀卡涩：

某超临界机组因滑销系统锈蚀导致中压缸膨胀停滞，暖机阶段强制延长1小时并注入润滑剂。

温差报警：

某机组高压缸法兰与螺栓温差突增至28℃，立即暂停升负荷并调整蒸汽参数，温差恢复至18℃后继续运行。

四、结论

暖机时间需综合机组状态、材料特性及控制系统能力确定，而结束标志需同时满足温度均衡、机械稳定和热力平衡。实际应用中建议：

1. 数据驱动决策：利用DCS历史数据建立暖机时间预测模型（如回归分析R²>0.95）。

2. 动态调整：根据实时监测结果（如缸体温度云图）灵活延长或缩短暖机阶段。

3. 严格遵循规程：某电厂统计显示，违反暖机时间下限（如缩短20%）的机组，大修周期从4年缩短至2.8年，维护成本增加37%。

来源:发电运行笔记

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