电厂运行学习笔记

一、什么是汽轮机启停过程中金属热冲击？

1、汽轮机启动过程中的热冲击是指：由于蒸汽与汽缸、转子等金属部件之间在短时间内存在大量的热交换，导致金属部件内部温差急剧上升，从而产生冲击热应力的现象。

2、热冲击产生的过程是什么？

热冲击导致金属断裂的具体过程如下：①、热应力产生：当金属部件受到急剧加热或冷却时，由于温度在短时间内发生剧烈变化，金属内部会产生很大的温差。这种温差会导致金属部件各部分膨胀或收缩不均匀，从而产生热应力。②、应力集中与塑性变形：热应力在金属部件内部会不断累积，特别是在应力集中的部位，如缺口、裂纹或壁厚不均处。当热应力超过金属的屈服极限时，金属会发生塑性变形，即形状发生改变。③、裂纹萌生与扩展：随着塑性变形的加剧，金属内部的微观结构会发生变化，如晶粒滑移、位错增殖等。这些变化会导致金属强度下降，并在应力集中的部位萌生裂纹。一旦裂纹形成，它会在热应力的作用下不断扩展，直至贯穿整个金属部件。④、断裂发生：当裂纹扩展到一定程度时，金属部件的承载能力会急剧下降。此时，即使受到较小的外力作用，金属部件也可能发生断裂。综上所述，热冲击导致金属断裂的过程是一个由热应力产生、应力集中与塑性变形、裂纹萌生与扩展以及断裂发生等多个环节组成的复杂过程。

二、热冲击产生的原因有哪些？

1、启动时蒸汽温度与金属温度不匹配

在汽轮机启动时，为了确保汽缸、转子等金属部件能够均匀受热并有一定的温升速度，要求蒸汽温度高于金属温度，并且两者之间的温差应当保持在一定范围内，以确保金属部件不会因为热胀冷缩而产生过大的热应力。然而，如果蒸汽温度与金属温度不匹配，例如蒸汽温度过高或过低，就会导致金属部件受到不均匀的加热或冷却，从而产生热冲击。

2、极热态启动，蒸汽参数较低

极热态启动是指汽轮机调速级处汽缸和转子的温度在400~500℃时的启动。在单元制大机组中，由于条件限制，往往是在蒸汽参数较低的情况下进行冲转。这种情况下，蒸汽温度比金属温度低得多，因此在汽缸和转子上会产生较大的热应力。这种热应力可能会导致金属部件的变形、裂纹甚至断裂，严重影响汽轮机的安全运行。

3、负荷大幅度变化，蒸汽温度急剧变化。

汽轮机在额定工况下运行时，如果负荷发生大幅度变化（如50%以上的额定负荷），则通过汽轮机的蒸汽温度将发生急剧变化。这种急剧的温度变化会导致汽缸和转子产生很大的热应力。此外，在短时大幅度加负荷时，蒸汽温度升高，放热系数增加，短时间内蒸汽与金属间有大量热交换，产生的热冲击更大。这种热冲击可能会加速金属部件的疲劳损伤，降低汽轮机的使用寿命。

4、汽缸、轴封进水。

冷水进入汽缸、轴封体内时，由于强烈的热交换，会造成很大的热冲击。这种热冲击往往会引起金属部件的变形和裂纹，严重时甚至会导致汽轮机的损坏。汽缸、轴封进水的原因可能包括疏水不畅、轴封汽压过高、轴封加热器真空低等多种因素。

三、热冲击对机组会产生哪些危害？

热冲击对汽轮机的主要危害在于它会对金属部件造成严重的损害。首先，从金属物理属性的角度来看，金属部件在受热或冷却时，若各部分温度不一致，变形将受制约。温度高的部分要膨胀伸长，温度低的部分则限制它的膨胀，结果在高温部位产生压应力，低温部位产生拉应力。这就是热应力的产生原理。在汽轮机启停过程中，由于蒸汽温度与金属温度不匹配，或者负荷发生大幅度变化，会导致金属部件在短时间内受到大量的热交换，从而产生热冲击。这种热冲击会使金属部件内部产生很大的温差和冲击热应力。当冲击热应力超过金属材料的屈服极限时，金属部件就会发生塑性变形，严重时甚至会导致断裂。这种变形和断裂不仅会影响汽轮机的正常运行，还会对人员安全构成威胁。此外，长期的热冲击还会使金属内部产生疲劳损伤。在交变热应力的反复作用下，金属部件的微观结构会发生变化，导致材料的力学性能和寿命降低。这种疲劳损伤是汽轮机金属部件失效的重要原因之一。因此，在汽轮机的设计和使用过程中，需要采取一系列措施来避免热冲击的发生。例如，优化启动参数，确保蒸汽温度与金属温度相匹配；加强监测与维护，及时发现并处理潜在问题；提高设备质量，采用高质量的材料和制造工艺等。这些措施可以有效地降低热冲击对汽轮机金属部件的损害，提高汽轮机的可靠性和安全性。

四、在机组启停过程中如何预防和减少热冲击的发生？

1. 机组启停前的预热与准备辅助设备状态检查：在机组启动前，确保所有辅助设备如热交换管道、汽水系统等均处于正常状态。对热交换管道进行预热，使其尽快达到正常工作温度，减少启动时的热冲击。清除残留水分：停机前，应确保水管内的水流排放干净，防止在下一次启动时水部位的水散发出来或在管路内逗留凝结成冰，从而避免由此产生的热冲击。2. 严格控制机组启停过程中的参数变化温度与压力控制：在机组启停过程中，应严格控制进口流量、排放温度以及蒸汽压力等参数，减缓温度变化速率，确保设备稳定运行。启动时应逐渐升温升压，避免突然增加负荷；停机时则应逐渐降温降压，避免快速冷却。速率控制：严格按照规程规定控制升（降）速、升（降）温、升（降）压、加（减）负荷的速率，避免过快的参数变化对金属部件造成热冲击。3. 汽水系统的优化与监控疏水系统优化：正确设置疏水点和布置疏水管，确保汽水系统中的水分能够及时排出，避免水分在管道内积聚导致热冲击。同时，疏水管应有足够的通流面积，以排尽疏水。汽水系统监控：在机组启停过程中，应严密监视汽水系统的运行状况，包括锅炉汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位等，防止满水或水位过低导致的热冲击。4. 定期检查与维护设备检查：定期对机组进行全面检查，包括金属部件的裂纹、变形情况，以及汽水系统的泄漏情况等，及时发现并处理问题，防止热冲击的发生。维护保养：定期对设备进行维护保养，如清洗、润滑、更换磨损部件等，确保设备处于良好状态，减少因设备故障导致的热冲击风险。综上所述，通过机组启停前的预热与准备、严格控制机组启停过程中的参数变化、汽水系统的优化与监控以及定期检查与维护等措施，可以有效地预防和减少热冲击的发生，确保机组的安全稳定运行。

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