汽轮机X准则及Z准则分析
【摘 要】 西门子HE系列汽轮机应力控制器TSC用于计算并监测三种不同启动模式下每个运行阶段汽轮机的热应力（汽轮机应力评估功能-TSE），连续计算并从这些数据中汇总出部件的寿命损耗。TSC可以确定汽轮机代表性部件的热应力，获得在汽轮机的材料应力许可范围内最优化的工况以适应运行变化。而针对于温度的X准则与过热度的Z准则是其判断及控制的重要依据之一。因此了解和掌握X准则及Z准则对于汽轮机的顺利启动并网及安全、经济运行具有重要的意义。
【关键词】 汽机应力控制器；应力评估；X准则；Z准则；经济运行
0 引言
SIEMENS公司生产的型号为H30-25，E-30-25-1×12.5（TCF1），三压、再热、双缸凝汽式汽轮机，室内安装。全周进汽式，无调节级，主要以滑压方式运行，与燃气轮机和发电机通过SSS离合器联轴，构成完整的单轴配置，汽机采用高压、中压和低压蒸汽旁路系统。西门子HE系列汽轮机不论在设计、控制、保护方面都与常规的机组有所不同。汽轮机本身设计极为精巧，其对缸体温度及应力的正确判断就成了控制方面的重中之重。西门子HE系列汽轮机应力控制器TSC用于计算并监测三种不同启动模式下每个运行阶段汽轮机的热应力（汽轮机应力评估功能-TSE），连续计算并从这些数据中汇总出部件的寿命损耗。TSC可以确定汽轮机代表性部件的热应力，获得在汽轮机的材料应力许可范围内最优化的工况以适应运行变化。而针对于温度的X准则与过热度的Z准则是其判断及控制的重要依据之一。只有在应力评估TSE判断出汽轮机具备冲转条件后才允许启动汽轮机。
1 了解X与Z准则的含义
X1准则：高压主蒸汽电动阀前（高旁前）温度和高压主汽阀前蒸汽温度最小值，大于HP CV阀体温度。确保在打开ESV阀以前，保证高压主汽不会冷却高压调阀。
X2准则：主蒸汽饱和温度应低于由高压控制阀温计算修正后得到的限制值，以避免在高压调门内凝结过程中，大量放热引起过度的温升。确保在打开ESV阀以前，保证高压调阀已充分暖阀。
X4准则：高压主汽电动阀后，高压主汽要有足够的过热度。确保在打开ESV阀以前，保证对应绝对压力下HP主蒸汽的过热度。
X5准则：高压主汽电动阀前、后最小温度，对于HP缸体温度不论在快速、正常、慢速加载过程中都＞０ｋ．确保打开调阀以前，保证高压主汽不会冷却高压缸及高压轴。
X6准则：中压主汽电动阀前、后最小温度，对于IP缸体温度不论在快速、正常、慢速加载过程中都＞０ｋ。确保打开调阀以前，保证再热蒸汽不会冷却中压轴。
X7A准则：高旁前主蒸汽温度与高压主汽门前主蒸气温度的较大值小于经过修正的高压转子平均转轴温．确保在启动到额定转速之前和并网带负荷，保证高压轴充分暖机。
X7B准则：高旁前主蒸汽温度与高压主汽门前主蒸气温度的较大值小于经过修正的高压缸平均壁温。
X7A、X7B确保在启动到额定转速之前和并网带负荷，保证高压缸充分暖机。
X8准则：中旁前主蒸汽温度与中压主汽门前主蒸气温度的较大值小于经过修正的中压转子平均转轴温。确保在启动到额定转速之前和并网带负荷，保证中压轴充分暖机）中旁前主蒸汽温度与中压主汽门前主蒸气温度的较大值小于经过修正的中压转子平均转轴温。
Z1准则：HP电动主汽阀前过热度＞30ｋ。
Z2准则：IP电动主汽阀前过热度＞30ｋ。
Z3准则：HP电动主汽阀后主汽过热度＞30ｋ。
Z4准则：IP电动主汽阀后中压主汽过热度＞30ｋ。
Z5准则：低压主汽温度过热度＞15ｋ。
2 生产运行中X与Z准则的应用
不同的工况启动过程略有差异，以下为汽轮机启动的初始工况分类：
冷态启动A：汽轮机冷启动、燃机和余热锅炉冷启动。高压缸转子温度<150℃.
冷态启动B：汽轮机冷启动、燃机和余热锅炉在旁路运行。高压缸转子温度<150℃.
温态启动：高压缸转子温度150℃. <T<400℃
热态启动：高压缸转子温度>400℃
2.1 在冷态启动B、温态启动、热态启动过程中X1、Z1、Z2、X2准则，用于在汽轮机启动的第11步确定高压主汽管道及高压主汽阀已经暖好具备开启高压主汽阀组冲转的条件。在达到条件后通过释放汽轮机蒸汽品质可以冲转汽轮机至暖机转速。
通过长时间的运行分析，发现X1、X2准则通过运行人员操作或监视，是有可能进行干预的。
有时在燃机并网后且主汽管道温度已经正常后，发现主汽管道暖通阀无法正常开启。或者由于电气故障或者由于机械部分有卡涩或者该阀门重复开启关闭等情况。该阀门开启用于加热高压主汽管道，若无法正常开启势必影响到高压主汽管道的温度。所以，在启动汽轮机时，要注意监视该阀门开关情况，若不正常立即采取措施进行处理，确保X1准则的快速满足。
再如X2准则：主蒸汽对应压力下饱和温度应低于由控制阀温计算修正后得到的值，以避免在高压调门内凝结过程中大量放热，引起过度的温升。在2008年2月06日#1机组冷态启动过程中，在燃机单循环过程中网调要求加负荷至160MW主汽温逐渐升高。在#1汽轮机启动过程中发现X2准则已不满足条件，通过查阅X准则、Z准则我们发现主汽温对应高调阀温度偏高，汇报值长后，减负荷至130MW，很快X2准则便满足条件汽轮机正常进入中速暖机。
2.2 在冷态启动A过程中在满足高压主汽管道及高压主汽阀组已经暖好的条件下，应该在第15步开启高压主汽ESV阀，进一步加热高压主汽CV阀。若未启动汽机SGC或异常退出汽机SGC，将导致高压主汽ESV阀无法开启。再次启动汽轮机SGC时已不再是冷态启动A（因为高压主蒸汽压力>2MPａ）这时无法开启高压主汽ESV阀导致高压主蒸汽阀体及中压主蒸汽阀体无法预热，使X2准则一直无法满足而一直停留在第11步。在我厂2008年2月16日#2机组冷态启动曾出现过这种情况，引起汽轮机启动时间延迟2小时之多。这时我们在判断高压主汽温度合格的情况下，可以采用跳过第11步的办法开启ESV阀进入调阀预热过程。当然这是一种不正常的操作，而且可能会由于高温蒸汽高压调门内凝结过程中大量放热，引起金属过度的温升，但这是一种提高经济性的办法。我们在了解清楚了启动过程后是完全可以避免这种情况发生的。
2.3 Z3、Z4、X4、X5、X6准则在汽轮机启动的第20步用于等待合适的蒸汽温度。在条件满足后可以使汽轮机升速至暖机转速。
在等待的过程中发现通常X5准则是最后一个满足的。X5准则是高压主汽温度对于HP缸体温度要有足够的过热度。首先我们应该加强主蒸汽管道的疏水及暖管，提高主蒸汽温度。在X1、Z1、Z2、X2都满足的情况下完全可以在第11步快速释放蒸汽品质，开启ESV阀。在对阀体的暖阀过程中，可提高主蒸汽温度，由于进汽量大对主蒸汽温度提高作用是非常明显的。
2.4 X7、X8、Z3、Z4在第23步用于确定保证高压缸充分暖机。在这些条件满足后可以将汽轮机升速至正常转速。
2.5 Z5要求低压主汽温度过热度＞15ｋ，用以确定可以开启低压控制阀。在我们实际运行中#2机组低压主蒸汽过热度在＞15ｋ的情况下低压控制阀正常开启，但在低压缸正常进汽后，由于低压主汽管道疏水不充分引起低压主蒸汽温度降低。在低压主蒸汽过热度不足时汽轮机自动关闭低压主蒸汽调阀。
在实际运行中为避免这种情况的发生，从运行的角度来说，我们要加强低压主蒸汽管道的疏水，不可盲目启动汽轮机升速至正常转速。在判断出低压主蒸汽管道已充分疏水后，再进行升速操作，这样可以避免低压主汽阀突然关闭时对低压旁路及低压汽包的冲击，同时也可以提高安全性。从热工的角度也应检查其测点布置问题，使测点正常反应管道的疏水情况。
总结
在以往的启机过程中经常由于一些准则不满足而引起汽机启动时间延长，通过长期的摸索并参考学习大量资料，对汽轮机各种运行工况和启动过程做出以上的分析，逐渐掌握了整个汽轮机启动过程并且深刻理解了X准则及Z准则。深刻理解了西门子HE系列汽轮机设计的独到之处，在实际运行中有针对性的进行调整，有效地缩短了汽轮机并网时间，减少了运行人员的操作量，为机组的安全、经济运行提供了有力的技术支持。
参考文献：
Henan Zhengzhou Natural Gas Power plant Project Basic Operation Training Steam Turbine. SIEMENS AG W5SQ Training Dept.,2005.
LZN135.8-12.23/0.354/564/549型联合循环汽轮机 汽轮机手册 Steam Turbine Manual.上海汽轮机有限公司，2005.
汽轮机运行规程.郑州燃气发电有限公司，2007.
Operation & Mantance Manual I&C Functional Diagrams Individual Level(YFR).Siemens AG ,2007.
郑州燃气发电有限公司、河南电力勘测设计院与SEC-SIEMENS联合体就V94.3A机岛签定的合同：04DE01GTA01XC0014,2005.
Functional Diagrams FC S1(ST). Siemens AG，2007.
附录 X规则
1、X1规则
标准：MS > mCV + X1
要求区间：在打开ESV阀之前
速
MS： 10LBA10CT004A的最小值 在高压旁通支路前面的主蒸汽温度
10LBA20CT007A的最小值 在主蒸汽应急截止阀前面的主蒸汽温度
mCV： 10MAA12CT022A 主蒸汽控制阀的平均壁温
设定值：快速正常速度/慢速根据第1页上的工作流程图MAY10FT001
2、X2 规则
标准：MS > mCV + X2
要求区间：在打开ESV阀之前
********
正常速度
慢速
快速
符合标准
SatSt ： 10LBA20CP901 在汽轮机前方的主蒸汽压力（用来计算主蒸汽饱和蒸汽压力）
mCV ： 10MAA12CT022A 主蒸汽控制阀的平均壁面温度
公式：根据第1
3、X4规则
标准：MS > SatSt + X4
要求区间：在打开ESV阀之前
*
慢速
快速
符合
MS ： 10LBA20CT007A在主蒸汽应急截止阀1前头的主蒸汽温度
SatST ： 10LBA20CP901在汽轮机前头的主蒸汽压力（用来计算主蒸汽饱和蒸汽压力）
4、X5规则
标准：MS > mHPS/HPC + X5
要求区间：在打开调阀之前
********
正常速度
慢速
快速
符合标准
MS ： 10LBA10CT004A的最小值 在高压旁通支路前头的主蒸汽温度
10LBA20CT007A的最小值 在主蒸汽应急截止阀前头的主蒸汽温度
mHPS/HPC ： 10MAY01EP154的最大值 高压轴上的转子平均温度（模拟值）
10MAA50CT032A的最大值 高压汽缸的平均温度
5、X6规则
标准：RS > mIPS + X6
要求区间：在打开调阀之前
********
正常速度
慢速
快速
符合标准
RS ： LBB40CT004A的最小值 在中压旁通支路前头的主蒸汽温度
10LBB50CT007A的最小值 在中压应急截止阀前头的主蒸汽温度
mIP ： MAY01EP154 在中压轴上的转子平均温度（模拟值）
6、X7A规则
标准：MS > mHPS + X7A
要求区间：在启动到额定速度之前和并网带负荷
********
快正常
慢
正常速度
7、X7B规则
标准：MS > mHPC + X7B
要求区间：在启动到额定速度之前和并网带负荷
********快正常慢正常速度
慢速
MS ： LBA10CT004A的最大值 在高压旁通支路前头的主蒸汽温度
LBA20CT007A的最大值 在主蒸汽应急截止阀前头的主蒸汽温度
mHPC：
axHPS ： MAA50CT032A在高压汽缸上的平均温度
8、X8A规则
标准：MS > mHPS + X8A
要求区间：在启动到额定速度之前和并网带负荷
RS ： LBB40CT004A的最大值 在中压旁通支路前头的主蒸汽温度
LBB50CT007A的最大值 在中压应急截止阀前头的主蒸汽温度
mIP ： MAY01EP154 在中压轴上的转子平均温度（模拟）
当轴的温度低于250℃时，允许的蒸汽温度RS是RS中的最小值。它随转子的平均温度而异，（见右图）或者随轴的温度而异（见左图）。
公式