循環(huán)水系統(tǒng)水錘事件的分析及處理

吳寶華

(國(guó)投曲靖發(fā)電有限公司，云南 曲靖 655000)

曲靖電廠1號(hào)機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的引進(jìn)型N300-16.7/538/538反動(dòng)、凝汽式汽輪機(jī)。循環(huán)水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)，水管通徑為1 600 mm。循環(huán)水系統(tǒng)配置了2臺(tái)長(zhǎng)沙水泵廠生產(chǎn)的64LKXB-20型立式、斜流循環(huán)水泵，水泵出口閥采用了DX7K41X-6型蓄能罐式液控緩閉止回蝶閥。

2010-09-30，1號(hào)機(jī)組停運(yùn)后，運(yùn)行人員在最后停運(yùn)2號(hào)循環(huán)水泵時(shí)，循環(huán)水系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的水錘，就地產(chǎn)生了一陣強(qiáng)烈的振動(dòng)和悶響。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，2號(hào)循環(huán)水泵的出口管檢修孔閥門墊子被吹破，檢修孔放空氣門嚴(yán)重?fù)p壞，循環(huán)水大量外泄，給電廠設(shè)備造成了損壞，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)了不良影響。

1 水錘形成的原因

2008年5月，曲靖電廠1號(hào)機(jī)循環(huán)水泵控制系統(tǒng)進(jìn)行了PLC改造，機(jī)組只能采用“啟泵開閥，關(guān)閥停泵”的運(yùn)行方式。在停運(yùn)循環(huán)水泵時(shí)，出口液控閥關(guān)至30°，循環(huán)水泵聯(lián)停。

在本次事故中，當(dāng)2號(hào)循環(huán)水泵停運(yùn)后，循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的水瞬間失去驅(qū)動(dòng)力，水泵出口壓力會(huì)很快下降，但在較長(zhǎng)的循環(huán)水管道中，前進(jìn)水流在慣性作用下依然會(huì)向原方向行進(jìn)。因此，在水泵出口閥門前一定范圍內(nèi)的管線中壓力會(huì)急劇下降。此時(shí)，如果閥門依然開啟，尚有部分水從水泵吸進(jìn)來(lái)補(bǔ)充，可緩解壓力下降；如果閥門快速關(guān)閉，則在很短時(shí)間內(nèi)斷絕了補(bǔ)充水源，從而加劇了水泵出口門后負(fù)壓的形成，引起部分水汽化，發(fā)生水柱中斷。當(dāng)前進(jìn)水流的慣性流動(dòng)停止后，在冷卻塔和管道兩側(cè)水壓差的作用下，循環(huán)水向出口蝶閥前倒流，而因出口蝶閥已快速關(guān)閉，倒流回來(lái)的水在循環(huán)水管道中流動(dòng)受阻，瞬間產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊力，這就形成了水錘。

2 事故原因分析

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，只有在最后停運(yùn)2號(hào)循環(huán)水泵時(shí)1號(hào)機(jī)才會(huì)產(chǎn)生水錘。在雙泵運(yùn)行時(shí)停運(yùn)其中的任何1臺(tái)循環(huán)水泵或最后停運(yùn)1號(hào)循環(huán)水泵時(shí)均不會(huì)產(chǎn)生水錘。隨后，檢修人員對(duì)2號(hào)循環(huán)水泵出口液控閥的關(guān)閉情況進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2號(hào)循環(huán)水泵出口液控閥關(guān)閉角度為：快關(guān)75°，慢關(guān)15°；關(guān)閉時(shí)間為：快關(guān)3 s，慢關(guān)30 s。結(jié)合廠家提供的技術(shù)資料和對(duì)比1號(hào)循環(huán)水泵出口液控閥的關(guān)閉情況來(lái)看，2號(hào)循環(huán)水泵出口液控閥存在著關(guān)閥時(shí)間過快、快關(guān)角度過大和慢關(guān)角度過小的問題，這是引發(fā)本次事故的根本原因。在水錘形成的過程當(dāng)中，閥門的關(guān)閉時(shí)間和關(guān)閉特性是水錘形成的2個(gè)關(guān)鍵的因素。

2.1 出口蝶閥關(guān)閉過快

從檢修試驗(yàn)情況來(lái)看，2號(hào)循環(huán)水泵出口液控閥關(guān)閉時(shí)間為：快關(guān)3 s，慢關(guān)30 s，總的關(guān)閥時(shí)間為33 s；而1號(hào)循環(huán)水泵關(guān)閥時(shí)間為：快關(guān)8 s，慢關(guān)34 s，總的關(guān)閥時(shí)間為42 s。2號(hào)循環(huán)水泵的關(guān)閥時(shí)間明顯偏短。

根據(jù)水錘剛性理論和動(dòng)量定理，下式成立：

由上式可知，水錘壓力F與水流速度Δv及水柱質(zhì)量m成正比；與水錘時(shí)間Δt成反比。其中，水錘時(shí)間Δt是指系統(tǒng)內(nèi)的水倒流至循環(huán)水出口蝶閥處后與蝶閥的減速撞擊時(shí)間，而不是蝶閥關(guān)閉的時(shí)間。

2010年7月，電廠1號(hào)機(jī)組凝汽器進(jìn)行了改造，將鎳黃銅冷卻管全部更換為TP304不銹鋼管。為了保證機(jī)組的真空，冷卻管增加了約951 m3冷卻面積，也增加了約5 300 m3/h循環(huán)水流量。這樣，水柱質(zhì)量m在改造后增加了很多。因此，如果此時(shí)閥門再關(guān)閉過快，水錘時(shí)間Δt將會(huì)減短，則水錘壓力F將因m的增加和Δt的減少而大幅增加。

從以上分析可以看出，在其他條件不變的情況下，盡可能延長(zhǎng)閥門關(guān)閉時(shí)間將有利于水錘壓力的減小。當(dāng)然，如果閥門關(guān)閉時(shí)間過長(zhǎng)，則有可能在2臺(tái)循環(huán)水泵同時(shí)運(yùn)行而1臺(tái)循環(huán)水泵跳閘的情況下，循環(huán)水倒流，引起循環(huán)水泵倒轉(zhuǎn)，從而損壞循環(huán)水泵和電機(jī)，同時(shí)也可能造成循環(huán)水短路，影響機(jī)組真空。因此，蝶閥的合理關(guān)閉時(shí)間必須結(jié)合管道特性綜合考慮。

2.2 關(guān)閥角度調(diào)整不當(dāng)

試驗(yàn)表明，2號(hào)循環(huán)水泵出口蝶閥的關(guān)閉角度調(diào)整得不合理，使得循環(huán)水流速的變化得不到有效減緩。從水錘剛性理論可以看出，水錘產(chǎn)生的壓力F與水流速度的變化值Δv成正比，只有盡可能地減少水流速度的變化才有利于減小水錘的危害。因此必須對(duì)蝶閥的關(guān)閉特性進(jìn)行調(diào)整。

3 處理措施

3.1 調(diào)整閥門的關(guān)閉時(shí)間

結(jié)合循環(huán)水系統(tǒng)的管道特性及廠家相關(guān)資料，將循環(huán)水泵出口蝶閥關(guān)閉時(shí)間調(diào)整為：快關(guān)8 s，慢關(guān)33 s。這樣，延長(zhǎng)了水錘形成的時(shí)間，有利于減小水錘的沖擊力。

3.2 調(diào)整蝶閥的關(guān)閉特性

將蝶閥原來(lái)的關(guān)閥角度調(diào)整為：快關(guān)65°，慢關(guān)25°。這樣，既可以減小循環(huán)水流速的變化值，也利于減小水錘的沖擊力甚至消除水錘，保證了循環(huán)水泵不倒轉(zhuǎn)而損壞。

4 結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)水系統(tǒng)發(fā)生水錘在電廠多年的運(yùn)行中還是第1次。通過這次事件，電廠工作人員對(duì)水錘的形成和危害有了更深入的認(rèn)識(shí)和了解，為避免在今后的工作中發(fā)生同類事件提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。通過采取上述措施，對(duì)2號(hào)循環(huán)水泵多次啟停試驗(yàn)表明，電廠1號(hào)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)的水錘問題得到了解決，機(jī)組的安全運(yùn)行得到了保障。