電站汽輪機組回熱系統故障特性研究

王輝（大連泰山熱電有限公司，遼寧大連 116000）

電站汽輪機組回熱系統故障特性研究

王輝
（大連泰山熱電有限公司，遼寧大連 116000）

隨著火電廠污染物排放標準的不斷提高，進一步降低燃料消耗、提高機組熱效率勢在必行，這也對火力發電機組的熱經濟性提出了更高的要求。作為汽輪機的輔助設備，回熱系統是火電廠熱力系統的一個重要組成部分，電廠熱經濟性的優劣在很大程度上取決于回熱系統的運行狀況。它利用汽輪機的各段抽汽對給水進行加熱，能夠使蒸汽余熱得到充分利用，減少了冷源損失，提高了朗肯循環的效率。因此有必要對汽輪機回熱系統進行故障特性研究，對回熱系統進行優化設計，能夠在很大程度上改善電廠各項指標并獲得更大的效益。

電力設備 運行維護 故障

1　電站回熱系統的故障特性研究

回熱加熱系統對全廠熱效率有重要影響，給水溫度降低將直接增加電廠熱耗率，進而降低機組的出力。在火力發電廠中，加熱器、除氧器及連接管道和閥門等輔助設施共同組成了回熱系統。其中加熱器根據水側壓力的高低又可分為高壓加熱器與低壓加熱器。由于給水側的壓力和溫度都相對較高，導致高加頻繁出現故障，而高加解列對機組的安全和經濟性都會產生較大影響。

相關數據和資料表明，鍋爐爆管是制約火力發電機組等效可用系數提高的關鍵因素，而高加的運行狀況已經成為影響機組等效可用系數的第二大因素。此外給水側的短路現象也會造成給水溫度偏離正常值，更有甚者會威脅到汽輪機設備的安全運行。回熱系統的諸多故障需要采用更先進的診斷方法進行診斷，最大程度減小故障造成的損失，提高火力發電機組回熱循環的熱經濟性。

1.1回熱系統常見故障及原因剖析

（1）回熱加熱器自身故障。對導致高加停運的原因進行分析得出，內部管系泄漏的影響最大，并且往往會造成較為嚴重的后果，甚至引起高加爆炸。當高加內部管系出現泄漏時，如果汽機各級抽汽參數保持正常，將直接導致疏水水位的升高或使疏水調整門的開度增大。這將會使給水溫升降低，并且增大給水進口與出口的壓力差，威脅高加的安全運行。

由于高加內的隔板及密封墊料受到長期的水沖擊作用力，容易發生變形損壞，會造成給水短路。即一部分給水沒有經過抽汽的加熱而直接進入下一級加熱器，導致給水溫度降低，回熱效果變差。一旦發生高加進出水側短路現象，如果當前運行參數正常，將會導致給水端差增加，加熱器出口水溫降低。

在高加的實際運行中，一些異物容易混入給水管道，進而造成管束的堵塞，使通流面積減少。將會導致給水端差增大、進出口給水壓差增大的后果。當高加運行一段時間后，在傳熱面可能會發生結垢現象，使傳熱效果變差，導致給水端差和疏水均有所增大。

當疏水器產生故障和加熱器出現內部管道泄漏時，加熱器水位急劇升高，產生加熱器滿水現象。容易造成以下后果：水溫度降低，影響機組效率；若高壓加熱器水側泄漏，給水泵轉速增大，影響給水泵安全運行；當嚴重滿水時，容易誘發水沖擊事故，造成葉片斷裂，設備損壞等嚴重后果。

（2）回熱加熱器系統的故障。旁路系統故障是較為常見的回熱系統故障，在實際運行中，經常因為旁路閥門關閉不嚴直接造成給水溫度降低，影響到機組的熱經濟性。當疏水閥發生故障時，疏水不能夠有效地排出加熱器，會導致加熱器內水位上升，淹沒管束。加熱器出口水溫及疏水溫度會在一定程度降低，端差增大。

如果設備的運行和維護經常處在較低的水平，容易使回熱系統的控制設備出現故障。疏水閥門的開度可能出現異常狀況，會造成加熱器水位過高或無水位運行，增大加熱器端差亦或降低蒸汽的能量使用。這都將使回熱系統不能穩定高效運行，甚至對設備造成損壞引發更大的事故。注壓檢漏通常會在停機時的高加汽側進行，一旦疏水閥門出現問題時，由于加熱器內不能保持壓力，檢漏也將會變得較為困難。

（3）除氧器本體故障。在除氧器本體的故障中，較為常見的主要

有兩種：排氣帶水（跑水）以及自生沸騰現象。排氣帶水一般是因為進水量或排氣量過大造成的，而這種現象產生的根本原因在于除氧器運行工況的突變及操作不當。在沒有抽汽加熱的情況下，僅依靠來自其它各處匯集而來的汽水的熱量已能將水加熱到除氧器工作壓力下的飽和溫度，這種情況稱為自生沸騰。自生沸騰會產生如下后果：抽汽管道上的逆止閥關閉，使除氧器的進汽室停滯，破壞了汽水逆向流動，除氧惡化，余汽的工質損失增加。

1.2回熱系統故障診斷方法探討

關于回熱系統的故障診斷方法，國內外專家學者進行了大量的研究。在電廠回熱系統的故障診斷中，神經網絡及模糊判別方法應用地較為廣泛。神經網絡能在運算速度、聯想能力以及大規模并行計算等方面等都有著較大的優勢，能夠在很大程度上彌補傳統的專家系統的不足。對模糊模式識別方法來講，確立一個合適的隸屬函數能夠在很大程度上提高故障診斷的準確度。隸屬函數的確定要滿足如下條件：能夠很好地對故障進行分離，靈敏度高，能對系統微小異常變化產生反應，另外還需要避免故障的誤判。

目前已經有不少對設備狀態進行在線監測的軟件投入使用，但由于回熱系統單元數較大，故障種類繁多，并不能很好地對設備進行故障診斷。鑒于神經網絡及模糊判別等診斷方法需要利用大量樣本來進行訓練，因此在實際的應用過程中還存在著很多的缺陷和不足。

雖然回熱系統包含有眾多個單元，但對大多數系統來說，其運行機制較為清晰，可以通過數學建模的方法對該系統進行具體描述，并借助熱力學的相關理論，對電廠回熱系統進行快速準確的故障診斷。

2　影響回熱系統可靠度的因素

在當今的火力發電機組中，回熱系統一般以常見的“三高四低一除氧”八級回熱系統居多，加熱器基本都是采用串聯布置。但是串聯布置中某一環節出現問題可能就會引發整個回熱系統失效，故障率與每個部分運行狀況直接相關。

影響回熱系統穩定運行的因素主要有以下幾個方面：

（1）系統中單元數的多少。在串聯系統中，總的可靠度等于各單元可靠度的連乘，對應于汽輪機抽汽回熱系統來說，即回熱級數越多，系統越復雜，則系統可靠度越低，出現故障的幾率也就越大。

（2）系統中單元可靠度。在回熱系統中，由于所處的工作環境差異，各級加熱器單元的可靠度也不盡相同。像低壓加熱器由于水側和汽側的壓力和溫度都處在較低的水平，因此它的可靠度較高，能夠長時間保持穩定運行。相比較而言，高加的運行工況較為不穩定，其可靠度就較低。因此，保證高加的投入率對回熱系統來說是至關重要的。

（3）執行工作任務的時間。隨著系統運行時間的增加，其各個部分必然或多或少存在一定的損壞，勢必影響整個系統的可靠度，甚至使系統停運崩潰，嚴重影響到回熱系統的安全。因此，回熱系統除

……

……了平時進行在線監測狀態以為，還要定期對設備進行檢修維護，以保證整個系統的安全穩定運行。

（4）運行操作水平。高水平的運行操作人員是電站機組安全高效運行的保證，隨著火電機組容量和參數的不斷增加，回熱系統各單元的體積及也越來越大，工質參數越來越高，對運行人員的操作水平提出了更高的要求。在加熱器尤其是高加的啟停過程中應嚴格遵守有關規定，保持溫升率和溫降率保持在合適的水平。有關資料表明，1.85℃/min以內的溫升率及溫降率較為合適，當該值大于3.7 ℃/min時，便會加劇加熱器的故障發生，縮短設備的使用壽命。

3　提高回熱系統可靠度的技術措施

為了保證機組的抽汽回熱效果，需要盡可能提高回熱系統的可靠度，可從以下幾個方面著手進行技術改造：

（1）鑒于高壓加熱器在回熱系統中的重要作用以及較低的可靠度，因此提高高加單元的可靠度，保證高加的安全穩定運行十分有效。首先應對高加本身結構存在的缺陷進行分析，針對不足之處進行優化，其次盡可能選取高強度的材料，但同時還應該保證系統設備的加工制造水平。

（2）運用較為成熟的在線監測軟件，對回熱系統中可靠度較低的單元進行加強監測，結合實際經驗，對當前設備的運行狀態進行及時掌握，能夠對設備的發展趨勢進行預估。一旦發現出設備存在的問題，能及時對設備進行檢修和維護，消除事故隱患。

（3）提高運行人員的操作水平。對機組運行人員進行定期培訓，不斷提高運行人員的操作水平及解決突發問題的能力。對回熱系統而言，將加熱器關鍵部件的所受應力值穩定在一定范圍內，能夠有效延長設備壽命，提高系統穩定性。其中，最關鍵的是對加熱器材料的溫升率和溫降率進行嚴格控制，這可以通過對加熱器出口的給水溫度的變化來進行控制。

（4）設置性能可靠的保護系統。保護系統能夠在回熱系統出現異常時，及時動作并維持系統的安全運行。例如設置給水旁路系統，當某一級加熱器內出現故障時，導致水位異常，便可切斷該級的進出水口，經旁路進入下一級加熱器。另外安全閥的設置也尤為重要，如果加熱器內部管系發生泄漏，汽側壓力急劇增大，當壓力超出一定值時，便有爆炸的危險，安全閥能夠使汽側壓力迅速減小，保證加熱器的安全。

4　結語

作為電廠熱力系統的重要一環，回熱系統與火力發電廠的安全性直接相關，并在很大程度上影響電廠的效益。本文對火力發電廠的回熱系統進行研究，分析了回熱系統的故障特性機制，并剖析誘發系統各類故障的主要原因。明確了提高回熱系統可靠度的關鍵因素，并提出了回熱系統優化的幾個技術方向。

［1］代志綱.基于BP神經網絡的300MW機組熱力系統故障診斷系統研究［D］.華北電力大學（河北），2007年.

［2］熊杰，張超，趙海波，鄭楚光.基于熱經濟學結構理論的電站熱力系統全局優化［J］.中國電機工程學報，2007年26期.