某600 MW機組預防凝結水泵汽蝕的措施及分析

文大綴

0　概述

在發電機組中，水泵出現汽蝕現象較為普遍。當水泵發生汽蝕后，不僅出力下降，嚴重時還會造成泵體材料的破壞。凝結水泵是汽輪機系統中的重要輔機，對機組的安全運行起著至關重要的作用。凝結水泵工作在高負壓工況下，極易吸入空氣，而一旦吸入大量空氣，便會造成嚴重的汽蝕現象，使水泵的流量大幅擺動，產生強烈噪聲和劇烈振動，直接影響機組的安全穩定運行［1-5］。在某型機組中，雖然采取雙吸式首級葉輪、加裝誘導輪，并將水泵安裝在零米以下泵坑等措施，但仍時常發生汽蝕現象。現以兩起凝結水泵的汽蝕事故為例，分析了發生事故的原因，并提出了防止凝結水泵汽蝕的措施。

1　系統配置及參數

某型機組的4號機為600 MW亞臨界純凝濕冷機組，配置2臺立式長軸凝結水泵。水泵的主要參數，如表1所示。每臺凝結水泵的參數，均可滿足機組BMCR工況下的出力要求。通常工況下，采用一運一備的運行方式。凝結水泵的出、入口管道及閥門布置，如圖1所示。為降低廠用電率，對凝結水泵系統進行了變頻改造，采用了“一拖二”的設計方案。在系統中，增設了1臺高壓變頻器。運行時，凝結水泵采用變頻運行方式，備用凝結水泵則采用工頻運行方式。根據設備定期試驗和輪換制度的要求，每月進行1次備用凝結水泵的啟停試驗，每季度進行1次輪換水泵的操作，輪換凝結水泵時，需同時切換水泵的電氣控制系統。凝結水泵的電氣控制圖，如圖2所示。

表1　凝結水泵主要參數

圖1　凝結水泵的系統布置

圖2　凝結水泵的電氣控制圖

2　事故過程及分析

2.1　檢修后凝結水泵發生汽蝕

2.1.1事故過程

當時，4號機組的負荷為300 MW，2號凝結水泵為變頻運行。1號凝結水泵檢修后，在試運行時，發現在泵體與出口管道連接法蘭處，有大量漏水。此時，出口電動門正在聯鎖開啟，需待完全開啟后再聯鎖關閉(開與關的時間均為3 min)。在此期間，機組真空度及2號凝結水泵的入口負壓開始下降。2號凝結水泵的入口負壓及凝汽器真空度的變化曲線，如圖3所示。發現真空度降低后，立即采取了措施，關閉1號凝結水泵入口電動門，并就地關閉了1號凝結水泵入口電動門前的手動門、出口電動門旁路手動門、抽真空的2個手動門。經27 s后，凝結水的流量產生了劇烈波動并下降(流量變化為0～767 t/h)。2號凝結水泵的電流從162 A下降為57A。除氧器水位在快速下降。2號凝結水泵的電流、流量及除氧器水位的變化曲線，如圖4所示。因此，只能快速降低機組負荷，但系統真空度仍在持續下降。判斷入口電動門及電動門前的手動門未能嚴密隔絕系統，立即關閉入口電動門后的手動門，機組真空度不再下降，2號凝結水泵也恢復了出力。

圖3　2號凝結水泵入口負壓及凝汽器真空度的變化曲線

圖4　2號凝結水泵電流與流量及除氧器水位的變化曲線

在此過程中，機組負荷最低下降至151 MW。凝汽器高壓側的真空度，降至－80.7 kPa(停機值為－79.7 kPa)，低壓側的真空度，降至－90.1 kPa。除氧器的水位，最低至1 334.7 mm。當水位降至1 450 mm時，觸發了保護動作，使2臺汽動給水泵跳閘，聯鎖啟動了電動給水泵。事故后，隔絕了1號凝結水泵。檢修水泵時發現，拆出的水泵出口法蘭墊片，在局部區域已被嚴重損壞。

2.1.2事故分析

發現1號凝結水泵的出口法蘭大量漏水后，立即停泵，泵出口管道的壓力快速下降，大量空氣通過損壞的法蘭墊片漏入凝汽器和1號凝結水泵入口管道，并通過入口聯絡母管，進入了運行中的2號凝結水泵，導致凝汽器真空度下降，也使2號凝結水泵發生了汽蝕現象。機組最終被迫降負荷，引發2臺汽動給水泵跳閘，并險些造成“凝汽器真空低”保護停機的事故。通過該事例，分析了引發事故的原因。

(1)停泵時，凝結水泵出口電動門處于正在打開狀態，至完全關閉，約耗時6 min。所以，應待出口電動門完全開啟后，再停泵，可減少凝汽器真空度下降以及2號凝結水泵的汽蝕時間，約3 min。

(2)就地手動關閉1號凝結水泵入口電動門前的手動門、出口電動門旁路手動門、抽真空手動門，需要較長時間。最終判斷入口電動門及電動門前手動門不能嚴密隔絕系統后，再關閉入口電動門后的手動門，耗時約10 min。因隔絕故障設備的時間較長，造成機組被迫降負荷。

2.2　備用凝結水泵漏入空氣

2.2.1事故過程

事故前，4號機組的負荷為600 MW，2號凝結水泵變頻運行。按系統要求，需對凝結水泵進行定期的輪換操作，轉換1號凝結水泵為變頻運行。停運2號凝結水泵后，發現1號凝結水泵入口負壓有波動(幅度為3 kPa)，同時，凝結水流量也發生了變化(幅度為140 t/h)。1號凝結水泵的入口負壓與流量的變化曲線，如圖5所示。檢查發現，2號凝結水泵有泄漏，密封盤根已破損。為防止泄漏增大，決定隔絕2號凝結水泵。首先，關閉了2號凝結水泵抽真空的2個手動門，將2號凝結水泵入口電動門前、后手動門，關至開度的60%(確保快速關閉入口手動門隔絕2號凝結水泵)。2號凝結水泵停運后，出口電動門開始聯鎖關閉，就地人員快速關閉了入口電動門前、后手動門。此時，2號凝結水泵出口管道有撞擊聲，并發現入口法蘭處漏水，立即開啟入口手動門，關閉出口電動門旁路手動門，法蘭不再漏水。3 min后，2號凝結水泵出口電動門被完全關閉，再次關閉入口手動門，完成了2號凝結水泵的隔絕操作。經檢查，發現2號凝結水泵出口逆止門的閥瓣緊固螺栓已松動、盤根磨損、入口濾網法蘭墊片已損壞。

圖5　1號凝結水泵入口負壓及流量變化曲線

2.2.2事故分析

因2號凝結水泵盤根磨損，空氣被吸入泵體，造成1號凝結水泵汽蝕。空氣通過連接管道，進入了運行中的1號凝結水泵。但盤根的磨損程度較輕，吸入空氣量較少，所以，水泵的汽蝕程度較小，而后續的處置操作不當，導致事故被擴大。

(1)當發現凝結水系統的參數異常并就地檢查后，確認了2號凝結水泵盤根漏水，但未能及時判斷異常的原因。吸入的空氣造成1號凝結水泵汽蝕，不是及時將2號凝結水泵隔絕，而是啟動2號凝結水泵，停運1號凝結水泵。2號凝結水泵的運行，升高了凝結水的壓力，使漏水量變大。該輪換操作，增加了后續事故處理的風險。

(2)對2號凝結水泵的隔絕操作，在預案上的設想不充分。對事故的防范措施，僅考慮了防止凝汽器真空度的下降和1號凝結水泵的汽蝕。在2號凝結水泵出口電動門未完全關閉時，便快速關閉了入口手動門，未制訂閥門關閉不嚴的防范措施。而2號凝結水泵出口逆止門的閥瓣緊固螺栓松動，造成泵停運后，逆止門未完全關閉，使凝結水倒流，導致2號凝結水泵入口管道壓力超過設計值，入口濾網的法蘭墊片被損壞。

3　防范措施

分析了事故原因后，為了防止凝結水泵吸入空氣造成汽蝕、降低凝汽器的真空度，采取了一系列處理措施［2，3，6］。

(1)操作前，增派就地操作人員。

(2)試運時，發現凝結水泵發生泄漏，需待凝結水泵出口電動門完全開啟后，再停運泄漏的凝結水泵。停泵后，應檢查出口電動門的聯鎖關閉情況。當備用凝結水泵發生泄漏時，直接關閉備用凝結水泵出口電動門。若凝結水泵發生泄漏，則啟動備用凝結水泵，待運行正常后，再停運已泄漏的凝結水泵，并檢查泵出口電動門的聯鎖關閉。

(3)迅速關閉泄漏凝結水泵出口的手動門。

(4)隨時監測凝汽器的真空度和水泵流量，當凝汽器的真空度及泵的流量大幅波動時，適當關小泄漏的凝結水泵入口電動門前手動門，最大可關至50°(蝶閥開度為 0～90°)。

(5)待泄漏凝結水泵出口電動門完全關閉后，再關閉泄漏凝結水泵入口電動門。就地人員應快速關閉泄漏凝結水泵入口電動門前手動門。

(6)關閉泄漏凝結水泵抽真空管道的2個手動門。

4　結語

該機組的其它凝結水泵也曾出現盤根漏水，因措施到位并投入了預案，該凝結水泵未發生汽蝕現象，表明制訂的措施，可有效避免凝結水泵發生汽蝕，并維持了凝汽器的真空度，防止了機組事故的發生。

參考文獻:

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