汽輪機(jī)排汽裝置低真空測(cè)點(diǎn)取樣可靠性研究

吳永波

（山西大唐國際臨汾熱電有限責(zé)任公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

山西大唐國際臨汾熱電有限責(zé)任公司2×300MW 單元機(jī)組，為亞臨界、一次中間再熱、燃煤、脫硫、空冷、抽汽凝汽式發(fā)電機(jī)組。三大主機(jī)分別由哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司、上海電氣集團(tuán)股份有限公司和上海電機(jī)集團(tuán)股份有限公司制造。DCS 系統(tǒng)為北京日立控制系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的HICAS-5000M 控制系統(tǒng)。機(jī)組單元控制部分共有機(jī)柜40 個(gè)、CPU 22 對(duì)，分別控制本臺(tái)機(jī)組的MCS、FSSS、SCS、DAS、ECS、ETS、DEH、MEH 等功能。ETS 即危急遮斷系統(tǒng)，接受DEH 系統(tǒng)、TSI 系統(tǒng)或其它系統(tǒng)來的停機(jī)信號(hào)，動(dòng)作停機(jī)電磁閥AST1-AST4。ETS 系統(tǒng)也是日立控制系統(tǒng)有限公司的HICAS-5000M 控制系統(tǒng)，由一對(duì)冗余配置的控制器進(jìn)行運(yùn)算和控制。

1 汽輪機(jī)排汽裝置低真空測(cè)點(diǎn)取樣可靠性研究

1.1 排汽裝置真空度對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的影響

汽輪機(jī)排汽裝置真空度直接對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全、可靠運(yùn)行有著重大影響，汽輪機(jī)真空過低將帶來以下影響：

1）汽輪機(jī)內(nèi)熱焓降減少，從而使出力降低，降低了汽輪機(jī)的效率，減少了經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 汽輪機(jī)低真空測(cè)點(diǎn)取樣管路坡度圖Fig.1 Slope map of the low vacuum point sampling line of the turbine

2）低壓缸內(nèi)蒸汽密度增大，使尾部葉片過負(fù)荷，造成葉片斷裂。

3）增大級(jí)反動(dòng)度，使軸向推力增大，推力軸承過負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)使推力軸承鎢金熔化。

4）排汽溫度升高，造成低壓缸熱膨脹變形，低壓缸軸承上抬，破壞機(jī)組的中心產(chǎn)生振動(dòng)，還會(huì)造成軸承徑向間隙變化，產(chǎn)生摩擦而損壞設(shè)備。

因此，確保汽輪機(jī)低真空取樣可靠，機(jī)組汽輪機(jī)低真空保護(hù)、自動(dòng)信號(hào)準(zhǔn)確測(cè)量，對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全、可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

1.2 汽輪機(jī)低真空測(cè)點(diǎn)取樣獨(dú)立性分析

該機(jī)組汽輪機(jī)低真空主保護(hù)信號(hào)取樣裝置、取樣管路敷設(shè)、檢測(cè)儀表、DCS 系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)、安裝如下：

1）在排汽裝置頂部取出一根取樣管，引至汽輪機(jī)前箱低真空試驗(yàn)塊處，由低真空試驗(yàn)塊取出兩根儀表管，并分別接兩個(gè)真空開關(guān)（一通道接LV1、LV3；二通道接LV2、LV4）[1]。

2）真空壓力開關(guān)設(shè)計(jì)為接常開點(diǎn)，邏輯信號(hào)取反。正常運(yùn)行時(shí)，真空值低于-31KPa，邏輯中低真空保護(hù)信號(hào)為0，當(dāng)真空高于-31KPa 時(shí)，真空開關(guān)由常閉變?yōu)槌ｉ_，邏輯中低真空保護(hù)信號(hào)變?yōu)?。經(jīng)ETS 四取二判斷后（LV1或LV3 動(dòng)作與上LV2 或LV4 動(dòng)作），觸發(fā)汽輪機(jī)低真空保護(hù)動(dòng)作，遮斷汽輪機(jī)[2]。

該方案在運(yùn)行中雖未發(fā)現(xiàn)異常，但由于從排汽裝置到低真空試驗(yàn)塊之間的取樣管為單一取樣管，屬于單點(diǎn)保護(hù)[3]。另據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，從設(shè)計(jì)上來說該取樣管的坡度也不符合真空管道施工設(shè)計(jì)要求，極易出現(xiàn)水塞現(xiàn)象，如果出現(xiàn)水塞現(xiàn)象，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行中真空降低時(shí)，真空開關(guān)可能延遲動(dòng)作或拒動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞。故現(xiàn)有低真空保護(hù)設(shè)計(jì)存在較大的保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)的可能性。

1.3 取樣管路敷設(shè)及安裝分析

查閱機(jī)組運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)及機(jī)組檢修記錄，存有汽輪機(jī)低真空壓力顯示測(cè)量失準(zhǔn)、汽輪機(jī)低真空相關(guān)保護(hù)誤動(dòng)、低真空保護(hù)信號(hào)拒動(dòng)。典型事件如下：

圖2 汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)低真空測(cè)點(diǎn)取樣裝置斷裂圖Fig.2 Fracture of low vacuum point sampling device in the low-pressure cylinder of a turbine turbine

1）機(jī)組頻繁發(fā)生汽輪機(jī)低壓缸左右側(cè)真空壓力顯示異常，將取樣管路對(duì)空排放后，顯示恢復(fù)正常。綜合判斷原因?yàn)椋啓C(jī)低真空管路較長，管路敷設(shè)坡度較小，管路積水導(dǎo)致汽輪機(jī)低真空測(cè)量失準(zhǔn)，如圖1 所示。

2）機(jī)組投產(chǎn)初期發(fā)生過兩次機(jī)組背壓RB 保護(hù)誤動(dòng)異常事件，異常事件為取樣管路坡度設(shè)計(jì)不足，導(dǎo)致取樣口引出管路部位積灰，機(jī)組排汽背壓測(cè)量信號(hào)突變，觸發(fā)機(jī)組背壓過速率保護(hù)。

3）梳理機(jī)組歷次停機(jī)記錄，分析機(jī)組汽輪機(jī)、小汽輪機(jī)停機(jī)過程真空保護(hù)開關(guān)動(dòng)作曲線，發(fā)現(xiàn)機(jī)組汽輪機(jī)、小汽輪機(jī)停機(jī)過程真空保護(hù)開關(guān)動(dòng)作異常，開關(guān)定值正確，綜合分析為管路坡度設(shè)計(jì)不足，導(dǎo)致汽輪機(jī)、小汽輪機(jī)低真空保護(hù)、監(jiān)視信號(hào)測(cè)量失準(zhǔn)，造成汽輪機(jī)、小汽輪機(jī)停機(jī)過程真空保護(hù)開關(guān)動(dòng)作異常。

1.4 取樣裝置可靠性分析

查閱機(jī)組歷次檢修記錄，多次發(fā)現(xiàn)機(jī)組低真空取樣裝置在低壓缸內(nèi)斷裂，如圖2 所示。

針對(duì)汽輪機(jī)低真空取樣裝置損壞事件，分析原因如下：

1）汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)汽輪機(jī)低真空取樣裝置未設(shè)計(jì)支撐，導(dǎo)致機(jī)組正常運(yùn)行及啟停時(shí)，低真空主保護(hù)測(cè)點(diǎn)取樣裝置晃動(dòng)較大，取樣裝置焊口最終斷裂，導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)測(cè)量失真。

2）低真空保護(hù)取樣裝置取樣管徑小、壁厚薄，導(dǎo)致取樣裝置斷裂。

2 汽輪機(jī)排汽裝置低真空測(cè)點(diǎn)取樣可靠性改進(jìn)

2.1 取樣管路獨(dú)立性改進(jìn)

依據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中9.4.3 要求，“所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用“三取二”的邏輯判斷方式，保護(hù)信號(hào)應(yīng)遵循從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對(duì)獨(dú)立的原則，確因系統(tǒng)原因測(cè)點(diǎn)數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護(hù)誤動(dòng)措施”[4]。需重新在汽輪機(jī)低壓缸開孔，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)低真空主保護(hù)信號(hào)獨(dú)立性取樣，取消低真空試驗(yàn)?zāi)K或在汽輪機(jī)低真空取樣管路獨(dú)立取樣后的低真空管路上設(shè)置獨(dú)立的低真空試驗(yàn)?zāi)K，確保汽輪機(jī)低真空主保護(hù)信號(hào)取樣可靠。

圖3 改進(jìn)后的汽輪機(jī)低真空取樣裝置Fig.3 Improved steam turbine low vacuum sampling device

2.2 取樣管路敷設(shè)改進(jìn)

針對(duì)汽輪機(jī)低真空取樣管及管路敷設(shè)、安裝不可靠，導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生的典型事件，制定如下優(yōu)化建議：

1）汽輪機(jī)低真空作為機(jī)組重要的壓力保護(hù)、自動(dòng)信號(hào)，取樣管路直徑應(yīng)大于20mm，以防止取樣管管徑小導(dǎo)致水、雜質(zhì)積存，影響機(jī)組汽輪機(jī)低真空保護(hù)、自動(dòng)信號(hào)測(cè)量。

2）汽輪機(jī)低真空管路敷設(shè)路線應(yīng)盡可能短，大于3m小于50m，防止取樣管路敷設(shè)太長導(dǎo)致管路變形、壓力信號(hào)傳輸受損，影響機(jī)組汽輪機(jī)低真空保護(hù)、自動(dòng)信號(hào)測(cè)量。

3）汽輪機(jī)低真空管路敷設(shè)時(shí)，坡度應(yīng)一直保持傾斜向上，與低壓缸夾角小于90°（建議夾角為45°～80°），壓力開關(guān)置于取樣點(diǎn)的上方，距離不宜遠(yuǎn)離汽輪機(jī)[5]。

經(jīng)改進(jìn)，汽輪機(jī)低真空取樣管路敷設(shè)路線、坡度、管徑設(shè)計(jì)、安裝符合現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范，滿足機(jī)組實(shí)際運(yùn)行環(huán)境需求。

2.3 測(cè)點(diǎn)取樣裝置改進(jìn)

針對(duì)汽輪機(jī)低真空主保護(hù)取樣裝置無支撐，取樣管徑小、壁厚薄等缺陷，設(shè)計(jì)一種汽輪機(jī)低真空取樣裝置，使該汽輪機(jī)低真空取樣裝置滿足以下要求：

1）加強(qiáng)汽輪機(jī)低真空主保護(hù)取樣裝置支撐設(shè)計(jì)，確保機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)汽輪機(jī)低真空主保護(hù)取樣裝置不發(fā)生大幅度晃動(dòng)。

2）加大汽輪機(jī)低真空主保護(hù)取樣裝置取樣管經(jīng)、壁厚，管經(jīng)設(shè)計(jì)30mm ～50mm、壁厚4mm ～5mm，長度600mm，采用四基座焊接，如圖3 所示。

3 改造后的效果

利用機(jī)組停備及檢修機(jī)會(huì)，先后完成“汽輪機(jī)低真空取樣管路獨(dú)立性改造”“ 取樣管路敷設(shè)路線、坡度、管徑重新設(shè)計(jì)、安裝”“汽輪機(jī)低真空取樣裝置優(yōu)化”技術(shù)改造，綜合改進(jìn)完成后，有效提升了機(jī)組汽輪機(jī)排汽裝置真空測(cè)點(diǎn)取樣的可靠性，運(yùn)行3 年來，汽輪機(jī)低真空保護(hù)、自動(dòng)信號(hào)測(cè)量準(zhǔn)確，再無汽輪機(jī)低真空相關(guān)異常事件發(fā)生。

4 結(jié)束語

機(jī)組運(yùn)行參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確，對(duì)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行十分重要，作為火電廠熱控專業(yè)從業(yè)人員，應(yīng)綜合分析熱工信號(hào)取樣裝置、傳輸管線及路線、檢測(cè)儀表、二次儀表及DCS 系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)、安裝合理性，并進(jìn)一步結(jié)合機(jī)組運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)、檢修記錄，充分分析熱工信號(hào)攝取、應(yīng)用可靠性，針對(duì)存在嚴(yán)重影響熱工信號(hào)攝取、應(yīng)用可靠性的安全隱患，積極推進(jìn)、完成熱工信號(hào)攝取、應(yīng)用可靠性提升優(yōu)化，確保機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[3]。