9FA燃機啟動時中壓給水母管水錘現象的分析研究

王龍輝 盧志偉 富海波

【摘 要】9FA燃機在啟動過程中，中壓給水母管發生水錘現象，嚴重時導致中壓給水母管上的安全閥動作。如果不能有效解決母管內水錘現象，對中壓系統各個管道及設備造成安全隱患。研究造成中壓給水母管產生水錘現象的主要原因，對保障機組的安全運行具有重要意義。

【關鍵詞】9FA燃機，性能加熱器，水錘現象

1.引言

S109FA燃氣—蒸汽聯合循環發電機組由PG9351FA型燃氣輪機，D10型、三壓、再熱、雙缸雙流式汽輪機，390H型氫冷發電機和三壓、再熱、自然循環余熱鍋爐組成[1]。

中壓系統在燃氣—蒸汽聯合循環發電機組中具有重要作用，承擔著中壓汽水循環和為性能加熱器提供熱源的任務。研究發現，在機組啟動過程中，中壓給水母管內會有一次劇烈的水錘現象，造成中壓給水母管上的安全閥動作，本文通過全面分析中壓給水系統，找出中壓給水母管內形成水錘的主要原因，根據運行經驗提出解決辦法，為同類型機組解決中壓給水母管水錘問題提供有益借鑒。

2.中壓系統介紹

中壓系統主要包括中壓鍋爐系統和性能加熱器相關系統，下面進行基本原理介紹。

2.1.中壓鍋爐系統的汽水流程

低壓汽包的水經過中壓給水泵進入中壓省煤器，中壓省煤器加熱中壓給水后，一路去性能加熱器，一路經過中壓給水調節閥后進入中壓汽包。中壓汽包爐水通過一根集中下降管進入分配集箱，在蒸發器內被煙氣加熱，產生的汽水混合物回到中壓汽包。分離出的中壓飽和蒸汽在中壓過熱器中獲得一定的過熱度后，和再熱冷段蒸汽混合，進入再熱器，中壓給水系統如圖1所示。

2.2.性能加熱器系統介紹

性能加熱器系統在天然氣前置模塊內，系統圖如圖2所示，該系統由兩臺殼-管式熱交換器串聯而成。燃料氣從殼側流過，而管內則是給水通道。

性能加熱器系統主要是增加燃料氣體進入燃機的溫度，減少燃料加入量，從而改善燃機效率[2]。在機組啟動過程中，中壓給水溫度高于52℃；性能加熱器放氣閥順控完成；發電機開關合閘；控制閥已具備運行條件；加熱器溫度允許已滿足等條件后，性能加熱器將投入運行。

3.中壓給水母管水錘現象分析

在機組START之前，中壓給水泵處于運行狀態，出口閥打開，連鎖投入。中壓汽包水位在開機水位，中壓汽包給水調節閥在關閉狀態。性能加熱器進水側通風閥和出水側通風閥打開，電磁閥FV-4205、電磁閥FV-4211、電磁閥FV-4212、電磁閥FV-4217和溫度控制閥FV-4233在關閉狀態。

機組START之后，中壓系統相關設備及閥門狀態沒有變化，性能加熱器自動投入，進水側通風閥和出水側通風閥關閉，電磁閥FV-4205和電磁閥FV-4211打開。

初步懷疑性能加熱器的啟動是造成中壓給水母管發生水錘現象的主要原因，做以下試驗進行驗證。

啟動單臺中壓給水泵，啟動性能加熱器，檢查發現，在性能加熱器啟動過程中，中壓給水母管壓力下降至2.6MPa左右，后立即上升至7MPa左右，給水泵電流由14A左右上升至25A左右，壓力最高值與中壓給水電動閥后安全閥設定值相近。

性能加熱器投用時，調取各相關管道內壓力變化曲線。在圖3中可以看出，當投入性能加熱器后，中壓給水母管壓力急劇上升，隨后又下降趨于正常。

上圖可知，性能加熱器啟動瞬間，中壓給水母管壓力急劇升高。在性能加熱器啟動前，管道內是空管，當電磁閥FV4205、FV4211開啟時，這些閥門是氣動閥，開啟時間短，水流動的慣性和水不可壓縮性，進入熱交換器的熱水壓力極速升高，致使中壓給水母管壓力升高，在中壓給水母管內產生水錘現象。

4.解決方案

在上述分析中，找到了中壓給水母管產生水錘現象的根本原因，針對原因，制定在機組啟動時，開啟中壓給水調節閥一定開度策略，并進行試驗驗證。

在機組start之前，打開中壓汽包給水調節閥，可以對中壓給水母管進行有效泄壓，防止水錘現象的發生。圖4是機組啟動時，沒有打開中壓汽包給水調節閥，中壓給水母管壓力變化曲線，圖5是機組啟動時，打開一定開度的中壓汽包給水調節閥，中壓給水母管壓力變化曲線。

由上圖可知，隨著中壓汽包給水調節閥開度的逐漸增加，中壓給水母管壓力在逐漸下降，下降趨勢趨于平緩。

在機組啟動之前，中壓汽包水位一般在-250至-200mm之間，可以保證機組在開機過程中一直處于一個安全水位。如果采用打開中壓汽包給水調節閥開度來降低中壓給水母管壓力，就要綜合考慮，水位和壓力的變化。在中壓給水母管上，中壓給水安全閥的動作值是6.65MPa，把中壓給水母管壓力降到這個壓力值以下，并能保證中壓汽包水位不影響正常開機，根據圖6所示，選取中壓汽包給水調節閥開度為20%，作為降低中壓給水母管壓力的安全措施。

通過上述措施，我們隨機選取在試驗前后母管壓力值，其對比如下圖所示。

上圖我們可以看出，試驗前，母管壓力最大值平均為6.9MPa，試驗后，母管壓力平均下降到5.7 MPa，效果明顯。

5.結論

通過中壓鍋爐系統的分析研究，發現性能加熱器的啟動是造成中壓給水母管發生水錘現象的主要原因。本文根據機組的實際運行情況，給出在性能加熱器啟動前開啟中壓汽包給水調節閥20%開度的建議，并通過驗證，該方法有效的降低了中壓給水母管的壓力，解決了中壓給水母管在開機過程中的產生水錘現象的問題。

參考文獻：

[1]中國華電集團.大型燃氣―蒸汽聯合循環發電技術叢書設備及系統分冊[M].北京：中國電力出版社，2009.9，247-250.

[2]董建剛.燃氣輪機燃燒技術探討[J].山東工業技術，2013（11）：7

（作者單位：杭州華電半山發電有限公司）