汽輪機疏水系統的常見故障及其對策研究

薛利峰 姚潤賢 左一

摘要：在汽輪機運行過程中，經常會出現汽缸溫差較大、中壓調門擴散器有裂紋、轉子轉速失控以及閥體產生裂紋等故障?，F通過分析汽輪機疏水系統的設計要求，研究其常見故障產生的原因，提出了相應對策，旨在進一步保障汽輪機設備的安全運行。

關鍵詞：汽輪機;疏水系統;常見故障;對策

0 引言

在汽輪機系統設計中，疏水系統是其重要的組成部分，通過設置疏水管可以在汽輪機的啟停、負荷變動和運行過程中，有效控制疏水閥，將汽輪機內部積水排出，避免汽輪機設備和相關管道等出現冷蒸汽回流問題，造成設備損傷。因此，相關人員在對汽輪機設備進行管理時，需要掌握疏水系統的常見故障，并采取有效對策，保證汽輪機的安全、穩定運行。

1 汽輪機疏水系統的設計要求

通常情況下，汽輪機疏水系統設計要遵循一定的原則，即汽輪機在啟停、運行以及變負荷運行、故障、熱備用等狀態下，可以及時地將設備內部和管道內存在的積水有效排出，從而在很大程度上避免出現進水和冷蒸汽回流等情況。實際上，汽輪機內部出現積水是因為其在冷態下啟動，內部蒸汽冷凝產生積水。管道中出現積水是由于汽輪機跳閘使積水汽化[1]。基于此，汽輪機疏水系統設計應當滿足以下要求：

（1）在可能存在積水的設備和相關管道部位設計具有一定通流能力的疏水管閥。

（2）在適當的設備及管道部位安裝監測和控制積水、進水和冷蒸汽回流的儀器。

（3）合理設計聯鎖保護邏輯控制程序，實現疏水閥的自動開關控制，避免出現積水、進水及冷蒸汽回流等情況。

（4）在確保汽輪機安全穩定運行的前提下，盡量減少運行成本。

2 汽輪機疏水系統的常見故障

2.1? ? 冷蒸汽回流造成汽缸溫差大

汽輪機疏水系統的常見故障是汽缸的上下溫差較大，是由冷蒸汽回流導致的一種常見故障。一般汽輪機在空轉或停機后，中壓缸的上下溫差在50～60 ℃，最大不會超過86 ℃，在汽輪機首次啟停時，高壓缸內的上下溫差可以達到110 ℃左右，而在高壓外缸和中壓缸內，其上下溫差可以高達150 ℃。這種情況已經嚴重超出了汽輪機的運行標準，會導致汽輪機出現運行故障[2]。

2.2? ? 疏水回流造成中壓調門擴散器出現裂紋

中壓調門擴散器在底部疏水位置，經常會出現一些縱向裂紋，很容易形成熱蒸汽泄漏進中壓內外缸的夾層中，對機組運行經濟性和安全性產生巨大影響。比較常見的故障現象是汽輪機運行負荷在20%以下時，此時高壓缸內的壓力相對較高，在排放疏水時會促使疏水集管內的壓力快速升高，而一旦中壓缸與低壓缸的凝汽器相通，就會導致壓力下降到真空狀態。中壓調門后的疏水閥如果被打開，疏水管中的壓力升高，導致管道內的凝結水倒流，可能會引起部分底部材料的溫度發生驟變，在相對較高的溫度應力影響下，中壓調門擴散器就會產生裂紋[3]。

2.3? ? 抽汽管道積水導致轉速失控

汽輪機疏水系統在運行過程中，比較容易出現抽汽管道內積水現象，導致轉子的轉速失控，甚至可能會導致轉子的葉片損傷等。這是因為抽汽管道內在汽輪機組跳閘后發生飽和水汽化現象，并回流到了汽缸中，在一定程度上會對轉子的葉片產生較大的沖擊力，嚴重時可能會造成轉子葉片脫落。另外，當汽輪機運行負荷達到25%以上時，根據邏輯控制會將抽汽逆止閥前的疏水閥自動關閉，如果回熱抽汽系統沒有投入運行，此時抽汽逆止閥處于關閉狀態，可能會導致蒸汽管道中出現大量積水，在此基礎上，機組跳閘后飽和水汽化并回流到汽輪機設備內部，導致轉子轉速失控。

2.4? ? 疏水管合并導致閥體出現裂紋

在對汽輪機疏水系統進行管理和檢查時，相關人員發現在其兩側調門處的閥座疏水口周圍均出現了一定的裂紋，部分裂紋已經擴展延伸到了閥座的密封面，對疏水系統的正常、穩定運行產生較大影響。這種問題大多是疏水管合并造成的，在汽輪機組正常運行狀態下，旁路閥和疏水閥均會出現關閉狀態。同時，在疏水管自身的散熱作用下，疏水管內部蒸汽就會形成少量的凝結水，經過調門濾網的壓差作用后，其會在調門閥座前的疏水口溢出。此時凝結水會因高溫而被快速蒸干，時間長后就會導致附近的金屬受到溫度交變的影響而出現龜狀裂紋[4]。

3 汽輪機疏水系統故障的對策研究

3.1? ? 對冷蒸汽及積水進行回流監控

針對當前汽輪機疏水系統存在的故障，發現其主要原因是冷蒸汽和積水回流。因此，首先要對汽輪機設備及相關管道內的冷蒸汽和積水進行回流監控。其中，對冷蒸汽的監測可根據疏水閥的開啟狀態、疏水管的進出口壓力、溫度變化等進行判斷。如果在檢查中發現疏水管出現壓力倒掛現象，有可能會發生蒸汽回流。如果疏水閥處于關閉狀態，則不會出現冷蒸汽回流問題。一旦冷蒸汽回流會導致相應部位的溫度明顯下降，相關人員可以通過監控上下對稱部位的溫度來監控冷蒸汽是否回流[5]。對于汽輪機管道積水的監測，在相應管道的最低點設置疏水罐等設備，借助液位開關進行控制。另外，可以在管道的頂端和低端位置安裝溫度傳感器，根據實時溫度變化監控積水的回流狀態。

3.2? ? 疏水閥自動化控制

汽輪機在啟停過程中，對疏水閥的控制是按照機組負荷進行的，當機組負荷小于20%時，疏水閥會自動打開，并根據疏水罐的液位以及管道的上下溫差等進行控制。當汽輪機組處于冷態被啟動時，由于金屬溫度較低，蒸汽在冷卻后會產生大量的凝結水，此時需要疏水。汽輪機組在熱態下啟停或跳閘時，汽缸、汽門的金屬溫度會逐漸升高，此時汽輪機的本體設備與凝汽器相通后，就會處于一種相對真空的狀態，并不會在內部生成凝結水，但會對疏水集管、疏水擴容器等產生較大的壓力，在很大概率上會促使冷蒸汽回流到汽輪機內。因此，要保障疏水閥在汽輪機冷態啟動的情況下，按照實際負荷進行控制，在內部不存在積水的狀態下保持關閉狀態，避免出現冷蒸汽和積水回流現象。

3.3? ? 控制抽汽管道的疏水和蒸汽回流

在汽輪機啟停和運行過程中，抽汽管道中如果存在積水，會在機組跳閘時出現汽化水回流到設備中，導致轉子轉速失控?；诖?，必須要將抽汽管道中的內部積水排出，可以在隔離閥前和管道的低點位置上安裝疏水管，或者可以借助疏水管的液位開關、管道的頂部和底部的溫度監控等判斷管道內是否存在積水，同時能夠聯鎖控制疏水閥，保障內部積水能夠徹底排空。

3.4? ? 優化汽輪機的疏水管合并

在汽輪機疏水管合并過程中，經常會出現管道泄漏等問題，往往是由于疏水閥有質量缺陷、管道施工質量不佳等，也不利于疏水系統的經濟運行。因此，要對汽輪機的疏水管合并進行優化，對同一機組的同類疏水管在不同工況下保持相同，且疏水口的標高也要保持一致。在優化疏水管合并時，要將不同疏水接入同一個疏水集管中，保障其壓力等級完全相等，并要綜合考慮疏水閥開啟和關閉時，各個疏水口的壓力一致，避免管道內凝結水竄流，以降低沖擊力，防止管道泄漏。

4 結語

綜上所述，汽輪機疏水系統的常見故障包括冷蒸汽回流造成汽缸溫差大、疏水回流造成中壓調門擴散器出現裂紋、抽汽管道積水導致轉速失控、疏水管合并導致閥體出現裂紋等，相關人員可采取對冷蒸汽以及積水進行回流監控、疏水閥自動化控制、控制抽汽管道的疏水和蒸汽回流以及優化汽輪機的疏水管合并等對策，充分保障汽輪機疏水系統的正常、穩定運行。

[參考文獻]

[1] 賀之豪.數據驅動的汽輪機組性能診斷研究[D].北京：華北電力大學，2019.

[2] 管燕純.熱力系統疏水匯集的優化與效益[J].山東工業技術，2019（1）：192-193.

[3] 石崇.汽輪機疏水系統故障問題及對策研究[J].信息記錄材料，2018，19（11）：197-198.

[4] 付海.汽輪機疏水系統問題分析及對策[J].現代工業經濟和信息化，2018，8（2）：86-87.

[5] 蔣杰，王奉巖，劉世強，等.300 MW汽輪機軸封及疏水系統異常引起真空嚴密性差研究[J].機械工程師，2018（6）：99-100.

收稿日期：2020-07-06

作者簡介：薛利峰（1987—），男，山西臨縣人，工程師，研究方向：汽輪機設計。