淺析大型超超臨界機組低加疏水問題

蘇文杰

（中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司，河南 鄭州 450000）

對于超臨界或超超臨界火力發電機組低壓加熱器疏水系統，特別是末級和次末級疏水，由于其抽汽壓力低，且末級和次末級的抽汽壓差不大，其對應的低加疏水管道合并后疏至疏水冷卻器，運行參數高低變化對疏水狀態影響大，同時，疏水管道線路若較長、轉彎過多、疏水匯合點位置選擇不合理，容易出現汽液兩相流，造成疏水管道振動、疏水不暢等問題，不但降低機組的經濟性，還影響機組的安全性，甚至對設備造成損壞引起事故。

1.低壓加熱器疏水系統概述

目前大容量燃煤發電機組加熱器多采用臥式，布置于除氧間，加熱器疏水系統正常運行時采用逐級串聯疏水方式，即從較高壓力的加熱器疏水至較低壓力的加熱器。各臺加熱器的緊急疏水管道在緊急疏水閥之后也不再合并成一根管道，而是各自引至凝汽器背包式疏水擴容器。現通常1000MW高效超超臨界機組5、6號低加疏水逐級自流至7號低加，7號低加疏水經2×100%容量的低加疏水泵（帶一拖二變頻裝置）升壓后送至7號低加凝結水出口管道；8號、9號低加通常布置于凝汽器喉部，疏水各自引出后合并為一根母管，然后分成兩路：一路正常運行時疏水進入疏水冷卻器，然后經疏水冷卻器冷卻后通過疏水立管自流至凝汽器；一路危急工況時疏水直接疏至凝汽器。每臺低壓加熱器（8號、9號低加除外）均設有單獨的事故疏水接口，其疏水管道單獨接至凝汽器疏水擴容器。

每臺加熱器的疏水管路上均設有疏水調節閥，用于控制加熱器正常水位。危急疏水管道上均設有低負荷/事故疏水調節閥，低負荷時，用于調節低加水位，事故時能快速打開將疏水排至凝汽器。疏水調節閥布置位置盡量靠近下一級接收疏水的加熱器或疏水擴容器，以減少兩相流動的管道長度，避免引起疏水管道的振動。

2.低壓加熱器疏水系統常見問題

低壓加熱器疏水一般為飽和水或過冷水（過冷度一般不大），如果低加疏水系統設計不合理，或管道布置不合理，疏水閥門位置距離下一級設備入口較遠，末兩級低加疏水管道匯合點位置選擇不合理等原因，易造成低加疏水管道振動、疏水不暢、低加水位難以控制等問題。大型火電機組末兩級低加一般布置在凝汽器喉部，且其抽汽管道上未配置逆止閥和截止閥，當低加高水位時，危急疏水閥一旦動作出現卡澀或故障，容易造成低壓缸進水；當機組負荷波動時，對管道中疏水流動狀態影響很大，可能產生汽液兩相流，造成管道振動、沖刷、疏水不暢，降低機組安全性。低加危急疏水閥開啟，疏水未經下一級冷卻器冷卻直接排入凝汽器，造成額外的冷源損失，增加凝汽器的熱負荷，同時也會增大下一級抽汽量來加熱凝結水，抽汽量的增加減少了做功量，造成機組熱耗增加，降低機組經濟性。

3.低壓加熱器疏水系統問題分析

3.1 疏水管道振動原因分析

發電廠疏水管道振動的原因復雜，從運行、設計和安裝等方面考慮，分析其振動原因可能有機組負荷波動時，管道疏水可能產生汽液兩相流，造成管道通流能力減弱、沖刷，引起管道振動，同時造成疏水不暢。疏水管道施工安裝不規范，如彈簧支吊架調整方法不科學，銷子拆除方法不規范，造成管道系統安裝工藝達不到設計要求而引起管道振動。 末兩級低加疏水管道疏水匯合點位置選擇不合理，造成疏水匯合點附近有汽液兩相流，引起管道振動，同時造成疏水不暢。疏水管道上閥門的設置位置距離凝汽器或下一級加熱器較遠，疏水閥后管道距離較長，在疏水閥后易產生汽液兩相流，引起管道振動。低加管束泄漏、破管，疏水流量增大，引起管道振動。 疏水閥門卡澀，引起閥后管道內汽液兩相流動產生汽蝕和沖擊，引起管道振動。

3.2 疏水不暢原因分析

疏水管道系統真空嚴密性不好，可能空氣漏入使疏水存在氣堵，造成疏水不暢。調節閥特性不良或通流能力不足，出現汽液兩相流時基本失去調節功能，造成疏水不暢。 因低加抽汽壓力小，造成低加疏水壓差小，且隨著負荷的降低壓差更小，壓頭不足，極易造成疏水不暢。疏水管路布置不合理造成疏水流動阻力大，或閥門布置位置距離凝汽器或下一級加熱器較遠，疏水閥后管道距離較長，在疏水閥后易產生汽液兩相流，引起疏水不暢。

4.低壓加熱器疏水系統問題治理措施

針對某1000MW大型超超臨界機組低加疏水系統中出現的疏水不暢、管道振動、沖刷等問題進行優化改進，具體治理措施可歸納為以下幾種方法。

4.1 疏水管道和閥門改進措施

疏水管道改進的方法首先是降低從管道始端至終端的流動總阻力，同時在管路布置上盡量降低負高差或不出現負高差，并保證疏水壓力始終大于疏水溫度對應的飽和壓力并有一定的余量不引起疏水在管道中汽化，否則會產生汽液兩相流，引起管道通流阻塞、疏水不暢。另外，疏水閥后管道易汽蝕沖刷破損，可選用耐磨材質，如選用12Cr1MoVG管材，同時閥后管徑設計時增大1～2級。對于疏水管道上閥門閥芯通流能力不足，可以通過改造增大閥籠通流面積，緩解低加疏水不暢；或者采用阻力系數小的閥門，并把閥門布置在靠近下一級加熱器的位置，盡量減小閥后管道的長度。另外，疏水管路布置盡量簡化，距離短，少轉彎，避免出現U型彎或倒U型彎布置結構。

4.2 低加疏水系統改進措施

低加疏水系統在采用逐級自流傳統方式的基礎上進行優化，正常疏水時，由傳統逐級自流進入凝汽器，優化為5#低加疏水，自流經6#低加進入7#低加，7#低加疏水通過2×100%容量的低加疏水泵（帶一拖二變頻裝置）升壓后送至7號低加凝結水出口管道。

每臺低加（8號、9號低加除外）均設有單獨的事故疏水接口，其疏水管道單獨接至凝汽器疏水擴容器。8號、9號低加疏水匯合后共用一路事故疏水至凝汽器。

圖1 改造前 低加疏水系統

圖2 改造后 低加疏水系統

8#低加疏水管道設置U型水封的高度要能使得在各種工況下U型水封內保持合理水位高度，使得8#低加疏水不阻塞影響9#低加正常疏水。8號、9號低壓加熱器通常布置于凝汽器喉部，疏水各自引出后合并為一根母管，然后分成兩路：一路正常運行時疏水進入疏水冷卻器，改造前經疏水冷卻器冷卻后通過單機水封自流至凝汽器，改造后經疏水冷卻器冷卻后通過低加疏水立管自流至凝汽器；一路危急工況時疏水直接疏至凝汽器。

4.3 末兩級低加疏水布置改進措施

圖3 改造前 末兩級低加疏水系統及管路

改造前，8#低加疏水管道為了設置U型水封，在空間布置上直接由8#低加疏水接口9.45 m引管至－2.0 m，9#低加疏水接口9.45 m也引管道至-2.0 m匯合后合并成一根母管，匯合點距離疏水冷卻器入口距離較遠，約50 m，然后流至布置在0 m地面的疏水冷卻器，經冷卻后疏至單級水封，疏水冷卻器至單級水封的管道最高點為6.5 m。機組運行時出現8#、9#低加疏水不暢，低加水位高，需打開危急疏水管路才能保持低加水位在合理范圍。

圖4 改造后 末兩級低加疏水系統及管路

經過分析優化后，對8#和9#低加疏水管道進行改造，改造后8#、9#低加疏水管道單獨引至疏水冷卻器附近再匯合，匯合點標高為0.8364米，匯合點距離疏水冷卻器入口僅2.5米左右。疏水經過疏水冷卻器冷卻后流至低加疏水立管，低加疏水立管入口標高定在8.50米，低加疏水立管上部設置排汽管（管徑為?168mm）與凝汽器上部汽側相連，下部管道（管徑為?273mm）與凝汽器熱井相連。改造后，末兩級低加疏水效果很好，問題得到完善解決。

4.4 管道振動改進措施

低加疏水管道振動原因可以從安裝、運行、設計等方面去排查。如果管道振動時其附近的吊架也振動，甚至吊架振幅比管道振幅還大，可以通過調整支吊架松緊度來抑制管道的振動，有的情況甚至可以通過調整達到消除管道振動的目的。運行中可能出現低加設備爆管、破損等情況，使得輸水量急劇增加引起管道振動，此時可在管路轉彎處附近增設限位支架，以此來消除或預防管道振動。危急疏水閥后管道因為經常出現兩相流情況，出現危急疏水工況時，管道振動不可避免，在管路轉彎處附近可增設阻尼支架、限位支架來預防管道振動。

5.結語

針對大型火力發電機組低加疏水系統以及低加疏水管道常見問題，在對其原因歸納分析研究的基礎上，總結多方面的改進措施，并依托某1000MW大型超超臨界機組成功對其低加疏水系統進行了優化改進，且對低加疏水管道進行了治理改造。改造后，低加疏水系統省去單級水封，增設低加疏水立管，并合理設定疏水進入疏水立管入口標高，同時優化了末兩級低加疏水管路布置和匯合點位置，徹底消除了低加疏水不暢、管道振動等問題，取得了很好的成效，提高了機組的安全可靠性和經濟效益。