燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組低壓主蒸汽溫度突降事件分析及對(duì)策

謝為良,夏小勇,劉 源,程 途

(1.東莞深能源樟洋電力有限公司,廣東 東莞 523000;2.江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司,江蘇 常州 213011)

隨著電力市場(chǎng)蓬勃發(fā)展,承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰主力軍的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在夏季電網(wǎng)需求高峰期,經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)備原本滿(mǎn)足調(diào)峰運(yùn)行,由于運(yùn)行狀態(tài)的改變,不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要,從而導(dǎo)致安全事件的發(fā)生。

某電廠(chǎng)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組因運(yùn)行狀態(tài)的改變,導(dǎo)致低壓主蒸汽溫度急劇下降。本文對(duì)本次事件進(jìn)行較為詳細(xì)的分析,提出解決方案,從而進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性。

1 事件發(fā)生過(guò)程介紹

1.1 電廠(chǎng)基本情況

某電廠(chǎng)現(xiàn)有兩套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組,燃?xì)廨啓C(jī)為上海電氣和安薩爾多公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的AE94.3A 型燃?xì)廨啓C(jī),余熱鍋爐為杭州鍋爐廠(chǎng)設(shè)計(jì)制造的NG-AE94.3A-R型三壓、再熱、臥式、自然循環(huán)余熱鍋爐,汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠(chǎng)設(shè)計(jì)制造的D880型三壓、再熱、單軸、反動(dòng)式、雙缸、中低壓合缸、軸向單排汽凝汽式汽輪機(jī)。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組采用單軸布置,有高、中、低壓三級(jí)主蒸汽系統(tǒng),設(shè)置100%容量高、中壓二級(jí)串聯(lián)旁路和100%容量低壓旁路系統(tǒng),聯(lián)合循環(huán)主蒸汽以及旁路系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖1。該機(jī)組低壓主蒸汽設(shè)計(jì)參數(shù)為壓力0.378 MPa,溫度242 ℃,流量48.1 t/h。

圖1 聯(lián)合循環(huán)主蒸汽及旁路系統(tǒng)流程圖

1.2 事件發(fā)生過(guò)程

7月23日01:11,1號(hào)機(jī)組422 MW運(yùn)行,機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)運(yùn)行正常。01:23現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員聽(tīng)到1號(hào)機(jī)組凝汽器附近傳來(lái)巨大響聲,振動(dòng)異響每次持續(xù)2～3 s,每次振動(dòng)間隔約10 s,約1 min后響聲消失,現(xiàn)場(chǎng)檢查管道及閥門(mén)無(wú)明顯異常。主要事件過(guò)程中的機(jī)組參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 事件中機(jī)組參數(shù)變化表

1.3 事件排查過(guò)程

7月23日白天,電廠(chǎng)技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查,根據(jù)汽輪機(jī)低壓主汽閥前溫度突降時(shí)鍋爐側(cè)低壓主蒸汽溫度無(wú)明顯變化,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)低壓主蒸汽管道疏水管道的實(shí)際位置,事件發(fā)生時(shí)低壓主蒸汽管道疏水閥處于正常關(guān)閉狀態(tài),疏水閥后溫度也無(wú)異常變化,且疏水?dāng)U容器液位正常,排除冷汽或冷凝水通過(guò)疏水管道返回至低壓主蒸汽管道的可能。初步懷疑低壓旁路及其預(yù)暖管內(nèi)蒸汽流動(dòng)性較差,可能有冷凝水通過(guò)預(yù)暖管返回至低壓主蒸汽管道,導(dǎo)致低壓主蒸汽溫度突降。

技術(shù)人員拆除低壓主蒸汽管道相關(guān)部位的保溫,測(cè)量低壓旁路閥前預(yù)曖管管道壁溫為82 ℃,低壓旁路閥前疏水管道壁溫為72 ℃。在現(xiàn)場(chǎng)排查過(guò)程中,1號(hào)機(jī)低壓旁路閥前預(yù)暖管、低壓旁路閥及其后管道等部位突然再次發(fā)生劇烈振動(dòng)并傳出巨大響聲。立即通知值班人員開(kāi)啟低壓主蒸汽系統(tǒng)疏水閥進(jìn)行疏水,疏水閥開(kāi)啟后振動(dòng)以及異響消失。

查詢(xún)參數(shù)趨勢(shì)曲線(xiàn),發(fā)現(xiàn)從10:18開(kāi)始,1號(hào)汽輪機(jī)低壓主蒸汽溫度在77 s內(nèi)由237 ℃下降至最低172 ℃,降溫幅度最大約65 ℃,中低壓缸軸向位移由-0.9 mm升至-0.88 mm,汽輪機(jī)真空度、瓦振、軸振、脹差無(wú)明顯變化。

1.4 采取的臨時(shí)措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管道布置以及排查過(guò)程中發(fā)生的振動(dòng)現(xiàn)象,可以確認(rèn)因低壓旁路及其預(yù)暖管內(nèi)蒸汽流動(dòng)不暢,機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行后,在低壓旁路閥前的管道內(nèi)部蒸汽逐漸凝結(jié)成水,通過(guò)預(yù)暖管返回至低壓主蒸汽管道中。鑒于以上原因,將低壓旁路閥前疏水手動(dòng)閥開(kāi)啟2圈,全開(kāi)疏水氣動(dòng)閥,保證低壓旁路閥前管道內(nèi)蒸汽的流動(dòng)性。持續(xù)對(duì)低壓旁路閥前的預(yù)暖管和疏水管管壁金屬溫度進(jìn)行監(jiān)視,該方案能滿(mǎn)足機(jī)組安全運(yùn)行要求,同時(shí)選擇合適的窗口期對(duì)汽輪機(jī)末幾級(jí)葉片進(jìn)行檢查。

2 原因分析

機(jī)組正常運(yùn)行期間,低壓旁路閥在關(guān)閉后,預(yù)暖蒸汽從預(yù)暖管進(jìn)入低壓旁路管道,然后逆流至低壓主蒸汽管道,與低壓主蒸汽一起進(jìn)入汽輪機(jī)低壓缸做功,如圖2所示。

圖2 正常運(yùn)行期間低壓旁路預(yù)暖管汽流示意圖

查閱1號(hào)機(jī)組低壓主蒸汽安裝圖[1],低壓旁路預(yù)暖管管徑較小(OD45×2.5 mm),現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置有較多彎頭,導(dǎo)致預(yù)暖蒸汽流動(dòng)時(shí)沿程阻力損失和局部阻力損失較大;且低壓旁路預(yù)暖管引入點(diǎn)與低壓旁路管道入口距離僅有764 mm[2],在低壓旁路閥和低壓旁路閥前疏水閥關(guān)閉嚴(yán)密時(shí),產(chǎn)生的壓差不足以維持預(yù)暖蒸汽的流動(dòng)。

經(jīng)試驗(yàn),關(guān)閉低壓旁路閥前疏水8 h后,低壓旁路閥前管壁金屬溫度已下降至低壓蒸汽壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度以下,證實(shí)預(yù)暖蒸汽流動(dòng)較差。

查閱1號(hào)機(jī)組運(yùn)行記錄,此前機(jī)組連續(xù)運(yùn)行最長(zhǎng)時(shí)間為22天,此次事件發(fā)生時(shí)機(jī)組已連續(xù)運(yùn)行30天,測(cè)量低壓旁路閥預(yù)曖管壁溫僅82 ℃。由于預(yù)暖蒸汽流動(dòng)性較差,散熱引起低壓旁路閥前管道內(nèi)的蒸汽溫度低于飽和溫度,從而產(chǎn)生凝結(jié)水。查閱設(shè)計(jì)施工圖冊(cè),低壓旁路管道最高處管道與低壓旁路閥高度差2 648 mm[3],預(yù)暖管最高處與低壓旁路管道高度差300 mm[3],如圖3所示。在機(jī)組連續(xù)運(yùn)行30天后,低壓旁路閥前管道內(nèi)的冷凝水越聚越多,當(dāng)冷凝水水位超過(guò)預(yù)暖管最高處時(shí),凝結(jié)水在重力的作用下,沿著預(yù)暖管流動(dòng),同時(shí)冷卻預(yù)暖管內(nèi)的蒸汽,管道內(nèi)的蒸汽因凝結(jié)體積突然縮小,低壓旁路閥前管道內(nèi)的冷凝水在壓差的推動(dòng)下涌入預(yù)暖管,引起預(yù)暖管、低壓旁路閥等相關(guān)管道發(fā)生水沖擊;同時(shí)冷凝水從預(yù)暖管返回至低壓主蒸汽管道,在極短的時(shí)間內(nèi)使汽輪機(jī)的低壓主蒸汽溫度急劇下降,導(dǎo)致汽輪機(jī)低壓部分發(fā)生水沖擊。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布置示意圖

3 解決方案

預(yù)暖蒸汽流動(dòng)性差和低壓旁路閥前冷凝水不能及時(shí)排出是導(dǎo)致本次事件的直接原因。保證低壓旁路及其預(yù)暖管內(nèi)蒸汽的流動(dòng)性,同時(shí)防止冷凝水聚集,才能有效解決機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行存在的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,設(shè)計(jì)有4種改造方案,見(jiàn)表2。

表2 改造方案比較

為了保證改造后機(jī)組運(yùn)行的安全性,同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性,技術(shù)人員一致同意采取方案三的改造方案。技術(shù)改造完成后,機(jī)組經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)31天的連續(xù)運(yùn)行,測(cè)得低壓旁路閥前預(yù)曖管管道與低壓旁路閥前管道的碰管處壁溫在180 ℃至200 ℃之間,蒸汽過(guò)熱度達(dá)到30 ℃以上,低壓旁路及預(yù)暖管內(nèi)的蒸汽流動(dòng)性能滿(mǎn)足要求,能滿(mǎn)足機(jī)組長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

本次事件的發(fā)生,其主要原因是設(shè)計(jì)院未認(rèn)真核算低壓預(yù)暖管與低壓旁路內(nèi)蒸汽正常流動(dòng)時(shí)的壓差。其次,安裝過(guò)程中電廠(chǎng)技術(shù)人員沒(méi)有監(jiān)督到位,使得低壓預(yù)暖管在低壓旁路閥前管道的上部碰口,導(dǎo)致因蒸汽流動(dòng)性差產(chǎn)生的凝結(jié)水大量聚集在低壓旁路閥前管道內(nèi)。原本設(shè)計(jì)承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)的機(jī)組,很多設(shè)計(jì)或安裝細(xì)節(jié)可能不滿(mǎn)足機(jī)組長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的要求,在設(shè)計(jì)和施工階段,電廠(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)該仔細(xì)審核相關(guān)圖紙,深入監(jiān)督施工安裝過(guò)程,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行分析整改。