楊建波，濮 霞，張偉江，李長(zhǎng)松

(1.河北建投沙河發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 沙河 054000；2.軍械工程學(xué)院，河北 石家莊 050003；3.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，河北 石家莊 050021)

600?MW機(jī)組給水系統(tǒng)試運(yùn)中的問題分析及處理

楊建波1，濮 霞2，張偉江3，李長(zhǎng)松3

(1.河北建投沙河發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 沙河 054000；2.軍械工程學(xué)院，河北 石家莊 050003；3.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，河北 石家莊 050021)

對(duì)某廠600 MW機(jī)組給水系統(tǒng)在試運(yùn)期間出現(xiàn)的給水泵汽輪機(jī)備用汽源無法投運(yùn)；汽泵停運(yùn)2 h后再啟動(dòng)2號(hào)軸承振動(dòng)大，啟動(dòng)困難；除氧器運(yùn)行時(shí)前置泵啟動(dòng)再循環(huán)管路振動(dòng)大等問題進(jìn)行了分析，提出了有效的處理措施，使問題得到了妥善解決。

備用汽源；振動(dòng)；軸封溫度；再循環(huán)管道；氣液兩相流

1 概述

某廠新投產(chǎn)2臺(tái)600 MW超臨界空冷機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組給水系統(tǒng)設(shè)2臺(tái)50 %容量的汽動(dòng)給水泵組及1臺(tái)30 %容量的電動(dòng)調(diào)速型給水泵組，每臺(tái)汽動(dòng)給水泵組配1臺(tái)電動(dòng)前置泵。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)汽動(dòng)給水泵運(yùn)行。給水泵汽輪機(jī)主汽門前設(shè)有切換閥，在機(jī)組啟停時(shí)汽源可自動(dòng)在四抽與再熱冷段或輔汽間切換，滿足在任何工況下汽泵都能運(yùn)行。電動(dòng)給水泵設(shè)計(jì)入口流量為750 t/h，最大出口壓力為18 MPa，并且僅在機(jī)組啟停時(shí)使用。

2 汽動(dòng)給水系統(tǒng)存在的問題及處理方法

2.1 給水泵汽輪機(jī)備用汽源無法投運(yùn)，機(jī)組低負(fù)荷時(shí)汽泵無法運(yùn)行

由于再熱冷段至輔助聯(lián)箱管路設(shè)計(jì)得偏小，未考慮機(jī)組啟停及低負(fù)荷時(shí)小機(jī)啟動(dòng)用汽的需要。并且由于機(jī)組采用中壓缸啟動(dòng)方式，在啟動(dòng)過程中冷再壓力一直維持在1.0 MPa左右，冷再至輔汽汽源投運(yùn)，啟動(dòng)鍋爐停備，在保證汽封用汽和除氧器加熱調(diào)整閥開度不超過15 %的情況下，輔汽聯(lián)箱壓力僅能維持在0.5 MPa，無法使給水泵汽輪機(jī)啟動(dòng)用汽。

再熱冷段至給水泵汽輪機(jī)汽源投運(yùn)后，主汽門前切換閥在開度反饋不變的情況下，門前壓力在0.3～1.5 MPa之間波動(dòng)，汽泵轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，造成該路汽源不能投運(yùn)，使汽泵在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)不能啟動(dòng)，此時(shí)電泵僅為30 %容量，只能滿足機(jī)組200 MW負(fù)荷上水的需要，并且在機(jī)組升負(fù)荷時(shí)必須有1臺(tái)汽水泵參與上水。由于給水泵汽輪機(jī)汽源只有四段抽汽一路能夠正常投運(yùn)，同時(shí)在200 MW負(fù)荷時(shí)四抽壓力僅為0.4 MPa，因此無法滿足汽泵上水的需要。

由于電泵、汽泵均不能滿足200 MW負(fù)荷以上鍋爐上水的需要，因此，在機(jī)組升負(fù)荷時(shí)汽泵與電泵并聯(lián)運(yùn)行共同提供鍋爐上水，電泵及汽泵運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

表1 200 MW負(fù)荷汽泵與電泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)

由表1可知，在四抽壓力為0.4 MPa時(shí)，給水泵汽輪機(jī)調(diào)門開度為43 %，仍有調(diào)整余量，能夠滿足機(jī)組升負(fù)荷的需要。在升負(fù)荷過程中，機(jī)組主汽盡量維持低壓力，以保證電泵出力正常。隨著四抽壓力的升高可以逐漸增加汽泵出力，在機(jī)組負(fù)荷為250 MW時(shí)，第2臺(tái)汽動(dòng)給水泵沖車，在機(jī)組負(fù)荷升至300 MW，四抽壓力在0.50 MPa左右時(shí)，第2臺(tái)汽泵并入運(yùn)行，電泵退出，鍋爐上水由2臺(tái)汽泵一同提供。

2.2 汽泵停運(yùn)2 h再啟動(dòng)2號(hào)軸承振動(dòng)大

該工程4臺(tái)汽泵在試運(yùn)過程中均出現(xiàn)停機(jī)2 h后給水泵汽輪機(jī)啟動(dòng)困難，沖車至1 600 r/min左右時(shí)，因2號(hào)軸承(排汽端)振動(dòng)大而發(fā)生跳機(jī)的情況。汽泵停機(jī)后投連續(xù)盤車，2 h后，當(dāng)前汽缸金屬溫度達(dá)到160 ℃時(shí)，偏心在35 μm左右，真空約為-90 kPa。根據(jù)說明書以熱態(tài)啟動(dòng)方式進(jìn)行，在啟動(dòng)過程中不暖機(jī)，升速至1 300 r/min左右時(shí)，2X、2Y號(hào)軸承振動(dòng)快速增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至1 500 r/min左右時(shí)，2X號(hào)振動(dòng)達(dá)到140 μm，2Y號(hào)振動(dòng)達(dá)到200 μm以上，瓦振在40 μm左右，振動(dòng)大跳閘，按熱態(tài)曲線啟動(dòng)數(shù)次均失敗。此后按冷態(tài)啟動(dòng)方式試驗(yàn)，由于轉(zhuǎn)速在1 000 r/min暖機(jī)時(shí)給水泵汽輪機(jī)排汽溫度增長(zhǎng)較快，將轉(zhuǎn)速升至1 200 r/min暖機(jī)，時(shí)間為1h，暖機(jī)過程中各軸承振動(dòng)均不超過25 μm。暖機(jī)結(jié)束后升速，升速率為400(r/min)/min，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至1 400 r/min左右時(shí)，2號(hào)軸承振動(dòng)同樣快速增大，升速至1 600 r/ min左右時(shí)，2Y號(hào)軸承也同樣出現(xiàn)振動(dòng)大跳閘的情況。

4臺(tái)給水泵汽輪機(jī)出現(xiàn)的情況基本相同，經(jīng)多次反復(fù)啟動(dòng)均不能成功，只能破壞真空，停運(yùn)軸封供汽。大約5 h后，等前汽缸金屬溫度降至120 ℃左右時(shí)再次啟動(dòng)，按此方式雖然每次轉(zhuǎn)速均能夠順利升至2 850 r/min，但卻大大延長(zhǎng)了汽泵的啟動(dòng)時(shí)間，對(duì)機(jī)組的安全性造成很大影響。

經(jīng)過分析，認(rèn)為造成給水泵汽輪機(jī)沖車時(shí)振動(dòng)大的的原因是：給水泵汽輪機(jī)軸封供汽溫度不合理。按照設(shè)計(jì)圖(見圖1)，給水泵汽輪機(jī)前軸封供汽來自主機(jī)軸封減溫器前，蒸汽溫度在300 ℃左右；后軸封供汽來自主機(jī)軸封減溫器后，蒸汽溫度在155 ℃左右。由于主機(jī)軸封減溫器無法正常投運(yùn)，造成軸封減溫器前后溫度一致，使得后軸封供汽溫度比設(shè)計(jì)值約高150 ℃。汽泵停運(yùn)后，由于無排汽或噴水冷卻，在軸封蒸汽的加熱下，排汽缸溫度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值。經(jīng)過就地測(cè)量發(fā)現(xiàn)：在汽泵停運(yùn)2 h后，給水泵汽輪機(jī)排汽缸上部溫度達(dá)180 ℃，而下部溫度只有80 ℃左右，過大的溫差造成排汽缸彎曲，使得后軸封間隙減小，在沖車過程中引起轉(zhuǎn)子與軸封碰摩，碰摩造成的彎曲又使軸封間隙進(jìn)一步減小，又加重碰摩，在雙重作用下，2號(hào)軸承振動(dòng)快速增大造成振動(dòng)大跳機(jī)。

針對(duì)以上分析，利用主機(jī)停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)主機(jī)軸封減溫器進(jìn)行優(yōu)化，確保軸封減溫器正常投運(yùn)，將軸封減溫器后蒸汽溫度控制在155 ℃左右，使給水泵汽輪機(jī)后軸封蒸汽溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值，4臺(tái)給水泵汽輪機(jī)停運(yùn)再啟動(dòng)時(shí)未再出現(xiàn)以上問題。

圖1 給水泵汽輪機(jī)軸封蒸汽管道系統(tǒng)

2.3 除氧器投運(yùn)啟動(dòng)前置泵后，再循環(huán)調(diào)門后管路振動(dòng)劇烈

汽動(dòng)給水泵再循環(huán)管道減壓器布置在再循環(huán)調(diào)門前，再循環(huán)調(diào)門后管路長(zhǎng)約5 m且經(jīng)過2個(gè)90彎頭進(jìn)入除氧器。前置泵機(jī)械密封冷卻水來自凝結(jié)水，對(duì)機(jī)械進(jìn)行密封冷卻后進(jìn)入泵內(nèi)。除氧器投運(yùn)后啟動(dòng)前置泵，再循環(huán)調(diào)門后管路振動(dòng)劇烈，發(fā)出強(qiáng)烈的撞擊聲，約10 min后才逐漸消失，給設(shè)備的正常啟動(dòng)和機(jī)組的安全運(yùn)行帶來很大影響。

經(jīng)過分析，造成給水泵再循環(huán)管道振動(dòng)的原因?yàn)椋寒?dāng)前置泵停運(yùn)后，隨著低溫密封水的進(jìn)入，前置泵、主泵以及進(jìn)口管道內(nèi)的水溫逐漸降低；當(dāng)前置泵啟動(dòng)后，除氧器中的高溫飽和水進(jìn)入泵內(nèi)，與低溫水混合，進(jìn)入再循環(huán)管路，經(jīng)過再循環(huán)減壓器時(shí)壓力降低、流速增加，部分水汽化產(chǎn)生汽泡形成氣液兩相流，使汽水流動(dòng)失去穩(wěn)定性，產(chǎn)生沖擊，管道劇烈振動(dòng)。前置泵運(yùn)行一段時(shí)間后，泵組及管道內(nèi)的水全部為除氧器中的飽和水，經(jīng)過減壓器后，兩相流現(xiàn)象基本不存在，管道振動(dòng)現(xiàn)象也隨之消失。

根據(jù)以上分析得出：要提高流體汽化的臨界溫度，就需要提高流體的壓力。因此在不改變管路系統(tǒng)的情況下，啟動(dòng)前置泵前應(yīng)關(guān)小再循環(huán)閥后手動(dòng)門，利用其節(jié)流來提高減壓器后的壓力，既減小了減壓器前后壓差，破壞了介質(zhì)汽化的條件，又減輕了減壓器后介質(zhì)發(fā)生汽化的幾率。當(dāng)前置泵運(yùn)行十幾分鐘后，泵體及再循環(huán)管路中的水幾乎全部為除氧器中的飽和水后再全開閥門，再循環(huán)減壓裝置后管道振動(dòng)問題基本得到解決。

3 結(jié)論

通過對(duì)600 MW超臨界空冷汽輪機(jī)組汽動(dòng)給水系統(tǒng)在試運(yùn)過程中所遇到問題的分析與處理，解決了泵組在設(shè)計(jì)和設(shè)備本身存在的的問題，保證了汽動(dòng)給水泵組的安全運(yùn)行，從而保證了汽輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 施維新，石靜波.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故[M].北京：中國電力出版社，2008.

2 李春偉，唐 璐.600 MW機(jī)組凝結(jié)水再循環(huán)管道振動(dòng)原因分析及處理[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2012(1).

3 陸江云，楊 春.凝結(jié)水再循環(huán)管道振動(dòng)原因分析及處理[J].廣西電力，2008(5).

2013-08-21。

楊建波(1965-)，男，工程師，從事運(yùn)行管理工作。

濮 霞(1977-)，女，講師，從事電工電子教學(xué)研究。

張偉江(1975-)，男，高級(jí)工程師，從事汽機(jī)專業(yè)的機(jī)件調(diào)試與故障診斷工作。