范文旺,李延偉,陳二強(qiáng),蔣凌峰
(1.河南恩湃高科集團(tuán)有限公司,河南 鄭州 450000;2.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院,河南 鄭州 450000)
某電廠1號汽輪發(fā)電機(jī)組采用上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N660-25/600/600型超超臨界、中間再熱、四缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)。2013-12-16,1號機(jī)組真空嚴(yán)密性出現(xiàn)故障:低背壓凝汽器真空下降速度600 Pa/min,高背壓凝汽器真空下降速度380 Pa/min,且同時(shí)存在8號低加無溫升問題,嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
該電廠發(fā)電機(jī)組設(shè)有8級抽汽系統(tǒng),分別為3臺高壓加熱器、1臺除氧器、4臺低壓加熱器和給水泵汽輪機(jī)提供用汽。鍋爐產(chǎn)生的主蒸汽及再熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功后,除部分抽汽外,乏汽全部進(jìn)入凝汽器內(nèi)凝結(jié),經(jīng)熱井收集且由凝結(jié)水泵升壓后,再進(jìn)入軸封加熱器、疏水冷卻器(表面式)、8,7,6,5號低加依次回?zé)幔缓筮M(jìn)入除氧器加熱、脫氧,最后由給水泵升壓并通過3,2,1號高加回?zé)岷笏椭铃仩t。凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)有2臺100 %容量的凝結(jié)水泵,并裝有一拖二的變頻器。
凝汽器循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用帶冷卻塔的單元制循環(huán)冷卻水系統(tǒng),每臺機(jī)組配置2臺循環(huán)水泵。
1,2,3號高壓加熱器及5,6號低壓加熱器均設(shè)有內(nèi)置式疏水冷卻器,以降低疏水溫度,其疏水采用逐級自流方式。7,8號低加分別置于凝汽器A,B殼體喉部,其疏水未采用逐級自流方式。7號低加疏水經(jīng)過高度為1.5 m的U型彎管道后,與8號低加疏水匯合,經(jīng)外置疏水冷卻器冷卻后再經(jīng)過高度為13 m的單級水封直接排入凝汽器。整個(gè)7,8號低加疏水系統(tǒng)沒有可調(diào)整閥門與危急疏水口。由于7,8段抽汽口的壓力較低且壓差小,其疏水與主凝結(jié)水的溫差較小,未設(shè)置疏水冷卻段。
凝汽器真空系統(tǒng)設(shè)3臺真空泵,采用并聯(lián)布置,高、低壓凝汽器內(nèi)分別接出2根抽真空管路,匯合成1根母管后進(jìn)入真空泵組,系統(tǒng)較為簡單。
針對1號機(jī)組真空嚴(yán)密性較差的情況,利用氦質(zhì)譜儀對低背壓凝汽器容易漏空氣的部位進(jìn)行初步排查,未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。因此,重新進(jìn)行了真空系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗(yàn)。
2013-12-21T10:39,機(jī)組負(fù)荷523 MW,其他參數(shù)穩(wěn)定,按以下方式進(jìn)行了凝汽器真空嚴(yán)密性試驗(yàn):
(1)真空泵不停,關(guān)閉高背壓凝汽器抽空氣門,其真空嚴(yán)密性為0.288 kPa/min,低背壓凝汽器真空升高1.4 kPa后逐步下降,最終高/低背壓分別為88.4 kPa/93.59 kPa,2臺凝汽器真空相差5.19 kPa;
(2)真空泵不停,關(guān)閉低背壓凝汽器抽空氣門,其真空嚴(yán)密性為0.068 kPa/min,高背壓凝汽器真空不升反降,最終高/低背壓分別為91.64 kPa/91.86 kPa,2臺凝汽器真空基本一致;
(3)停止真空泵,關(guān)閉入口氣動門,高、低背壓凝汽器4個(gè)抽空氣門全關(guān),高背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.509 kPa/min,低背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.053 kPa/min,則2臺凝汽器平均真空嚴(yán)密性為0.281 kPa/min;
(4)停止真空泵,關(guān)閉入口氣動門,高背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.398 kPa/min,低背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.432 kPa/min,則2臺凝汽器平均真空嚴(yán)密性為0.415 kPa/min;
(5)停止真空泵,關(guān)閉入口電、氣動門,高背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.128 kPa/min,低背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.388 kPa/min,則2臺凝汽器平均真空嚴(yán)密性為0.258 kPa/min。
真空嚴(yán)密性試驗(yàn)的具體結(jié)果如表1所示。
根據(jù)上述綜合判斷,高背壓凝汽器和抽真空系統(tǒng)存在漏點(diǎn),同時(shí)低背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)存在氣塞現(xiàn)象。
凝汽器為雙殼體、單流程、雙背壓、表面式凝汽器。循環(huán)水自汽機(jī)側(cè)凝汽器進(jìn)入,經(jīng)循環(huán)水聯(lián)通管水平轉(zhuǎn)向后從電機(jī)側(cè)凝汽器流出。蒸汽由汽輪機(jī)排汽口進(jìn)入高/低背壓凝汽器(凝汽器循環(huán)水進(jìn)入側(cè)為低壓背側(cè),即低壓側(cè);出水側(cè)凝汽器為高背壓側(cè),即高壓側(cè)),均勻分布到凝汽器冷卻水管上,經(jīng)過中央汽道和旁側(cè)汽道進(jìn)入主管束區(qū),與冷卻水進(jìn)行熱交換后凝結(jié),部分蒸汽進(jìn)入熱井,對凝結(jié)水進(jìn)行回?zé)岷驼婵粘?。低壓?cè)殼體凝結(jié)水經(jīng)低壓側(cè)殼體部分蒸汽回?zé)岷?,由分隔板收集,通過凝結(jié)水回?zé)峁芟狄敫邏簜?cè)凝汽器B熱井中2個(gè)水平放置的再熱分流盤,再與高壓側(cè)殼體中凝結(jié)水匯合后,從再熱分流盤上小孔流下,被高壓側(cè)殼體中部分蒸汽回?zé)嶂料鄳?yīng)的壓力下的飽和溫度,以減小凝結(jié)水的過冷度。被回?zé)岬哪Y(jié)水通過回通管匯集于凝汽器A熱井內(nèi),再由凝結(jié)水泵抽出,升壓后輸入主凝結(jié)水系統(tǒng)。高壓側(cè)殼體與低壓側(cè)殼體剩余的汽-氣混合物及不凝結(jié)氣體,通過管束中央的空氣冷卻區(qū)再次冷卻后,經(jīng)管束上部的抽氣口由真空泵抽出。
凝汽器高、低壓側(cè)熱井由凝結(jié)水連通管,回?zé)嶂鞴軓闹写┻^,高壓側(cè)設(shè)有2個(gè)再熱分流盤,擴(kuò)大汽、水的接觸面積,使回?zé)岷驼婵粘醺浞郑蕴岣邫C(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)性。分隔板、再熱分流盤距熱井底面高度分別為1.542 m和1.35 m,其高度差確保低壓側(cè)凝汽器分隔板收集的凝結(jié)水可順利通過回?zé)峁芟颠M(jìn)入高壓側(cè)凝汽器。
表1 真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果
由于現(xiàn)場循環(huán)水管道布置的原因,循環(huán)水自電機(jī)側(cè)凝汽器流入,經(jīng)凝汽器后水室聯(lián)通管水平轉(zhuǎn)向后,從汽機(jī)側(cè)凝汽器流出,從而使汽機(jī)側(cè)凝汽器成為高背壓凝汽器,7,8號低加與高、低背壓凝汽器不再一一對應(yīng),其他設(shè)備系統(tǒng)布置及走向不變。
查找凝汽器特性曲線發(fā)現(xiàn),在20 ℃冷卻水溫、100 %的冷卻水流量和熱負(fù)荷下,高/低背壓凝汽器壓力分別為5.55 kPa/4.3 kPa(對應(yīng)飽和水溫度為34.5℃/30.6℃),壓差ΔP=5.55 kPa-4.3 kPa=1.25 kPa=125 mm水柱。
在原設(shè)計(jì)情況下,低背壓凝汽器內(nèi)凝結(jié)水從分隔板到高背壓內(nèi)凝汽器回?zé)岱至鞅P的壓差為:
ΔH-ΔP=192-125=67 mm水柱。
式中:ΔH—分隔板與回?zé)岱至鞅P高度差;ΔP—高/低背壓凝汽器內(nèi)壓力差。
循環(huán)水流向改變后,高背壓凝汽器內(nèi)凝結(jié)水從分隔板到低背壓凝汽器內(nèi)回?zé)岱至鞅P的壓差為:
ΔH-ΔP=192+125=317 mm水柱。
顯然,在原設(shè)計(jì)情況下,低背壓凝汽器殼體凝結(jié)水克服管系阻力后,能平穩(wěn)回流至高背壓凝汽器殼體內(nèi)的回?zé)岱至鞅P上。循環(huán)水流向改變后,高背壓凝汽器殼體內(nèi)的凝結(jié)水以較大的壓差進(jìn)入低背壓凝汽器殼體內(nèi),被凝汽器乏汽冷卻,使凝結(jié)水過冷度增大,水流分布不平穩(wěn),對凝汽器熱井形成沖擊。
(1)循環(huán)水流向改變后,凝汽器的回?zé)嵯到y(tǒng)失去作用,使高溫凝結(jié)水進(jìn)一步冷卻,機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低,凝結(jié)水含氧量增大。資料顯示:機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),凝結(jié)水過冷度增加1 ℃,熱耗增加0.014 %。
(2)由于現(xiàn)場循環(huán)水管道布置問題,造成8號低加所處的凝汽器背壓較高,不利于8號低加的抽汽,反而促進(jìn)7號低加抽汽順暢,造成7段抽汽對8段抽汽排擠,導(dǎo)致排入凝汽器的冷源損失增加,機(jī)組效率降低。同時(shí),由于流經(jīng)汽輪機(jī)末幾級葉片的蒸汽流量增大且濕度增加,造成末幾級葉片侵蝕、過負(fù)荷,甚至引起機(jī)組振動,危及機(jī)組的安全。
根據(jù)熱力計(jì)算特性,THA工況(即額定出力工況)下低加及疏水冷卻器運(yùn)行參數(shù)如表2所示。
DCS顯示在負(fù)荷513 MW、真空94.6 kPa情況下,7,8號低加溫升分別為25 ℃和1.4 ℃,7號低加溫升偏高,8號低加幾乎沒有溫升。由于8號低加不抽汽,需增大7號低加抽汽量加以彌補(bǔ)。
本試驗(yàn)使用德國生產(chǎn)的PhoeniXL 300型氦質(zhì)譜檢漏儀,對真空狀態(tài)下的設(shè)備和系統(tǒng)(閥門、法蘭、焊縫等)進(jìn)行逐一檢查,確定了漏點(diǎn)的具體位置及漏率大小。本次檢測發(fā)現(xiàn)的主要漏點(diǎn)如3表所示。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:8號低加疏水管道與其筒體結(jié)合部位漏率較大,檢修人員打開保溫層發(fā)現(xiàn)8號低加疏水管道根部裂紋已達(dá)管徑的1/3。8號低加疏水管道與低加筒體結(jié)合部位焊縫開裂,是造成機(jī)組真空嚴(yán)密性變差的主要原因。
電廠檢修人員對8號低加疏水管道漏點(diǎn)進(jìn)行簡單處理后,通過機(jī)組嚴(yán)密性試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)A凝汽器殼體真空嚴(yán)密性為0.15 kPa/min、B凝汽器殼體真空嚴(yán)密性為0.266 kPa/min,達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn);同時(shí)8號低加溫升16 ℃,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
(1)7號低加疏水沒經(jīng)冷卻后沖破U型彎管水封與8號低加疏水混合、汽化,形成兩相流動,對8號低加及其疏水管道產(chǎn)生沖擊,造成振動,以致疏水管道焊口產(chǎn)生裂紋。
表2 THA工況下低加及疏水冷卻器運(yùn)行參數(shù)表
(2)8號低加疏水接管裂紋超過其管徑的1/3,空氣大量漏入,低加內(nèi)部未凝結(jié)氣體的壓力升高,8段抽汽管道壓降減小。8號低加抽氣量大幅減少,甚至不抽汽,這是8號低加未溫升的主要原因。
(3)抽空氣系統(tǒng)存在問題。3臺并聯(lián)的真空泵通過1根母管同時(shí)對2個(gè)凝汽器殼體抽空氣,而未對高背壓凝汽器進(jìn)行限制(如加節(jié)流孔或節(jié)流抽空氣門),低背壓凝汽器端差明顯比高背壓高,且2臺凝汽器殼體壓力差小于設(shè)計(jì)的1.2 kPa,低背壓凝汽器抽空氣不暢,存在氣塞。
表3 漏點(diǎn)部位及漏率情況
本次機(jī)組真空系統(tǒng)異常主要是由7,8號低加的異常運(yùn)行造成的,結(jié)合本機(jī)組的特點(diǎn),需要進(jìn)一步做優(yōu)化處理。
(1)加強(qiáng)加熱器的運(yùn)行管理與維護(hù),嚴(yán)密監(jiān)視加熱器水位、溫升及端差,分析加熱器運(yùn)行情況,及時(shí)采取糾正措施。
(2)進(jìn)一步優(yōu)化處理7,8號低加疏水系統(tǒng),重新校核7號低加U型水封高度,保證低加水位在正常范圍內(nèi)。杜絕低水位或無水位運(yùn)行,避免加熱器疏水管道內(nèi)形成汽、液兩相流動,引起管道振動和對下一級加熱器的沖擊。注意疏水系統(tǒng)單級水封筒的運(yùn)行情況,保證水封良好,管道無沖擊。
(3)循環(huán)水系統(tǒng)需按原設(shè)計(jì)走向布置,確保凝汽器的凝結(jié)水回?zé)嵯到y(tǒng)發(fā)揮應(yīng)有的回?zé)?、除氧作用,提高機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)性。
(4)保證真空泵的嚴(yán)密性,保證泵軸端密封良好,減少真空泵的泄漏。檢查泵入口氣動門、逆止門是否關(guān)閉嚴(yán)密,減少真空泵的損耗。
(5)真空泵布置可改為分列、并聯(lián)雙回路,每臺真空泵對應(yīng)1個(gè)凝汽器殼體,第3臺真空泵作為另2臺真空泵的備用泵與另2臺泵互為聯(lián)通,由2個(gè)聯(lián)絡(luò)門控制。正常運(yùn)行時(shí),2臺真空泵分別對凝汽器A,B殼體抽真空,另1臺泵備用;當(dāng)其中1臺泵故障時(shí),聯(lián)啟備用泵,同時(shí)聯(lián)開聯(lián)絡(luò)門。
1 肖增弘,盛 偉.汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社,2008.
2 葉 濤.熱力發(fā)電廠[M].北京:中國電力出版社,2012.
3 DL/T932—2005凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則[S].
4 岳建華.電力節(jié)能檢測試驗(yàn)[M].北京:中國電力出版社,2007.
5 李 青,公維平.火力發(fā)電廠節(jié)能和指標(biāo)管理技術(shù)(第2版)[M].北京:中國電力出版社,2009.