李永飛，卞 靜

(國(guó)家電投河南電力有限公司開封發(fā)電分公司，河南 開封 475002)

某電廠凝汽器真空低事件的分析及預(yù)控措施

李永飛，卞 靜

(國(guó)家電投河南電力有限公司開封發(fā)電分公司，河南 開封 475002)

通過對(duì)水環(huán)真空泵結(jié)構(gòu)、工作原理的剖析，分析了凝汽器真空低對(duì)機(jī)組的影響，并針對(duì)某電廠發(fā)生的真空低事件，描述了事件發(fā)生的過程及其原因，并制定了相應(yīng)的預(yù)控措施，以確保機(jī)組的安全運(yùn)行。

水環(huán)真空泵；凝汽器；分離器；預(yù)防措施

0 引言

某電廠2×600 MW機(jī)組，凝汽器由東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，型號(hào)為N-36000-5，為雙背壓、單流程、雙殼體管式、橫向布置，高、低壓串聯(lián)形式的凝汽器。其設(shè)計(jì)背壓為4.3 kPa高/5.5 kPa低，平均為4.9 kPa。真空泵為鶴見真空工程(上海)有限公司生產(chǎn)的200EVMA水環(huán)式機(jī)械真空泵。在真空泵工作時(shí)，還必須配備1套相應(yīng)的真空泵組，由熱交換器、氣水分離器及其閥門管道等組成。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

1.1 凝汽器

凝汽器的主要用途是在汽輪機(jī)的排汽室建立并維持所要求的真空，以提高蒸汽的可用焓降，提高經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)使汽輪機(jī)排汽凝結(jié)成水，促進(jìn)水的循環(huán)使用。此外，凝汽器還有除氧功能。為此，凝汽器必須配置有效的抽真空設(shè)備，抽出系統(tǒng)中的不凝結(jié)氣體，以建立和維持凝汽器的真空，另外軸封系統(tǒng)也需要抽氣，以防止空氣漏入汽缸。

凝汽器真空是機(jī)組運(yùn)行的重要指標(biāo)，能否維持合適的真空，對(duì)機(jī)組安全有很大的影響。若凝汽器真空過低，會(huì)有以下幾種危害：

(1) 排汽壓力升高，可用焓降減小；

(2) 機(jī)組出力降低，必須通過增加進(jìn)汽量來維持要求的負(fù)荷，這樣容易使調(diào)節(jié)級(jí)過負(fù)荷，機(jī)組軸向推力增加；

(3) 排汽缸及軸承座受熱膨脹，產(chǎn)生振動(dòng)；

(4) 排汽溫度過高，可能會(huì)引起凝汽器冷卻水管松弛，破壞嚴(yán)密性；

(5) 排氣的容積流量減小，對(duì)末幾級(jí)葉片工作不利，末級(jí)要產(chǎn)生脫流及旋流；

(6) 造成葉片的某一部位產(chǎn)生較大的激振力，可能損壞葉片。

某廠因冬天天氣寒冷，水環(huán)真空泵補(bǔ)水管路凍結(jié)導(dǎo)致真空泵中水位過低，使真空泵中水環(huán)的密封性能變差，出力下降；同時(shí)空氣通過真空泵倒流至凝汽器，使真空快速下降，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

1.2 水環(huán)真空泵

水環(huán)真空泵由葉輪、泵體、吸排氣盤、水環(huán)(水在泵體內(nèi)壁形成的)、吸氣口、排氣口、輔助排氣閥等組成，水環(huán)真空泵的工作原理如圖1所示。水在泵體內(nèi)不僅作為工作介質(zhì)，還起到密封的作用。泵體中葉輪被偏心安裝，當(dāng)葉輪按圖中指示的方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，水被葉輪拋向四周，在離心力的作用下，形成了1個(gè)決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉水環(huán)。水環(huán)的上部分內(nèi)表面恰好與葉輪輪轂相切，水環(huán)的下部?jī)?nèi)表面剛好與葉片頂端接觸(實(shí)際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度)。此時(shí)葉輪輪轂與水環(huán)之間形成1個(gè)月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成與葉片數(shù)目相等的若干個(gè)小腔。如果以葉輪的上部0°為起點(diǎn)，那么葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時(shí)小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時(shí)氣體被吸入。當(dāng)結(jié)束吸氣時(shí)，小腔則與吸氣口隔絕；當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，小腔由大變小，氣體被壓縮；當(dāng)小腔與排氣口相通時(shí)，氣體便被排出泵外。

圖1 水環(huán)真空泵工作原理

水是真空泵中的重要工質(zhì)，水量多少對(duì)真空泵的運(yùn)行有一定的影響。真空泵分離器處有溢流口防止真空泵中的水位過高，運(yùn)行中要注意真空泵的水位，防止補(bǔ)水不及時(shí)導(dǎo)致水位過低。

2 事件經(jīng)過

2016-01-24T08:35，巡檢人員就地檢查，發(fā)現(xiàn)2C真空泵汽水分離器水位過低，檢查確認(rèn)為無鹽水至真空泵補(bǔ)水管道凍結(jié)。聯(lián)系設(shè)備維護(hù)部對(duì)2C真空泵補(bǔ)水管道進(jìn)行解凍，停運(yùn)2C真空泵并啟動(dòng)2A真空泵并入系統(tǒng)運(yùn)行。在管道解凍期間，2C真空泵一直處于不備用狀態(tài)。

13:07，2號(hào)機(jī)組負(fù)荷600 MW，A，B凝汽器真空97.99 kPa/98.29 kPa，2A真空泵對(duì)應(yīng)A凝汽器運(yùn)行，2B真空泵對(duì)應(yīng)B凝汽器運(yùn)行。

13:08，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)真空開始下降，2A真空泵電流由194 A逐漸下降至136 A，2B真空泵電流由202 A逐漸上升至240 A。

13:10，開始手動(dòng)減負(fù)荷。

13:15:04，A凝汽器真空小于80.3 kPa，A凝汽器真空低2、真空低1 2個(gè)報(bào)警發(fā)出。

13:15：40，B凝汽器真空小于80.3 kPa，B凝汽器真空低1、真空低2、真空低3 3個(gè)報(bào)警發(fā)出。

13:17:20，A凝汽器真空最低降至75.823 kPa。

13:17:30，B凝汽器真空最低降至77.262 kPa，2號(hào)機(jī)組負(fù)荷548 MW。運(yùn)行人員就地檢查，判斷2A真空泵分離器水位低且水位計(jì)凍結(jié)，分析為補(bǔ)水管路凍結(jié)，立即聯(lián)系集控室在DCS上關(guān)閉2A真空泵進(jìn)口氣控門，A，B凝汽器真空隨即回升。

13:31，A，B凝汽器真空恢復(fù)正常，停運(yùn)2A真空泵，負(fù)荷恢復(fù)至600 MW。

14：00，開啟2號(hào)機(jī)凝結(jié)水至真空泵補(bǔ)水總門，關(guān)閉無鹽水至真空泵補(bǔ)水總門，2C真空泵分離器補(bǔ)水管路疏通后水位補(bǔ)至正常，啟動(dòng)2C真空泵運(yùn)行15 min，正常運(yùn)行后停運(yùn)。

全面檢查機(jī)組各設(shè)備運(yùn)行情況，確認(rèn)軸向位移、推力瓦溫度、機(jī)組振動(dòng)等參數(shù)都在正常范圍內(nèi)，主輔機(jī)設(shè)備及真空泵恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 原因分析

(1) 真空泵組靠近機(jī)房大門處，大門為折疊式門，不能嚴(yán)密關(guān)閉。在極寒天氣下，大量冷氣會(huì)通過門縫漏入，導(dǎo)致無鹽水至真空泵補(bǔ)水管路凍結(jié)，致使C，A真空泵內(nèi)缺水，且A真空泵就地水位計(jì)上凍，增加了判斷難度。

(2) 運(yùn)行及維護(hù)人員都沒有重視真空泵補(bǔ)水管路凍結(jié)這一安全隱患。維護(hù)人員用熱水澆化2C真空泵補(bǔ)水管路后，打開2C泵補(bǔ)水濾網(wǎng)時(shí)仍無水流出，判斷仍然有凍結(jié)管路未解開，但未進(jìn)一步采取有效的解凍、防凍措施，以致2A真空泵分離器補(bǔ)水管路又凍結(jié)。

(3) 真空泵組系統(tǒng)如圖2所示，由于2C，2A真空泵補(bǔ)水管路相繼凍結(jié)，造成分離器水位低，真空泵抽吸能力逐步下降并失效。由于真空泵內(nèi)原水環(huán)丟失，起不到密封的作用，真空泵進(jìn)口閥無聯(lián)關(guān)條件，且2C，2A真空泵分離器排氣逆止閥不回座或不嚴(yán)密，使空氣沿分離器出口逆止門倒流進(jìn)入分離器，經(jīng)真空泵泵體回流至凝汽器，導(dǎo)致真空下降較快。這是造成本次凝汽器真空低的直接原因。

4 采取措施

圖2 真空泵組系統(tǒng)

(1) 真空泵有2路水源：一路無鹽水，另一路凝結(jié)水。凝結(jié)水雖然水溫較高，約20 ℃，但壓力也較高，易損壞分離器浮子，所以凝結(jié)水只是作為備用補(bǔ)水方式，自機(jī)組投產(chǎn)以來一直未被使用。14:00后，采取凝結(jié)水向真空泵補(bǔ)水、節(jié)流凝結(jié)水至真空泵補(bǔ)水手動(dòng)門的方式，這樣既能滿足補(bǔ)水需要，又能利用較高的凝結(jié)水溫防止管路凍結(jié)。

(2) 全面復(fù)查機(jī)房的防凍措施，并封堵機(jī)房東大門的縫隙，減少冷空氣的侵入；同時(shí)加強(qiáng)廠區(qū)采暖系統(tǒng)的檢查，確保重要設(shè)備區(qū)域能正常供暖。

(3) 補(bǔ)充真空泵電流不正常報(bào)警信號(hào)，引入到DCS畫面，便于運(yùn)行人員迅速判斷和處理真空泵異常。當(dāng)真空泵電流變化超過正常運(yùn)行電流的10 %時(shí)，發(fā)出報(bào)警。針對(duì)2號(hào)機(jī)組低真空?qǐng)?bào)警沒有分級(jí)且與跳機(jī)值比較接近的問題(報(bào)警值為80.3 kPa，跳機(jī)值為74.7 kPa)，組織進(jìn)行報(bào)警優(yōu)化工作，對(duì)能夠引發(fā)停機(jī)停爐的各模擬量進(jìn)行保護(hù)，均改為1級(jí)報(bào)警、2級(jí)報(bào)警，以保證充足的報(bào)警提前量，便于運(yùn)行人員對(duì)事故進(jìn)行判斷和處理。凝汽器真空開關(guān)量由原來的小于80.3 kPa報(bào)警，改為小于85.0 kPa報(bào)警，增加了凝汽器真空模擬量小于87.0 kPa報(bào)警。

(4) 2C，2A真空泵分離器出口逆止門未自動(dòng)回座，應(yīng)檢查處理，并利用停機(jī)機(jī)會(huì)進(jìn)行定期維護(hù)檢查。由于分離器出口處水汽較多，逆止門容易生銹卡澀，建議每周增加1次逆止門定期活動(dòng)試驗(yàn)工作，確保逆止門正常動(dòng)作。

5 結(jié)束語

凝汽器真空是機(jī)組運(yùn)行的重要參數(shù)，真空降低對(duì)機(jī)組的危害極大，因此在運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視真空變化，發(fā)現(xiàn)真空異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取措施，控制好真空變化，確保機(jī)組的安全運(yùn)行。

1 沈士一，康 松．汽輪機(jī)原理[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2007.

2 馬巖昕．300 MW機(jī)組運(yùn)行中真空低的原因分析及采取的措施[J].電力安全技術(shù)，2012，14(6)：15-17.

2016-10-29。

李永飛(1985—)，男，助理工程師，主要從事火電廠集控運(yùn)行工作，email：liyongfei7311@163.com。

卞 靜(1984—)，女，助理工程師，主要從事火電廠集控運(yùn)行工作。