薛利峰 姚潤賢 左一

摘要：在汽輪機運行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)汽缸溫差較大、中壓調(diào)門擴散器有裂紋、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速失控以及閥體產(chǎn)生裂紋等故障?，F(xiàn)通過分析汽輪機疏水系統(tǒng)的設(shè)計要求，研究其常見故障產(chǎn)生的原因，提出了相應(yīng)對策，旨在進一步保障汽輪機設(shè)備的安全運行。

關(guān)鍵詞：汽輪機;疏水系統(tǒng);常見故障;對策

0 引言

在汽輪機系統(tǒng)設(shè)計中，疏水系統(tǒng)是其重要的組成部分，通過設(shè)置疏水管可以在汽輪機的啟停、負(fù)荷變動和運行過程中，有效控制疏水閥，將汽輪機內(nèi)部積水排出，避免汽輪機設(shè)備和相關(guān)管道等出現(xiàn)冷蒸汽回流問題，造成設(shè)備損傷。因此，相關(guān)人員在對汽輪機設(shè)備進行管理時，需要掌握疏水系統(tǒng)的常見故障，并采取有效對策，保證汽輪機的安全、穩(wěn)定運行。

1 汽輪機疏水系統(tǒng)的設(shè)計要求

通常情況下，汽輪機疏水系統(tǒng)設(shè)計要遵循一定的原則，即汽輪機在啟停、運行以及變負(fù)荷運行、故障、熱備用等狀態(tài)下，可以及時地將設(shè)備內(nèi)部和管道內(nèi)存在的積水有效排出，從而在很大程度上避免出現(xiàn)進水和冷蒸汽回流等情況。實際上，汽輪機內(nèi)部出現(xiàn)積水是因為其在冷態(tài)下啟動，內(nèi)部蒸汽冷凝產(chǎn)生積水。管道中出現(xiàn)積水是由于汽輪機跳閘使積水汽化[1]?；诖?，汽輪機疏水系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：

（1）在可能存在積水的設(shè)備和相關(guān)管道部位設(shè)計具有一定通流能力的疏水管閥。

（2）在適當(dāng)?shù)脑O(shè)備及管道部位安裝監(jiān)測和控制積水、進水和冷蒸汽回流的儀器。

（3）合理設(shè)計聯(lián)鎖保護邏輯控制程序，實現(xiàn)疏水閥的自動開關(guān)控制，避免出現(xiàn)積水、進水及冷蒸汽回流等情況。

（4）在確保汽輪機安全穩(wěn)定運行的前提下，盡量減少運行成本。

2 汽輪機疏水系統(tǒng)的常見故障

2.1? ? 冷蒸汽回流造成汽缸溫差大

汽輪機疏水系統(tǒng)的常見故障是汽缸的上下溫差較大，是由冷蒸汽回流導(dǎo)致的一種常見故障。一般汽輪機在空轉(zhuǎn)或停機后，中壓缸的上下溫差在50～60 ℃，最大不會超過86 ℃，在汽輪機首次啟停時，高壓缸內(nèi)的上下溫差可以達到110 ℃左右，而在高壓外缸和中壓缸內(nèi)，其上下溫差可以高達150 ℃。這種情況已經(jīng)嚴(yán)重超出了汽輪機的運行標(biāo)準(zhǔn)，會導(dǎo)致汽輪機出現(xiàn)運行故障[2]。

2.2? ? 疏水回流造成中壓調(diào)門擴散器出現(xiàn)裂紋

中壓調(diào)門擴散器在底部疏水位置，經(jīng)常會出現(xiàn)一些縱向裂紋，很容易形成熱蒸汽泄漏進中壓內(nèi)外缸的夾層中，對機組運行經(jīng)濟性和安全性產(chǎn)生巨大影響。比較常見的故障現(xiàn)象是汽輪機運行負(fù)荷在20%以下時，此時高壓缸內(nèi)的壓力相對較高，在排放疏水時會促使疏水集管內(nèi)的壓力快速升高，而一旦中壓缸與低壓缸的凝汽器相通，就會導(dǎo)致壓力下降到真空狀態(tài)。中壓調(diào)門后的疏水閥如果被打開，疏水管中的壓力升高，導(dǎo)致管道內(nèi)的凝結(jié)水倒流，可能會引起部分底部材料的溫度發(fā)生驟變，在相對較高的溫度應(yīng)力影響下，中壓調(diào)門擴散器就會產(chǎn)生裂紋[3]。

2.3? ? 抽汽管道積水導(dǎo)致轉(zhuǎn)速失控

汽輪機疏水系統(tǒng)在運行過程中，比較容易出現(xiàn)抽汽管道內(nèi)積水現(xiàn)象，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速失控，甚至可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的葉片損傷等。這是因為抽汽管道內(nèi)在汽輪機組跳閘后發(fā)生飽和水汽化現(xiàn)象，并回流到了汽缸中，在一定程度上會對轉(zhuǎn)子的葉片產(chǎn)生較大的沖擊力，嚴(yán)重時可能會造成轉(zhuǎn)子葉片脫落。另外，當(dāng)汽輪機運行負(fù)荷達到25%以上時，根據(jù)邏輯控制會將抽汽逆止閥前的疏水閥自動關(guān)閉，如果回?zé)岢槠到y(tǒng)沒有投入運行，此時抽汽逆止閥處于關(guān)閉狀態(tài)，可能會導(dǎo)致蒸汽管道中出現(xiàn)大量積水，在此基礎(chǔ)上，機組跳閘后飽和水汽化并回流到汽輪機設(shè)備內(nèi)部，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速失控。

2.4? ? 疏水管合并導(dǎo)致閥體出現(xiàn)裂紋

在對汽輪機疏水系統(tǒng)進行管理和檢查時，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)在其兩側(cè)調(diào)門處的閥座疏水口周圍均出現(xiàn)了一定的裂紋，部分裂紋已經(jīng)擴展延伸到了閥座的密封面，對疏水系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大影響。這種問題大多是疏水管合并造成的，在汽輪機組正常運行狀態(tài)下，旁路閥和疏水閥均會出現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)。同時，在疏水管自身的散熱作用下，疏水管內(nèi)部蒸汽就會形成少量的凝結(jié)水，經(jīng)過調(diào)門濾網(wǎng)的壓差作用后，其會在調(diào)門閥座前的疏水口溢出。此時凝結(jié)水會因高溫而被快速蒸干，時間長后就會導(dǎo)致附近的金屬受到溫度交變的影響而出現(xiàn)龜狀裂紋[4]。

3 汽輪機疏水系統(tǒng)故障的對策研究

3.1? ? 對冷蒸汽及積水進行回流監(jiān)控

針對當(dāng)前汽輪機疏水系統(tǒng)存在的故障，發(fā)現(xiàn)其主要原因是冷蒸汽和積水回流。因此，首先要對汽輪機設(shè)備及相關(guān)管道內(nèi)的冷蒸汽和積水進行回流監(jiān)控。其中，對冷蒸汽的監(jiān)測可根據(jù)疏水閥的開啟狀態(tài)、疏水管的進出口壓力、溫度變化等進行判斷。如果在檢查中發(fā)現(xiàn)疏水管出現(xiàn)壓力倒掛現(xiàn)象，有可能會發(fā)生蒸汽回流。如果疏水閥處于關(guān)閉狀態(tài)，則不會出現(xiàn)冷蒸汽回流問題。一旦冷蒸汽回流會導(dǎo)致相應(yīng)部位的溫度明顯下降，相關(guān)人員可以通過監(jiān)控上下對稱部位的溫度來監(jiān)控冷蒸汽是否回流[5]。對于汽輪機管道積水的監(jiān)測，在相應(yīng)管道的最低點設(shè)置疏水罐等設(shè)備，借助液位開關(guān)進行控制。另外，可以在管道的頂端和低端位置安裝溫度傳感器，根據(jù)實時溫度變化監(jiān)控積水的回流狀態(tài)。

3.2? ? 疏水閥自動化控制

汽輪機在啟停過程中，對疏水閥的控制是按照機組負(fù)荷進行的，當(dāng)機組負(fù)荷小于20%時，疏水閥會自動打開，并根據(jù)疏水罐的液位以及管道的上下溫差等進行控制。當(dāng)汽輪機組處于冷態(tài)被啟動時，由于金屬溫度較低，蒸汽在冷卻后會產(chǎn)生大量的凝結(jié)水，此時需要疏水。汽輪機組在熱態(tài)下啟?；蛱l時，汽缸、汽門的金屬溫度會逐漸升高，此時汽輪機的本體設(shè)備與凝汽器相通后，就會處于一種相對真空的狀態(tài)，并不會在內(nèi)部生成凝結(jié)水，但會對疏水集管、疏水?dāng)U容器等產(chǎn)生較大的壓力，在很大概率上會促使冷蒸汽回流到汽輪機內(nèi)。因此，要保障疏水閥在汽輪機冷態(tài)啟動的情況下，按照實際負(fù)荷進行控制，在內(nèi)部不存在積水的狀態(tài)下保持關(guān)閉狀態(tài)，避免出現(xiàn)冷蒸汽和積水回流現(xiàn)象。

3.3? ? 控制抽汽管道的疏水和蒸汽回流

在汽輪機啟停和運行過程中，抽汽管道中如果存在積水，會在機組跳閘時出現(xiàn)汽化水回流到設(shè)備中，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速失控?；诖?，必須要將抽汽管道中的內(nèi)部積水排出，可以在隔離閥前和管道的低點位置上安裝疏水管，或者可以借助疏水管的液位開關(guān)、管道的頂部和底部的溫度監(jiān)控等判斷管道內(nèi)是否存在積水，同時能夠聯(lián)鎖控制疏水閥，保障內(nèi)部積水能夠徹底排空。

3.4? ? 優(yōu)化汽輪機的疏水管合并

在汽輪機疏水管合并過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)管道泄漏等問題，往往是由于疏水閥有質(zhì)量缺陷、管道施工質(zhì)量不佳等，也不利于疏水系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。因此，要對汽輪機的疏水管合并進行優(yōu)化，對同一機組的同類疏水管在不同工況下保持相同，且疏水口的標(biāo)高也要保持一致。在優(yōu)化疏水管合并時，要將不同疏水接入同一個疏水集管中，保障其壓力等級完全相等，并要綜合考慮疏水閥開啟和關(guān)閉時，各個疏水口的壓力一致，避免管道內(nèi)凝結(jié)水竄流，以降低沖擊力，防止管道泄漏。

4 結(jié)語

綜上所述，汽輪機疏水系統(tǒng)的常見故障包括冷蒸汽回流造成汽缸溫差大、疏水回流造成中壓調(diào)門擴散器出現(xiàn)裂紋、抽汽管道積水導(dǎo)致轉(zhuǎn)速失控、疏水管合并導(dǎo)致閥體出現(xiàn)裂紋等，相關(guān)人員可采取對冷蒸汽以及積水進行回流監(jiān)控、疏水閥自動化控制、控制抽汽管道的疏水和蒸汽回流以及優(yōu)化汽輪機的疏水管合并等對策，充分保障汽輪機疏水系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行。

[參考文獻]

[1] 賀之豪.數(shù)據(jù)驅(qū)動的汽輪機組性能診斷研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2019.

[2] 管燕純.熱力系統(tǒng)疏水匯集的優(yōu)化與效益[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（1）：192-193.

[3] 石崇.汽輪機疏水系統(tǒng)故障問題及對策研究[J].信息記錄材料，2018，19（11）：197-198.

[4] 付海.汽輪機疏水系統(tǒng)問題分析及對策[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2018，8（2）：86-87.

[5] 蔣杰，王奉巖，劉世強，等.300 MW汽輪機軸封及疏水系統(tǒng)異常引起真空嚴(yán)密性差研究[J].機械工程師，2018（6）：99-100.

收稿日期：2020-07-06

作者簡介：薛利峰（1987—），男，山西臨縣人，工程師，研究方向：汽輪機設(shè)計。