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        淺析大型超超臨界機(jī)組低加疏水問題

        2021-06-29 07:48:50蘇文杰
        科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊 2021年16期
        關(guān)鍵詞:凝汽器振動(dòng)系統(tǒng)

        蘇文杰

        (中國(guó)電建集團(tuán)河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,河南 鄭州 450000)

        對(duì)于超臨界或超超臨界火力發(fā)電機(jī)組低壓加熱器疏水系統(tǒng),特別是末級(jí)和次末級(jí)疏水,由于其抽汽壓力低,且末級(jí)和次末級(jí)的抽汽壓差不大,其對(duì)應(yīng)的低加疏水管道合并后疏至疏水冷卻器,運(yùn)行參數(shù)高低變化對(duì)疏水狀態(tài)影響大,同時(shí),疏水管道線路若較長(zhǎng)、轉(zhuǎn)彎過多、疏水匯合點(diǎn)位置選擇不合理,容易出現(xiàn)汽液兩相流,造成疏水管道振動(dòng)、疏水不暢等問題,不但降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性,還影響機(jī)組的安全性,甚至對(duì)設(shè)備造成損壞引起事故。

        1.低壓加熱器疏水系統(tǒng)概述

        目前大容量燃煤發(fā)電機(jī)組加熱器多采用臥式,布置于除氧間,加熱器疏水系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)采用逐級(jí)串聯(lián)疏水方式,即從較高壓力的加熱器疏水至較低壓力的加熱器。各臺(tái)加熱器的緊急疏水管道在緊急疏水閥之后也不再合并成一根管道,而是各自引至凝汽器背包式疏水?dāng)U容器?,F(xiàn)通常1000MW高效超超臨界機(jī)組5、6號(hào)低加疏水逐級(jí)自流至7號(hào)低加,7號(hào)低加疏水經(jīng)2×100%容量的低加疏水泵(帶一拖二變頻裝置)升壓后送至7號(hào)低加凝結(jié)水出口管道;8號(hào)、9號(hào)低加通常布置于凝汽器喉部,疏水各自引出后合并為一根母管,然后分成兩路:一路正常運(yùn)行時(shí)疏水進(jìn)入疏水冷卻器,然后經(jīng)疏水冷卻器冷卻后通過疏水立管自流至凝汽器;一路危急工況時(shí)疏水直接疏至凝汽器。每臺(tái)低壓加熱器(8號(hào)、9號(hào)低加除外)均設(shè)有單獨(dú)的事故疏水接口,其疏水管道單獨(dú)接至凝汽器疏水?dāng)U容器。

        每臺(tái)加熱器的疏水管路上均設(shè)有疏水調(diào)節(jié)閥,用于控制加熱器正常水位。危急疏水管道上均設(shè)有低負(fù)荷/事故疏水調(diào)節(jié)閥,低負(fù)荷時(shí),用于調(diào)節(jié)低加水位,事故時(shí)能快速打開將疏水排至凝汽器。疏水調(diào)節(jié)閥布置位置盡量靠近下一級(jí)接收疏水的加熱器或疏水?dāng)U容器,以減少兩相流動(dòng)的管道長(zhǎng)度,避免引起疏水管道的振動(dòng)。

        2.低壓加熱器疏水系統(tǒng)常見問題

        低壓加熱器疏水一般為飽和水或過冷水(過冷度一般不大),如果低加疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理,或管道布置不合理,疏水閥門位置距離下一級(jí)設(shè)備入口較遠(yuǎn),末兩級(jí)低加疏水管道匯合點(diǎn)位置選擇不合理等原因,易造成低加疏水管道振動(dòng)、疏水不暢、低加水位難以控制等問題。大型火電機(jī)組末兩級(jí)低加一般布置在凝汽器喉部,且其抽汽管道上未配置逆止閥和截止閥,當(dāng)?shù)图痈咚粫r(shí),危急疏水閥一旦動(dòng)作出現(xiàn)卡澀或故障,容易造成低壓缸進(jìn)水;當(dāng)機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)時(shí),對(duì)管道中疏水流動(dòng)狀態(tài)影響很大,可能產(chǎn)生汽液兩相流,造成管道振動(dòng)、沖刷、疏水不暢,降低機(jī)組安全性。低加危急疏水閥開啟,疏水未經(jīng)下一級(jí)冷卻器冷卻直接排入凝汽器,造成額外的冷源損失,增加凝汽器的熱負(fù)荷,同時(shí)也會(huì)增大下一級(jí)抽汽量來加熱凝結(jié)水,抽汽量的增加減少了做功量,造成機(jī)組熱耗增加,降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

        3.低壓加熱器疏水系統(tǒng)問題分析

        3.1 疏水管道振動(dòng)原因分析

        發(fā)電廠疏水管道振動(dòng)的原因復(fù)雜,從運(yùn)行、設(shè)計(jì)和安裝等方面考慮,分析其振動(dòng)原因可能有機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)時(shí),管道疏水可能產(chǎn)生汽液兩相流,造成管道通流能力減弱、沖刷,引起管道振動(dòng),同時(shí)造成疏水不暢。疏水管道施工安裝不規(guī)范,如彈簧支吊架調(diào)整方法不科學(xué),銷子拆除方法不規(guī)范,造成管道系統(tǒng)安裝工藝達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而引起管道振動(dòng)。 末兩級(jí)低加疏水管道疏水匯合點(diǎn)位置選擇不合理,造成疏水匯合點(diǎn)附近有汽液兩相流,引起管道振動(dòng),同時(shí)造成疏水不暢。疏水管道上閥門的設(shè)置位置距離凝汽器或下一級(jí)加熱器較遠(yuǎn),疏水閥后管道距離較長(zhǎng),在疏水閥后易產(chǎn)生汽液兩相流,引起管道振動(dòng)。低加管束泄漏、破管,疏水流量增大,引起管道振動(dòng)。 疏水閥門卡澀,引起閥后管道內(nèi)汽液兩相流動(dòng)產(chǎn)生汽蝕和沖擊,引起管道振動(dòng)。

        3.2 疏水不暢原因分析

        疏水管道系統(tǒng)真空嚴(yán)密性不好,可能空氣漏入使疏水存在氣堵,造成疏水不暢。調(diào)節(jié)閥特性不良或通流能力不足,出現(xiàn)汽液兩相流時(shí)基本失去調(diào)節(jié)功能,造成疏水不暢。 因低加抽汽壓力小,造成低加疏水壓差小,且隨著負(fù)荷的降低壓差更小,壓頭不足,極易造成疏水不暢。疏水管路布置不合理造成疏水流動(dòng)阻力大,或閥門布置位置距離凝汽器或下一級(jí)加熱器較遠(yuǎn),疏水閥后管道距離較長(zhǎng),在疏水閥后易產(chǎn)生汽液兩相流,引起疏水不暢。

        4.低壓加熱器疏水系統(tǒng)問題治理措施

        針對(duì)某1000MW大型超超臨界機(jī)組低加疏水系統(tǒng)中出現(xiàn)的疏水不暢、管道振動(dòng)、沖刷等問題進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),具體治理措施可歸納為以下幾種方法。

        4.1 疏水管道和閥門改進(jìn)措施

        疏水管道改進(jìn)的方法首先是降低從管道始端至終端的流動(dòng)總阻力,同時(shí)在管路布置上盡量降低負(fù)高差或不出現(xiàn)負(fù)高差,并保證疏水壓力始終大于疏水溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力并有一定的余量不引起疏水在管道中汽化,否則會(huì)產(chǎn)生汽液兩相流,引起管道通流阻塞、疏水不暢。另外,疏水閥后管道易汽蝕沖刷破損,可選用耐磨材質(zhì),如選用12Cr1MoVG管材,同時(shí)閥后管徑設(shè)計(jì)時(shí)增大1~2級(jí)。對(duì)于疏水管道上閥門閥芯通流能力不足,可以通過改造增大閥籠通流面積,緩解低加疏水不暢;或者采用阻力系數(shù)小的閥門,并把閥門布置在靠近下一級(jí)加熱器的位置,盡量減小閥后管道的長(zhǎng)度。另外,疏水管路布置盡量簡(jiǎn)化,距離短,少轉(zhuǎn)彎,避免出現(xiàn)U型彎或倒U型彎布置結(jié)構(gòu)。

        4.2 低加疏水系統(tǒng)改進(jìn)措施

        低加疏水系統(tǒng)在采用逐級(jí)自流傳統(tǒng)方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,正常疏水時(shí),由傳統(tǒng)逐級(jí)自流進(jìn)入凝汽器,優(yōu)化為5#低加疏水,自流經(jīng)6#低加進(jìn)入7#低加,7#低加疏水通過2×100%容量的低加疏水泵(帶一拖二變頻裝置)升壓后送至7號(hào)低加凝結(jié)水出口管道。

        每臺(tái)低加(8號(hào)、9號(hào)低加除外)均設(shè)有單獨(dú)的事故疏水接口,其疏水管道單獨(dú)接至凝汽器疏水?dāng)U容器。8號(hào)、9號(hào)低加疏水匯合后共用一路事故疏水至凝汽器。

        圖1 改造前 低加疏水系統(tǒng)

        圖2 改造后 低加疏水系統(tǒng)

        8#低加疏水管道設(shè)置U型水封的高度要能使得在各種工況下U型水封內(nèi)保持合理水位高度,使得8#低加疏水不阻塞影響9#低加正常疏水。8號(hào)、9號(hào)低壓加熱器通常布置于凝汽器喉部,疏水各自引出后合并為一根母管,然后分成兩路:一路正常運(yùn)行時(shí)疏水進(jìn)入疏水冷卻器,改造前經(jīng)疏水冷卻器冷卻后通過單機(jī)水封自流至凝汽器,改造后經(jīng)疏水冷卻器冷卻后通過低加疏水立管自流至凝汽器;一路危急工況時(shí)疏水直接疏至凝汽器。

        4.3 末兩級(jí)低加疏水布置改進(jìn)措施

        圖3 改造前 末兩級(jí)低加疏水系統(tǒng)及管路

        改造前,8#低加疏水管道為了設(shè)置U型水封,在空間布置上直接由8#低加疏水接口9.45 m引管至-2.0 m,9#低加疏水接口9.45 m也引管道至-2.0 m匯合后合并成一根母管,匯合點(diǎn)距離疏水冷卻器入口距離較遠(yuǎn),約50 m,然后流至布置在0 m地面的疏水冷卻器,經(jīng)冷卻后疏至單級(jí)水封,疏水冷卻器至單級(jí)水封的管道最高點(diǎn)為6.5 m。機(jī)組運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)8#、9#低加疏水不暢,低加水位高,需打開危急疏水管路才能保持低加水位在合理范圍。

        圖4 改造后 末兩級(jí)低加疏水系統(tǒng)及管路

        經(jīng)過分析優(yōu)化后,對(duì)8#和9#低加疏水管道進(jìn)行改造,改造后8#、9#低加疏水管道單獨(dú)引至疏水冷卻器附近再匯合,匯合點(diǎn)標(biāo)高為0.8364米,匯合點(diǎn)距離疏水冷卻器入口僅2.5米左右。疏水經(jīng)過疏水冷卻器冷卻后流至低加疏水立管,低加疏水立管入口標(biāo)高定在8.50米,低加疏水立管上部設(shè)置排汽管(管徑為?168mm)與凝汽器上部汽側(cè)相連,下部管道(管徑為?273mm)與凝汽器熱井相連。改造后,末兩級(jí)低加疏水效果很好,問題得到完善解決。

        4.4 管道振動(dòng)改進(jìn)措施

        低加疏水管道振動(dòng)原因可以從安裝、運(yùn)行、設(shè)計(jì)等方面去排查。如果管道振動(dòng)時(shí)其附近的吊架也振動(dòng),甚至吊架振幅比管道振幅還大,可以通過調(diào)整支吊架松緊度來抑制管道的振動(dòng),有的情況甚至可以通過調(diào)整達(dá)到消除管道振動(dòng)的目的。運(yùn)行中可能出現(xiàn)低加設(shè)備爆管、破損等情況,使得輸水量急劇增加引起管道振動(dòng),此時(shí)可在管路轉(zhuǎn)彎處附近增設(shè)限位支架,以此來消除或預(yù)防管道振動(dòng)。危急疏水閥后管道因?yàn)榻?jīng)常出現(xiàn)兩相流情況,出現(xiàn)危急疏水工況時(shí),管道振動(dòng)不可避免,在管路轉(zhuǎn)彎處附近可增設(shè)阻尼支架、限位支架來預(yù)防管道振動(dòng)。

        5.結(jié)語(yǔ)

        針對(duì)大型火力發(fā)電機(jī)組低加疏水系統(tǒng)以及低加疏水管道常見問題,在對(duì)其原因歸納分析研究的基礎(chǔ)上,總結(jié)多方面的改進(jìn)措施,并依托某1000MW大型超超臨界機(jī)組成功對(duì)其低加疏水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),且對(duì)低加疏水管道進(jìn)行了治理改造。改造后,低加疏水系統(tǒng)省去單級(jí)水封,增設(shè)低加疏水立管,并合理設(shè)定疏水進(jìn)入疏水立管入口標(biāo)高,同時(shí)優(yōu)化了末兩級(jí)低加疏水管路布置和匯合點(diǎn)位置,徹底消除了低加疏水不暢、管道振動(dòng)等問題,取得了很好的成效,提高了機(jī)組的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。

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