華電朔州熱電廠 管海坡

華電朔州熱電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、直接空冷、單軸（采暖抽汽）、雙缸雙排汽式汽輪機(jī)。機(jī)組采用高、低壓二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)。其中高壓旁路容量為40%BMCR，低旁總?cè)萘繛?0%BMCR+高旁噴水量。旁路容量不僅能滿(mǎn)足機(jī)組啟動(dòng)和甩負(fù)荷的要求，還能滿(mǎn)足空冷器冬季啟動(dòng)及低負(fù)荷時(shí)的防凍要求。

1 設(shè)備與系統(tǒng)概況

高、低壓旁路系統(tǒng)母管低位處各設(shè)有一路母管疏水管路，在機(jī)組啟停過(guò)程中用于排除管道內(nèi)積水。高、低壓旁路還各設(shè)一組減溫減壓器，用于控制高低旁閥后溫度。高旁減溫水取自給水泵后出口母管，低旁減溫水取自凝結(jié)水。汽輪機(jī)高、中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)時(shí)采用該旁路運(yùn)行方式，當(dāng)鍋爐點(diǎn)火后，鍋爐主蒸汽壓力達(dá)到0.15MPa時(shí)開(kāi)啟高、低旁爐系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)整高、低壓旁路閥開(kāi)度，盡快提高主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度以滿(mǎn)足沖轉(zhuǎn)的要求。控制主汽壓力8.92MPa，控制再熱汽壓1.0MPa以?xún)?nèi)。機(jī)組并網(wǎng)后逐漸關(guān)閉高、低旁控制調(diào)閥。高旁減溫水調(diào)整門(mén)控制高旁后汽溫＜350℃，低旁減溫水調(diào)整門(mén)控制低旁后汽溫＜180℃。當(dāng)機(jī)組跳閘停機(jī)后，背壓超過(guò)55kPa時(shí)不準(zhǔn)投入低旁運(yùn)行。

鍋爐為上海鍋爐廠制造的350MW超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，循環(huán)流化床燃燒方式，一次中間再熱、平衡通風(fēng)、全鋼構(gòu)架結(jié)構(gòu)；過(guò)熱器采用兩級(jí)噴水調(diào)節(jié)蒸汽溫度（直流負(fù)荷后以調(diào)節(jié)煤水比來(lái)調(diào)節(jié)溫度）、再熱器采用以煙氣擋板調(diào)節(jié)蒸汽溫度為主，同時(shí)設(shè)置微量噴水和事故噴水調(diào)溫為輔的調(diào)溫方式。

2 旁路系統(tǒng)的主要功能

在機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)和故障時(shí)協(xié)調(diào)機(jī)、爐間蒸汽流量的平衡，回收剩余工質(zhì)，減少排汽產(chǎn)生的噪音。在汽輪機(jī)沖車(chē)和打閘后，汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)門(mén)主汽門(mén)全部關(guān)閉，蒸汽流量為零，而鍋爐的熱負(fù)荷卻還有存余，使得這部分蒸汽無(wú)法消耗，如果排向大氣會(huì)造成這部分工質(zhì)和熱量損失，且這部分蒸汽通過(guò)安全閥排向大氣會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音。設(shè)置高壓蒸汽旁路系統(tǒng)不僅可回收這部分蒸汽，并降低了排汽造成的環(huán)境污染。同時(shí)在機(jī)組發(fā)生故障甩負(fù)荷時(shí)，高壓蒸汽旁路系統(tǒng)可將多余蒸汽排出鍋爐，減少安全閥的動(dòng)作次數(shù)，增加安全閥的嚴(yán)密性且延長(zhǎng)使用壽命。

保護(hù)鍋爐再熱蒸汽系統(tǒng)。對(duì)于存在蒸汽進(jìn)行一、二次再熱系統(tǒng)的機(jī)組，在鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)后，由于汽輪機(jī)未沖轉(zhuǎn)，爐側(cè)再熱蒸汽管道無(wú)蒸汽流入，使得再熱蒸汽管道處于干燒狀態(tài)，當(dāng)投入高壓蒸汽旁路系統(tǒng)時(shí)，可使高溫高壓蒸汽經(jīng)過(guò)高旁減溫減壓閥進(jìn)行降溫降壓后再進(jìn)入爐側(cè)再熱蒸汽管道對(duì)其冷卻，防止了干燒和超溫現(xiàn)象發(fā)生。投入低壓蒸汽旁路，在機(jī)組解列和跳閘甩負(fù)荷時(shí)也可防止再熱蒸汽系統(tǒng)超壓。

協(xié)助控制鍋爐側(cè)蒸汽參數(shù)，使其符合汽輪機(jī)在沖車(chē)、并網(wǎng)、接帶負(fù)荷時(shí)對(duì)蒸汽溫度、壓力和流量的參數(shù)要求。汽輪機(jī)在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)條件下啟動(dòng)時(shí)，其金屬溫度是不同的，對(duì)沖轉(zhuǎn)時(shí)的主蒸汽溫度、壓力、再熱蒸汽溫度、壓力的要求也是不一樣的，要求其最少有50℃的過(guò)熱度，并保證主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度分別高于汽輪機(jī)高、中壓缸最高金屬溫度50℃。而機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中爐側(cè)蒸汽流通受限，蒸發(fā)量和蒸汽溫度無(wú)法達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)要求，所以就需通過(guò)高、低壓蒸汽旁路系統(tǒng)來(lái)增加鍋爐熱負(fù)荷，使其具有一定的蒸發(fā)量和一定品質(zhì)的蒸汽來(lái)滿(mǎn)足蒸汽參數(shù)達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)要求。且在汽輪機(jī)升速、并網(wǎng)和接帶負(fù)荷過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整旁路系統(tǒng)控制鍋爐側(cè)蒸汽參數(shù)，避免參數(shù)大幅波動(dòng)引起汽缸金屬溫度和轉(zhuǎn)子脹差的變化。

3 事故經(jīng)過(guò)

3.1 機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的管道震蕩

該公司在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程時(shí)提前將高、低壓旁管道疏水門(mén)打開(kāi)，爐側(cè)鍋爐熱負(fù)荷不斷提高，蒸汽參數(shù)的逐步提升，當(dāng)爐側(cè)主蒸汽壓力達(dá)到0.1MPa時(shí)，逐漸打開(kāi)低壓、高壓旁控制閥，投入高、低壓旁路系統(tǒng)，隨著蒸汽參數(shù)的提高，汽機(jī)側(cè)管道逐漸進(jìn)蒸汽，高旁管道及冷再管道開(kāi)始振動(dòng)，參數(shù)越高，提升越快，管道振動(dòng)越大。汽機(jī)側(cè)根據(jù)管道振動(dòng)大、小開(kāi)始逐漸開(kāi)啟和關(guān)小高、低壓旁路控制閥，當(dāng)主汽壓力升到1.0MPa時(shí)，聽(tīng)到爐側(cè)有異響，巡檢員對(duì)爐側(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)冷再管道的支吊架有變形和斷裂情況。開(kāi)始增加暖管時(shí)間和鍋爐側(cè)升溫升壓參數(shù)緩慢要求，為了保證設(shè)備安全，此次機(jī)組啟動(dòng)由于高旁及再熱器冷段管道振動(dòng)大，大大延長(zhǎng)了高旁管路暖管時(shí)間和機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，高旁暖管要40min左右、冬季時(shí)更長(zhǎng)。在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，管道振蕩使得冷再管道支吊架脫落和變形。

3.2 機(jī)組停運(yùn)時(shí)的管道震蕩

根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求對(duì)該廠機(jī)組停運(yùn)。由于運(yùn)行時(shí)#2、#4高調(diào)門(mén)故障，為了控制檢修時(shí)間，機(jī)組停運(yùn)方式采用滑參數(shù)停機(jī)。按照汽輪機(jī)維護(hù)停機(jī)曲線要求減負(fù)荷，降溫降壓。根據(jù)設(shè)計(jì)滑壓曲線設(shè)置目標(biāo)壓力，參照滑停曲線降低主、再熱蒸汽溫度，為了控制主、再熱蒸汽汽溫，投運(yùn)鍋爐側(cè)主、再熱蒸汽一、二級(jí)減溫水系統(tǒng)，根據(jù)降溫速率嚴(yán)格控制主、再熱蒸汽溫度降溫速率。當(dāng)主汽溫度降至420℃左右時(shí)機(jī)組打閘停運(yùn)，整個(gè)滑停時(shí)間將近4小時(shí)。

鍋爐停運(yùn)后，由于爐內(nèi)仍有高溫物料，為保證鍋爐冷卻及為檢修爭(zhēng)取時(shí)間，仍采取對(duì)鍋爐繼續(xù)微量補(bǔ)水的方式進(jìn)行冷卻，機(jī)組打閘后盤(pán)車(chē)都已投運(yùn)，高旁及冷再管道出現(xiàn)振蕩，在停運(yùn)電動(dòng)給水泵，鍋爐停止上水后振蕩慢慢消除。為保證鍋爐補(bǔ)水冷卻，再次啟動(dòng)電泵上水，不久高旁及再熱器管道再次振蕩，等補(bǔ)水完畢后停運(yùn)電動(dòng)給水泵，再熱器管道振動(dòng)消失。此時(shí)通過(guò)間斷的啟動(dòng)電泵給鍋爐儲(chǔ)水箱補(bǔ)水補(bǔ)至液位8m左右，來(lái)保證爐內(nèi)存水和鍋爐不干燒。

隨著現(xiàn)貨交易的開(kāi)展，新能源裝機(jī)容量的增加，使得火電機(jī)組的調(diào)峰作用尤為凸顯，機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)次數(shù)越來(lái)越多，而機(jī)組頻繁啟、停會(huì)對(duì)設(shè)備、管道損傷很大，為了保證機(jī)組運(yùn)行期間的安全性及檢修任務(wù)時(shí)間緊的現(xiàn)狀，鍋爐要進(jìn)行冷卻，而鍋爐冷卻就很容易使得管道受熱面受熱不均，熱應(yīng)力分配不均勻，使得管道焊口拉裂（存在安裝及設(shè)計(jì)因素）。為了保證機(jī)組四管的可靠運(yùn)行，該廠采取了一項(xiàng)措施就是停機(jī)后利用正常水壓試驗(yàn)檢驗(yàn)四管的可靠性，這項(xiàng)措施不能每次都檢查出問(wèn)題、但有時(shí)會(huì)檢查出多處漏點(diǎn)，大大降低了因四管泄露造成的機(jī)組非停事故發(fā)生，該公司也保持著兩年機(jī)組零非停記錄。

4 原因分析及危害

4.1 從形成原理分析

管道震蕩主要是因?yàn)樗男纬桑餐?。水塞一般發(fā)生在蒸汽管道上，蒸汽閥門(mén)關(guān)閉后，管道內(nèi)殘留的蒸汽會(huì)凝結(jié)成水，當(dāng)管道安裝不合理時(shí)凝結(jié)水在管道低點(diǎn)容易積聚無(wú)法排出，當(dāng)管道內(nèi)再次送汽時(shí)，高流速的蒸汽會(huì)推動(dòng)凝結(jié)水從而形成水塞，水塞被高速的蒸汽推動(dòng)就會(huì)發(fā)生水擊現(xiàn)象。從形成原因可看出水塞形成條件一是需管道內(nèi)積水，二是高流速蒸汽。

機(jī)組旁路或冷再管道內(nèi)積水形成原因分析：機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前高、低旁路控制閥開(kāi)度過(guò)小，沒(méi)有達(dá)到足夠的蒸發(fā)量，進(jìn)入高旁管道后冷卻凝結(jié)成水。同時(shí)由于高、低壓旁路管道較粗、管壁很厚,在機(jī)組啟機(jī)過(guò)程中暖管所需的時(shí)間就長(zhǎng)；高旁管道溫度控制器母管減溫水調(diào)整閥不嚴(yán)，鍋爐上水期間通過(guò)減溫水管道流入高旁管路，形成積水；爐側(cè)冷再入口減溫水調(diào)整門(mén)不嚴(yán)，冷再入口管道水平位置較低再入口聯(lián)箱段水平位置低，使得減溫水倒流至機(jī)側(cè)再熱器管道，使得冷再管道發(fā)生水塞引起振動(dòng)；鍋爐進(jìn)行水壓試驗(yàn)后，由于電網(wǎng)調(diào)度調(diào)啟，再熱系統(tǒng)管道放水未放空，堵板拆除時(shí)，使得部分存水倒流至機(jī)側(cè)高旁管道；機(jī)組啟動(dòng)初期，高旁控制閥內(nèi)漏，冷再管道有源源不斷的蒸汽流入并冷卻凝結(jié)成水。機(jī)組停運(yùn)時(shí)間較短時(shí)，再次啟機(jī)時(shí)隨著蒸汽通入管道、管道內(nèi)的壓力隨之增加，再加上積水所形成的阻力使管道振動(dòng)加劇，以上都是能使管道內(nèi)出現(xiàn)積水的原因。

高流速蒸汽形成原因：正常啟動(dòng)時(shí)，由于爐側(cè)熱負(fù)荷逐漸升高，為了提高蒸汽參數(shù)，逐漸開(kāi)啟高、低壓旁路控制閥，形成通路。由于較高的汽壓差，使得高壓蒸汽流入汽機(jī)側(cè)再熱器管道及高旁管道內(nèi)；高、低壓旁路控制調(diào)節(jié)閥存在內(nèi)漏的情況，在機(jī)組打閘后，鍋爐冷卻降溫降壓的過(guò)程中，高壓旁路控制閥內(nèi)漏，使得高壓旁路系統(tǒng)及冷再管道內(nèi)通入高溫、高壓蒸汽。這里也可解釋在機(jī)組停運(yùn)后冷再管道震蕩的原因：一是高旁閥內(nèi)漏使得管道內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)，二是高旁管道內(nèi)積水排不盡，管道堵塞造成水塞。

4.2 從設(shè)備及運(yùn)行調(diào)整上分析

啟動(dòng)操作引起的振動(dòng)。在機(jī)組溫、熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中升溫、升壓參數(shù)較快，暖管時(shí)間短，開(kāi)、關(guān)高低壓旁路控制閥較為頻繁，管道疏水門(mén)開(kāi)啟過(guò)晚或未開(kāi)，使得管道內(nèi)凝結(jié)水不能及時(shí)的隨蒸汽排走，形成水塞，加劇了管道震蕩的形成；疏水管道不暢或設(shè)計(jì)出力不合理，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，管道內(nèi)凝結(jié)的水不能及時(shí)排出。高旁及冷再管道上的殘留蒸汽凝結(jié)后的水及高旁減溫水門(mén)內(nèi)漏流入的水在此處積聚，使得管道堵塞。

4.3 現(xiàn)象分析

這種震蕩現(xiàn)象也是從2020年度開(kāi)始的，機(jī)組從15年底投產(chǎn)，只是在近一年里啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的次數(shù)越來(lái)越頻繁，加之現(xiàn)貨交易期間機(jī)組啟停頻繁，大多數(shù)都是機(jī)組在溫態(tài)、熱態(tài)下的啟動(dòng)；鍋爐水壓試驗(yàn)時(shí)或鍋爐上水時(shí)出現(xiàn)高旁閥后壓力升高的現(xiàn)象，隨著上水時(shí)間的增加，管道內(nèi)會(huì)進(jìn)行充水充壓，壓力逐漸升高至0.2MPa，說(shuō)明高旁溫度控制器母管減溫水閥門(mén)內(nèi)漏不嚴(yán)；機(jī)組停運(yùn)后高旁閥后溫度快速下降，說(shuō)明高旁閥不嚴(yán)、一直是流動(dòng)狀態(tài)，與鍋爐相通，流至爐側(cè)冷再管道內(nèi)。

通過(guò)以上原因分析，首先可確定#1機(jī)組停運(yùn)引起的管道震蕩是由于高旁閥內(nèi)漏及高旁后減溫水控制閥內(nèi)漏引起的。機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中引起的管道震蕩原因是多方面共同影響。但通過(guò)現(xiàn)象分析主要是高旁溫度控制器減溫水控制閥內(nèi)漏形成積水較大，以及水壓試驗(yàn)后系統(tǒng)放水不完全使得管道內(nèi)積水較多、而管道疏水排水能力限制的原因居高。

4.4 管道震蕩的危害

頻繁的管道振動(dòng)會(huì)造成管道上的閥門(mén)、管件和焊縫的松動(dòng)損壞，產(chǎn)生的應(yīng)力變化頻繁，造成管道應(yīng)力疲勞。強(qiáng)烈的管道振動(dòng)甚至?xí)l(fā)連接的設(shè)備振動(dòng)和損壞、管道的開(kāi)裂、支吊架變形和脫落等危害，造成有高溫高壓蒸汽泄漏，影響了管道的安全運(yùn)行和操作人員的人身安全。

該廠機(jī)組啟動(dòng)階段，爐側(cè)冷再管道及高旁管道振動(dòng)嚴(yán)重，造成了爐側(cè)再熱蒸汽冷段管道支吊架大面積脫落和變形，管道嚴(yán)重下沉，與冷再管道進(jìn)汽聯(lián)箱連接處應(yīng)力集中，在機(jī)組停運(yùn)時(shí)發(fā)現(xiàn)連接處變形嚴(yán)重，對(duì)其進(jìn)行了重新校正和補(bǔ)焊，造成檢修工作量增加及對(duì)變形和脫落支吊架進(jìn)行高空修復(fù)校核。在停爐冷卻階段，由于管道震蕩使得鍋爐無(wú)法正常上水冷卻，增加鍋爐冷卻時(shí)間、增加檢修工期。

5 防范措施

利用機(jī)組大小修對(duì)高旁溫度控制器母管減溫水氣動(dòng)閥、調(diào)閥進(jìn)行解體檢查，必要時(shí)進(jìn)行更換?；蛟趩?dòng)時(shí)將高旁母管減溫水管道的放水手動(dòng)門(mén)打開(kāi)，使母管內(nèi)噴入的水量減少，機(jī)組運(yùn)行正常后，再關(guān)閉放水手動(dòng)門(mén)，當(dāng)機(jī)組停運(yùn)時(shí)，再打開(kāi)高旁母管減溫水管道的放水手動(dòng)門(mén)，控制母管內(nèi)的進(jìn)水量。也可增設(shè)減溫水母管閥后手動(dòng)門(mén)，用于此類(lèi)情況的最后保障；利用檢修機(jī)會(huì)聯(lián)系廠家對(duì)高旁路控制閥進(jìn)行檢修，保證高、低壓旁路控制閥的嚴(yán)密性。

機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中完善操作流程，制定標(biāo)準(zhǔn)化操作票，加強(qiáng)可行性的操作技能培訓(xùn)，使暖管過(guò)程充分且均勻來(lái)減少管道振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生；利用檢修機(jī)會(huì)對(duì)高壓旁路母管疏水管道進(jìn)行內(nèi)窺檢查，查找是否有存在結(jié)垢堵管等現(xiàn)象；或根據(jù)實(shí)際情況重新計(jì)算其管道通流能力，進(jìn)行管道整改；檢查鍋爐系統(tǒng)放水管道，保證放水系統(tǒng)暢通，了解鍋爐放水所用時(shí)間，然后再根據(jù)檢修時(shí)間安排機(jī)組是否進(jìn)行水壓檢查試驗(yàn)，短時(shí)間內(nèi)停機(jī)嚴(yán)禁強(qiáng)冷鍋爐進(jìn)行水壓試驗(yàn)；鍋爐升溫升壓應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行延緩升參，保證設(shè)備充分預(yù)暖。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一系列措施的實(shí)施,#1機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中，高旁、冷再熱器管道只發(fā)生輕微的震蕩，節(jié)約啟動(dòng)時(shí)間30min，可減少啟動(dòng)暖管期間的油耗2噸。在機(jī)組停運(yùn)后，通知設(shè)備廠家對(duì)高旁控制閥進(jìn)行嚴(yán)密性檢修及內(nèi)漏閥門(mén)研磨，在機(jī)組停運(yùn)期間未發(fā)生管道振動(dòng)現(xiàn)象，鍋爐冷卻時(shí)間縮短、鍋爐熱放水提前。