某600 MW機(jī)組低壓加熱器疏水不暢原因分析及處理

錢宇峰

(江蘇利港電力有限公司，江蘇 江陰 214444)

利港電力有限公司三、四期工程的4臺(tái)600 MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，選用上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的超臨界單軸，三缸四排氣、一次中間再熱、凝汽式機(jī)組；其低壓回?zé)嵯到y(tǒng)采用4臺(tái)上海動(dòng)力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的臥式低壓加熱器（其中1號(hào)、2號(hào)低加為共殼體復(fù)合式，內(nèi)置于凝汽器），加熱器疏水采用逐級(jí)自流方式，即4號(hào)低加疏水流向3號(hào)低加，3號(hào)低加疏水流向2號(hào)（2號(hào)A和2號(hào)B）低加，2號(hào)低加疏水流向1號(hào) （2號(hào)A流向1號(hào)A，2號(hào)B流向1號(hào)B）低加，1號(hào)A和1號(hào)B分別流向高低壓凝汽器。

1 疏水異常的現(xiàn)狀

按設(shè)計(jì)，機(jī)組在正常工況下運(yùn)行時(shí)，3號(hào)低加正常疏水調(diào)門開度應(yīng)在80%～85%之間調(diào)節(jié)，而危急疏水調(diào)門僅在加熱器發(fā)生泄漏或正常疏水調(diào)門不能正常工作的情況下才參與調(diào)節(jié)；機(jī)組在低負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)，危急疏水調(diào)門在負(fù)荷降至30%之前不應(yīng)該開啟。目前4臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)機(jī)組的3號(hào)低加正常疏水調(diào)整門，負(fù)荷高于300 MW，調(diào)門開度都在35%左右，危急疏水調(diào)門保持關(guān)閉。負(fù)荷低于300 MW，需稍開危急疏水調(diào)門控制水位。而8號(hào)機(jī)組3號(hào)低加在負(fù)荷低于500 MW時(shí)，正常疏水調(diào)門全開的情況下，危急疏水調(diào)門仍需參與調(diào)節(jié)，一直有20%的開度，才能控制加熱器水位。疏水不暢通的情況最嚴(yán)重。

2 危害分析

加熱器疏水不正常，不但降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，還影響了機(jī)組的安全運(yùn)行，甚至還會(huì)引起設(shè)備損壞事故。

2.1 對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響

從經(jīng)濟(jì)角度分析，疏水不從正常疏水排出口排出，將造成加熱器疏水冷卻段部分失效，加熱器功能未得到充分利用，導(dǎo)致加熱效率降低[1]。同時(shí)部分疏水潛熱未完全被凝水吸收，而直接進(jìn)入凝汽器，被循環(huán)水帶走，增加了損失，降低了機(jī)組真空，這些因素都會(huì)增加汽輪機(jī)的熱耗率，從而降低了機(jī)組效率。

2.2 對(duì)機(jī)組安全性的影響

3號(hào)、2號(hào)低壓加熱器是機(jī)組低壓回?zé)嵯到y(tǒng)的重要組成部分，正常情況下是由正常疏水調(diào)節(jié)閥通過加熱器的水位信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)不同負(fù)荷的流水量，保持加熱器水位在正常范圍；而危急疏水閥僅在加熱器水位高時(shí)自動(dòng)開啟，以保證加熱器在正常水位運(yùn)行。而在疏水異常情況下，正常疏水管路沒有正常工作，正常疏水閥為全開，沒有達(dá)到原設(shè)計(jì)意圖（調(diào)節(jié)控制水位），反而危急疏水閥充當(dāng)調(diào)節(jié)閥（正常或是危急）出現(xiàn)機(jī)械故障或者控制故障，加熱器內(nèi)水位無法得到有效控制，將影響整個(gè)低壓加熱器疏水系統(tǒng)的正常運(yùn)行[1]，甚至影響主機(jī)的安全運(yùn)行。

3 原因分析

3.1 加熱器疏水壓差的影響

根據(jù)600 MW機(jī)組熱平衡圖，低加疏水系統(tǒng)疏水量是逐級(jí)增加的，而設(shè)計(jì)壓差卻逐級(jí)減小。實(shí)際運(yùn)行中，3號(hào)、2號(hào)低加的抽汽壓力和熱平衡圖有較大差別，且壓差更小，而疏水量也存在不穩(wěn)定性。運(yùn)行中隨著負(fù)荷的減小，壓差減小，若整個(gè)低加疏水管系及加熱器本體因安裝或運(yùn)行中稍有不慎，均會(huì)導(dǎo)致阻力增加，造成加熱器疏水系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況。

3.2 加熱器本體結(jié)構(gòu)的影響

加熱器的工作流程為：蒸汽由加熱器殼體上部的蒸汽進(jìn)口管進(jìn)入殼體內(nèi)，經(jīng)擋汽板和導(dǎo)流板的分配和導(dǎo)向，蒸汽和主凝汽器排出。本級(jí)疏水和上級(jí)來的疏水積聚在過殼體的下部被虹吸到疏水冷卻段，經(jīng)疏水冷卻段的中間隔板而作曲線流動(dòng)，被主凝結(jié)水進(jìn)一步冷卻，最后由正常疏水管引出。加熱器的結(jié)構(gòu)（如圖1所示）設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

（1）過熱蒸汽冷卻段。過熱蒸汽冷卻段是利用從汽輪機(jī)抽出的過熱蒸汽的一部分顯熱來提高凝結(jié)水溫度；位于凝結(jié)水出口流程側(cè)，并有包殼板密閉。采用過熱蒸汽冷卻段可提高離開加熱器的凝結(jié)水溫度，使其接近或略高于抽汽壓力下的飽和溫度。

（2）凝結(jié)段。凝結(jié)段是利用蒸汽冷凝時(shí)的潛熱加熱凝結(jié)水，一組隔板使蒸汽沿著加熱器長度方向均勻分布。進(jìn)入該段的蒸汽在隔板導(dǎo)向下，流向加熱器的尾部。位于殼體兩端的排氣接管可排除非凝結(jié)氣體。因?yàn)榉悄Y(jié)氣體的積聚會(huì)減少有效面積，降低傳熱效率并造成腐蝕。

（3）疏水冷卻段。疏水冷卻段是把離開凝結(jié)段的疏水的熱量傳給進(jìn)入加熱器的凝結(jié)水，而使疏水降至飽和溫度以下。疏水溫度的降低使疏水流向下一級(jí)壓力較低的加熱器時(shí)，在管道內(nèi)發(fā)生汽化的趨勢(shì)得到減弱。保持一定的疏水水位，使疏水冷卻段密閉。疏水進(jìn)入該段，由一組隔板引導(dǎo)流動(dòng)，從疏水出口管疏出。

圖1 加熱器結(jié)構(gòu)示意圖

再由加熱器水位示意圖（如圖2所示）可知，正常水位在加熱器中心線下518.5 mm，高水位線在正常水位線上38 mm處，剛好不淹沒最下排管子，低水位線在正常水位線下38 mm處，此時(shí)疏水剛好浸沒疏水冷卻段入口。另外，正常疏水口在加熱器中的位置較高 （疏水管中心線距加熱器中心線154.5 mm），要想讓疏水從正常疏水出口排出，疏水冷卻段異常水位至少應(yīng)淹沒正常疏水出口，以利于在疏水冷卻段內(nèi)形成虹吸。而按照現(xiàn)有控制邏輯，當(dāng)水位未灌到正常疏水口時(shí)，事故疏水閥已開啟，因而無法形成虹吸。另外，疏水冷卻段中的空氣按設(shè)計(jì)由疏水管排向凝汽器，如果此條管路有堵塞（無法形成水封），則空氣無法被排出，同樣使虹吸無法建立。

3.3 疏水管道布置的影響

圖2 加熱器水位示意圖

綜合上述分析，疏水管道的布置對(duì)加熱器疏水的正常運(yùn)行也存在影響，疏水管道的最佳布置要求阻力盡量小，且連續(xù)向下傾斜，中間最好不要存在水封部分。但從現(xiàn)場布置來看，3號(hào)低加正常疏水管路閥門和彎頭數(shù)量較多，單路管道的彎頭數(shù)量有14個(gè)，且管道太長，過長的管道和過多的彎頭大大增加了疏水的阻力；另外，布置上還存在兩處垂直向上管段，進(jìn)入2號(hào)低加之前疏水管由標(biāo)高7.4 m向上抬高至少3 m后進(jìn)入加熱器，這不僅增加了阻力，使3號(hào)低加冷卻段的空氣無法順利排出，從而影響整個(gè)疏水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 處理方案

要解決低壓加熱器疏水不暢通的問題，可從兩方面入手。第一，檢查校驗(yàn)各個(gè)低壓加熱器運(yùn)行水位，是否在正常水位運(yùn)行，并進(jìn)行調(diào)整。第二，對(duì)正常疏水管路進(jìn)行改進(jìn)，盡量降低標(biāo)高，減少管路阻力。首先，要檢查的是低壓加熱器的運(yùn)行正常水位。正常水位就是設(shè)計(jì)中的最佳水位，在加熱器的總圖和加熱器水位指示板上都清楚標(biāo)明了。熱態(tài)的最佳水位需要在運(yùn)行中調(diào)整確定。當(dāng)加熱器達(dá)到運(yùn)行工況并穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，盡可能保持在正常水位，通過疏水調(diào)節(jié)閥控制水位。一般允許水位偏離正常水位上下38 mm。超出該范圍會(huì)影響加熱器運(yùn)行。在正常水位以下38 mm，即低水位。低于此水位時(shí)，對(duì)于這種有疏水冷卻段的加熱器，會(huì)使疏冷段進(jìn)口露出水面，而使蒸汽進(jìn)入該段，會(huì)破壞疏冷段的正常工作而造成故障。容易造成疏水端差的增大；由于蒸汽泄漏，蒸汽潛熱損失，使加熱器性能惡化；在疏冷段進(jìn)口和整個(gè)段內(nèi)造成沖蝕性危害，將使管子損壞。根據(jù)現(xiàn)場加熱器本體的水位指示板標(biāo)示值以及加熱器總圖標(biāo)明的正常水位高度，在加熱器水位計(jì)面板處標(biāo)定正常水位值、低水位值及高水位值，以便調(diào)整水位時(shí)觀察。在8號(hào)機(jī)組正常啟動(dòng)后，檢查正常疏水管路有振動(dòng)，加熱器內(nèi)有汽水兩相流水錘聲，檢查發(fā)現(xiàn)低加水位偏低。與正常疏水暢通的7號(hào)機(jī)3號(hào)低加相比水位低了70 mm。說明加熱器水位偏低，造成疏冷段入口露出水面，破壞虹吸，蒸汽進(jìn)入疏水管路，造成正常疏水不暢通。況且長期低水位運(yùn)行對(duì)加熱器也不利，容易導(dǎo)致泄漏。調(diào)整水位后，8號(hào)機(jī)3號(hào)低加疏水不暢嚴(yán)重的問題得到解決。3號(hào)低加兩個(gè)正常疏水調(diào)門由原來100%全開，降至目前35%左右開度，危疏調(diào)門在負(fù)荷高壓300 MW以前都保持關(guān)閉。與其余3臺(tái)機(jī)組基本一致。目前3號(hào)低加運(yùn)行水位比就地標(biāo)定的正常水位值略低，根據(jù)加熱器端差情況還可作進(jìn)一步調(diào)整，以觀察各個(gè)負(fù)荷下疏水情況。

另外在加熱器運(yùn)行水位控制到位的情況下，還可以對(duì)正常疏水管路布置進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步解決疏水不暢的問題。結(jié)合現(xiàn)場管路等布置實(shí)際情況，本著只要能達(dá)到效果，盡量少作改動(dòng)的原則，改造時(shí)盡量利用現(xiàn)有條件，盡量減小疏水管道阻力，減少疏水系統(tǒng)的疏水阻力，讓系統(tǒng)能正常運(yùn)行。

現(xiàn)場檢查管路布置，由于2號(hào)低壓加熱器疏水入口位于凝器南側(cè)，而3號(hào)低加位于凝器北側(cè)，管道在布置上不得已繞行而導(dǎo)致疏水管道長度長、彎頭數(shù)量多，且爬升較高。布置到凝器西南角后，為了避開低旁管路，又再次爬升了一段，影響較大。利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，將該處疏水管道進(jìn)行重新布置，避開低旁管道在下方穿過，并減少了彎頭的使用，以減小管路阻力，使布置更為合理。以8號(hào)機(jī)3號(hào)低加為試驗(yàn)進(jìn)行管路改進(jìn)，效果良好，其他3臺(tái)機(jī)組也陸續(xù)進(jìn)行了改進(jìn)，較好解決疏水不暢的問題。

管路及低加水位調(diào)整后，目前高于300 MW負(fù)荷，均不用開啟危機(jī)疏水調(diào)門控制加熱器水位，為使負(fù)荷低于300 MW時(shí)，2號(hào)低加至1號(hào)低加正常疏水也可以保持暢通，在之前已經(jīng)將疏水管路作了合理改進(jìn)，縮短管路，降低了標(biāo)高，疏水不暢問題有所改進(jìn)，在更低負(fù)荷下，疏水不暢仍然存在。考慮到低負(fù)荷2號(hào)低加至1號(hào)低加壓差相當(dāng)小，在水位調(diào)整到位的情況下，低負(fù)荷時(shí)疏水情況就不再多作考慮。

5 結(jié)束語

由此可見，影響低加正常疏水的因素除加熱器本體結(jié)構(gòu)的原因外，還與管道布置情況有很大關(guān)系，為保證整個(gè)疏水系統(tǒng)有足夠的壓差，應(yīng)盡可能減少疏水流程的阻力，并且需要保證加熱器水位在正常水位附近運(yùn)行。

[1]張燦勇.火電廠熱力系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2007.