“雙機單泵”運行風險評估及經濟性分析

□岳宏利

一、概述

華潤電力曹妃甸電廠2 ×300MW 燃煤供熱機組工程，三大主機均為上海電氣集團生產，汽機凝汽器由上海動力設備有限公司生產，按汽輪機VWO 工況設計，當循環水進口溫度18℃，循環倍率為55 時，凝汽器壓力設計值為4．9kPa，采用海水直流冷卻，具有在夏季工況和海水溫度33℃連續運行能力，凝汽器冷卻面積18，150 m2，循環水泵采用上海KSB 公司生產的立式混流泵，水泵設計流量22，248 m3/h，設計揚程14．3mH2O。自2009年投產以來，機組在夏季時真空較好，凝汽器真空比其他同類型電廠高2kPa，凝汽器端差也在正常范圍內，但是到了冬季海水溫度較低時每臺機只運行一臺循泵卻出現凝汽器端差異常增大的情況。有什么辦法能保證機組在最佳真空的基礎上降低凝汽器端差呢?公司相關領導和專業人員多次開會分析研究，利用精益管理的工具全面分析排查，小組成員全面分析并羅列出影響端差的各個因素，即:凝汽器臟污程度、凝汽器單位面積蒸汽負荷、凝汽器內的漏入空氣量、凝汽器入口水溫、冷卻水流速等，最終確定導致冬季凝汽器端差大的主要原因為海水溫度低循環水流量大，同時提出了一個全新的解決思路——“雙機單泵”運行。

二、“雙機單泵”運行風險評估與控制

“雙機單泵”運行是一種非正常運行方式，具有一定的風險性，主要包括運行循泵跳閘循環水壓力突降、啟停循泵時出口蝶閥開關不當造成循環水壓力過低、單泵運行壓力低造成虹吸破壞、開式水泵入口壓力過低發生氣蝕等，其中最重大的風險就是運行單泵出現故障將對兩臺機組產生影響。但是通過專業團隊對風險性的評估，采取了一系列措施后將其運行風險逐一規避，確保了機組安全穩定運行。主要手段包括以下幾種:

(一)修改循環水系統邏輯由單元制為擴大單元制。“雙機單泵”運行時，單臺機組之間的兩臺泵聯鎖邏輯已不再適合這種工況，從安全的角度考慮必須修改系統邏輯，使雙機四臺泵互為備用，這樣不僅使循泵的運行方式更加靈活，而且當出現極端的運行單臺循泵跳閘時會快速順序聯啟其它循泵，保障在跳閘循泵出口蝶閥關閉過程中的水壓正常，從本質上規避風險，保障機組安全穩定運行。由于備用循泵多，理論上講擴大單元制后的“雙機單泵”運行比常規的單元制單泵運行風險更小。

(二)合理設置泵閥聯鎖。在循泵啟動之初，若開門啟動循環水泵，勢必會造成循環水倒流，在泵還沒有達到供水出力前，可能已經破壞循環水供水，所以設置啟動循泵泵閥聯動邏輯，即在起泵的同時出口門聯開，這樣既可避免啟泵過程中的斷水現象，又可以減小在循泵啟動過程中循泵跳閘事故處理的難度。同樣，在停泵時為防止水壓下降過多應先關出口蝶閥，出口蝶閥關至15 度允許停循泵脈沖信號由以前的3 秒改至120 秒，出口蝶閥關到位后手動停運循泵。從循環水泵出口液控蝶閥參數表中可以看出，關至15 度以后是慢關階段，由6 至60 秒可調節，也就是說從15 度關至全關位最多用60 秒，如果超過60 秒，說明門已經卡澀，此時需要視情況決定是將門開啟繼續運行循泵還是直接將循泵停止運行。所以新邏輯里120 秒的停泵允許已足夠，若還為3 秒，在3 秒內必須停止循環水泵運行，此時循泵出口蝶閥開度還比較大，直接停泵會造成循環水倒流威脅機組安全。

(三)防止虹吸破壞。凝汽器采用定期反沖洗、半側隔離人工清理雜物等手段提高循環水流量，通過對凝汽器水室憋壓排空氣的方法增大凝汽器的換熱面積并提高虹吸效應。在夏季海生物增多的情況下加強前池耙式清污機與旋轉濾網的運行，采用定期加藥方式減少貝類等海生物進入凝汽器。同時考慮增設循環水二次濾網，降低凝汽器水室雜物含量防止虹吸破壞。

(四)定期切換。一方面，出口蝶閥長時間在開(關)位置停留，管道內滋生海洋生物易造成卡澀;另一方面，電機長時間停運，由于循泵所處環境較為潮濕，會影響其絕緣，故采用定期切換試轉保證每臺循泵可靠備用。各值長根據調度曲線及計算后的啟停循泵點綜合判斷，盡量避免循泵頻繁啟停。在停循泵時兩臺機組加強聯系，合理關小循環水回水門保證虹吸及開式水入口壓力正常。利用循泵啟停時機切換循泵，保證每臺循泵可靠備用。

(五)復查循環水泵熱控及電氣保護。配合電氣專業對每臺循泵保護定值進行核對，保證設置正確;聯系熱控專業復查相關邏輯保護定值，緊固各接線端子;對就地事故按鈕移位并增設防雨罩等;通過以上手段避免循泵保護誤動。

(六)細化循環水系統規定等措施。主要包括:作為單泵運行的循泵應無缺陷，循泵出口蝶閥油站保壓正常，蝶閥能夠正常嚴密關閉;加強就地巡檢，發現異常及時切換循泵;循泵房門應關閉嚴密，巡檢后及時上鎖，無關人員禁止進入;就地控制箱柜門關閉嚴密，事故按鈕防誤罩應遮蓋嚴密，防止發生人為誤動;凝汽器A、B 側反洗定為每周一前夜負荷200MW 以下進行，反洗時必須保證兩臺循泵運行;“雙機單泵”運行時啟停循泵及投連鎖時應查看好邏輯，避免誤操作，單泵運行時至少保證其它兩臺循泵投備等。

(七)做好事故預想。為了保證運行的可靠性，做好事故預想是很有效的一種方式，通過技術問答與現場考問講解的方式使每個運行人員都能對其有很好的掌握。在人員培訓方面，運行人員樹立了良好的就地意識，在任何時候啟停循泵必須安排有經驗人員到就地，做好各種工況的事故預想，在第一時間發現問題及時解決。就地液控蝶閥油站上都貼著緊急操作方法及閥門標示，與此同時部門安排組織專題討論，加深理解，這些舉措都對此運行方式的可靠性提供了保障。

通過采取上述措施后已將“雙機單泵”的運行風險降到最低，經過專業團隊的多次風險評估后一致認為可以將“雙機單泵”作為冬季經濟運行有效運行方式。

三、“雙機單泵”運行經濟性分析

循環水量過大不但造成循泵耗電率上升，影響全廠用電率和機組供電煤耗，而且會增大凝汽器端差，使冷端損失加大，進一步影響煤耗。根據300MW 機組能耗差經驗數據，端差增加1℃煤耗上升0．85g/kWh，真空度每下降1%，煤耗增加2．1 g/kWh。

根據目前掌握的數據，在海水溫度在7℃時，機組負荷各在220MW 情況下，“雙機單泵”運行方式下，真空完全滿足設計要求，當兩臺機組負荷不平衡時，值長應及時協調兩臺機組的循環水量來平衡各自的真空情況。“雙機單泵”時，當循環水溫度每上升1℃，預計會影響真空最大0．5kPa(300MW時);雙機雙泵時，水溫每上升1℃，預計會影響真空最大0．2kPa。“雙機單泵”運行時，海水溫度低于8℃，總負荷低于440MW 時，適用于“雙機單泵”。當水溫高于8℃或機組負荷較大且真空已下降至96kPa，此時值長根據情況應調度啟動第二臺循泵。當海水溫度在10℃左右時，雙機雙泵工況下，機組帶額定負荷時，真空基本滿足設計要求，當海水溫度上升至14℃左右，機組滿負荷情況下，值長根據情況應調度啟動第三臺循泵。當海水溫度在18℃左右時，雙機三泵工況下，機組帶額定負荷時，真空基本滿足設計要求，當海水溫度上升至21℃左右，機組滿負荷情況下，值長根據情況應調度啟動第四臺循泵。

根據海水溫度及負荷情況調整循泵運行臺數是運行經驗，它的準確性受凝汽器臟污程度及真空嚴密性影響，若想做到精益求精，必須引入最佳真空計算。最佳真空是指提高真空效率增加節約煤耗和為了提高真空而增加的循環水泵電耗綜合考慮效益最高時的真空。所以計算合適的循泵啟停點是保證機組在最佳真空下運行的前提，同樣這也為“雙機單泵”運行提供了有力的數據支持。

雙機循環水為擴大單元制，按每臺機150MW 循環水泵運行方式何時啟動循泵問題:根據經驗數據兩臺機共提高1kPa 真空影響煤耗2．1g/kWh，雙機150MW 全天電量為7，200MWh。

7200* 0．0021 =15．12 t/kPa

以每噸標煤730 元折算:15．12* 730 =11037 元/kPa。

啟動下一臺循泵后，母管壓力升高，原運行循泵電流會增加10A，加上新啟動循泵150A 電流，最終增加160A 電流。

循環水泵每小時單耗:P =1．732* 6．3* 160* 0．85 =1483．97kWh

一天耗電量:W=Pt=1483．97* 24 =35615．3KWh

以上網電價0．432 元/kWh 折算每增加一臺循環水泵增加成本:35615* 0．432 =15385 元，單臺循環水泵損耗折合為真空為:

15385/11037 =1．3939kPa

通過以上計算得出:當新啟動一臺循泵，兩臺機組真空上升1．394kPa 時，增加的廠用電量與降低的煤耗價值相當。以此類推計算，即:

a．負荷150MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于1．394KPa 就達到最佳真空。

b．負荷160MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于1．307KPa 就達到最佳真空。

c．負荷170MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于1．230KPa 就達到最佳真空。

d．負荷180MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于1．162KPa 就達到最佳真空。

e．負荷190MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于1．100KPa 就達到最佳真空。

f．負荷200MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于1．046KPa 就達到最佳真空。

g．負荷210MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于0．996KPa 就達到最佳真空。

h．負荷220MW 啟動循泵后兩每臺機組真空上升值大于0．950KPa 就達到最佳真空。

i．負荷230MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于0．909KPa 就達到最佳真空。

j．負荷240MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于0．871KPa 就達到最佳真空。

k．負荷250MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于0．836KPa 就達到最佳真空。

l．負荷260MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于0．804KPa 就達到最佳真空。

m．負荷270MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于0．774KPa 就達到最佳真空。

n．負荷280MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于0．747KPa 就達到最佳真空。

o．負荷290MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于0．721KPa 就達到最佳真空。

p．負荷300MW 啟動循泵后兩臺機組真空上升值大于0．697KPa 就達到最佳真空。

通過結合經驗數據和機組最佳真空的計算值，為循泵設置了合適的啟停點，并在運行中不斷完善，旨在取得最大的經濟效益。2014年最低海水溫度為2月11日的－0．2℃，全年海水溫度低于7℃時間近4 個半月。全年通過優化循泵運行方式，特別是在這段時間內根據負荷情況采用“雙機單泵”運行，配合合適的循泵啟停點，在保證最佳真空的前提下降低凝汽器端差，最大限度促使供電煤耗下降，為電廠創造了較大的經濟效益，不僅保證了汽輪機在最佳真空下運行，而且成功完成全年綜合廠用電率4．86%的目標，循環水系統全年耗電量1，829 萬KWh，占全廠廠用電率的0．55%，特別是在“雙機單泵”運行月份循環水系統耗電量只占全廠廠用電率的0．25%，僅“雙機單泵”一項就節電300 多萬kWh，且降低凝汽器端差約4℃，降低端差引起的煤耗下降近3g/kWh，在海水溫度低于7℃的四個半月內通過“雙機單泵”運行方式共節約資金近400 萬元。

四、社會推廣價值

鑒于目前節能降耗的要求，各廠都將設備技術改造與優化運行方式作為挖掘內部潛能的重要手段，“雙機單泵”運行是一次大膽的嘗試，也是一次成功的嘗試，達到了節能降耗的目的，對于海邊電廠頗有益處，值得推廣借鑒。