電站汽輪機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)故障特性研究

王輝（大連泰山熱電有限公司，遼寧大連 116000）

電站汽輪機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)故障特性研究

王輝
（大連泰山熱電有限公司，遼寧大連 116000）

隨著火電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，進(jìn)一步降低燃料消耗、提高機(jī)組熱效率勢(shì)在必行，這也對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。作為汽輪機(jī)的輔助設(shè)備，回?zé)嵯到y(tǒng)是火電廠熱力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，電廠熱經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)劣在很大程度上取決于回?zé)嵯到y(tǒng)的運(yùn)行狀況。它利用汽輪機(jī)的各段抽汽對(duì)給水進(jìn)行加熱，能夠使蒸汽余熱得到充分利用，減少了冷源損失，提高了朗肯循環(huán)的效率。因此有必要對(duì)汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行故障特性研究，對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在很大程度上改善電廠各項(xiàng)指標(biāo)并獲得更大的效益。

電力設(shè)備 運(yùn)行維護(hù) 故障

1　電站回?zé)嵯到y(tǒng)的故障特性研究

回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)對(duì)全廠熱效率有重要影響，給水溫度降低將直接增加電廠熱耗率，進(jìn)而降低機(jī)組的出力。在火力發(fā)電廠中，加熱器、除氧器及連接管道和閥門等輔助設(shè)施共同組成了回?zé)嵯到y(tǒng)。其中加熱器根據(jù)水側(cè)壓力的高低又可分為高壓加熱器與低壓加熱器。由于給水側(cè)的壓力和溫度都相對(duì)較高，導(dǎo)致高加頻繁出現(xiàn)故障，而高加解列對(duì)機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)性都會(huì)產(chǎn)生較大影響。

相關(guān)數(shù)據(jù)和資料表明，鍋爐爆管是制約火力發(fā)電機(jī)組等效可用系數(shù)提高的關(guān)鍵因素，而高加的運(yùn)行狀況已經(jīng)成為影響機(jī)組等效可用系數(shù)的第二大因素。此外給水側(cè)的短路現(xiàn)象也會(huì)造成給水溫度偏離正常值，更有甚者會(huì)威脅到汽輪機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行。回?zé)嵯到y(tǒng)的諸多故障需要采用更先進(jìn)的診斷方法進(jìn)行診斷，最大程度減小故障造成的損失，提高火力發(fā)電機(jī)組回?zé)嵫h(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性。

1.1回?zé)嵯到y(tǒng)常見故障及原因剖析

（1）回?zé)峒訜崞髯陨砉收稀?duì)導(dǎo)致高加停運(yùn)的原因進(jìn)行分析得出，內(nèi)部管系泄漏的影響最大，并且往往會(huì)造成較為嚴(yán)重的后果，甚至引起高加爆炸。當(dāng)高加內(nèi)部管系出現(xiàn)泄漏時(shí)，如果汽機(jī)各級(jí)抽汽參數(shù)保持正常，將直接導(dǎo)致疏水水位的升高或使疏水調(diào)整門的開度增大。這將會(huì)使給水溫升降低，并且增大給水進(jìn)口與出口的壓力差，威脅高加的安全運(yùn)行。

由于高加內(nèi)的隔板及密封墊料受到長(zhǎng)期的水沖擊作用力，容易發(fā)生變形損壞，會(huì)造成給水短路。即一部分給水沒有經(jīng)過抽汽的加熱而直接進(jìn)入下一級(jí)加熱器，導(dǎo)致給水溫度降低，回?zé)嵝Ч儾睢Ｒ坏┌l(fā)生高加進(jìn)出水側(cè)短路現(xiàn)象，如果當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)正常，將會(huì)導(dǎo)致給水端差增加，加熱器出口水溫降低。

在高加的實(shí)際運(yùn)行中，一些異物容易混入給水管道，進(jìn)而造成管束的堵塞，使通流面積減少。將會(huì)導(dǎo)致給水端差增大、進(jìn)出口給水壓差增大的后果。當(dāng)高加運(yùn)行一段時(shí)間后，在傳熱面可能會(huì)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，使傳熱效果變差，導(dǎo)致給水端差和疏水均有所增大。

當(dāng)疏水器產(chǎn)生故障和加熱器出現(xiàn)內(nèi)部管道泄漏時(shí)，加熱器水位急劇升高，產(chǎn)生加熱器滿水現(xiàn)象。容易造成以下后果：水溫度降低，影響機(jī)組效率；若高壓加熱器水側(cè)泄漏，給水泵轉(zhuǎn)速增大，影響給水泵安全運(yùn)行；當(dāng)嚴(yán)重滿水時(shí)，容易誘發(fā)水沖擊事故，造成葉片斷裂，設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果。

（2）回?zé)峒訜崞飨到y(tǒng)的故障。旁路系統(tǒng)故障是較為常見的回?zé)嵯到y(tǒng)故障，在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常因?yàn)榕月烽y門關(guān)閉不嚴(yán)直接造成給水溫度降低，影響到機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)疏水閥發(fā)生故障時(shí)，疏水不能夠有效地排出加熱器，會(huì)導(dǎo)致加熱器內(nèi)水位上升，淹沒管束。加熱器出口水溫及疏水溫度會(huì)在一定程度降低，端差增大。

如果設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)常處在較低的水平，容易使回?zé)嵯到y(tǒng)的控制設(shè)備出現(xiàn)故障。疏水閥門的開度可能出現(xiàn)異常狀況，會(huì)造成加熱器水位過高或無水位運(yùn)行，增大加熱器端差亦或降低蒸汽的能量使用。這都將使回?zé)嵯到y(tǒng)不能穩(wěn)定高效運(yùn)行，甚至對(duì)設(shè)備造成損壞引發(fā)更大的事故。注壓檢漏通常會(huì)在停機(jī)時(shí)的高加汽側(cè)進(jìn)行，一旦疏水閥門出現(xiàn)問題時(shí)，由于加熱器內(nèi)不能保持壓力，檢漏也將會(huì)變得較為困難。

（3）除氧器本體故障。在除氧器本體的故障中，較為常見的主要

有兩種：排氣帶水（跑水）以及自生沸騰現(xiàn)象。排氣帶水一般是因?yàn)檫M(jìn)水量或排氣量過大造成的，而這種現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因在于除氧器運(yùn)行工況的突變及操作不當(dāng)。在沒有抽汽加熱的情況下，僅依靠來自其它各處匯集而來的汽水的熱量已能將水加熱到除氧器工作壓力下的飽和溫度，這種情況稱為自生沸騰。自生沸騰會(huì)產(chǎn)生如下后果：抽汽管道上的逆止閥關(guān)閉，使除氧器的進(jìn)汽室停滯，破壞了汽水逆向流動(dòng)，除氧惡化，余汽的工質(zhì)損失增加。

1.2回?zé)嵯到y(tǒng)故障診斷方法探討

關(guān)于回?zé)嵯到y(tǒng)的故障診斷方法，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。在電廠回?zé)嵯到y(tǒng)的故障診斷中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊判別方法應(yīng)用地較為廣泛。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能在運(yùn)算速度、聯(lián)想能力以及大規(guī)模并行計(jì)算等方面等都有著較大的優(yōu)勢(shì)，能夠在很大程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)的不足。對(duì)模糊模式識(shí)別方法來講，確立一個(gè)合適的隸屬函數(shù)能夠在很大程度上提高故障診斷的準(zhǔn)確度。隸屬函數(shù)的確定要滿足如下條件：能夠很好地對(duì)故障進(jìn)行分離，靈敏度高，能對(duì)系統(tǒng)微小異常變化產(chǎn)生反應(yīng)，另外還需要避免故障的誤判。

目前已經(jīng)有不少對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的軟件投入使用，但由于回?zé)嵯到y(tǒng)單元數(shù)較大，故障種類繁多，并不能很好地對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷。鑒于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊判別等診斷方法需要利用大量樣本來進(jìn)行訓(xùn)練，因此在實(shí)際的應(yīng)用過程中還存在著很多的缺陷和不足。

雖然回?zé)嵯到y(tǒng)包含有眾多個(gè)單元，但對(duì)大多數(shù)系統(tǒng)來說，其運(yùn)行機(jī)制較為清晰，可以通過數(shù)學(xué)建模的方法對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行具體描述，并借助熱力學(xué)的相關(guān)理論，對(duì)電廠回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的故障診斷。

2　影響回?zé)嵯到y(tǒng)可靠度的因素

在當(dāng)今的火力發(fā)電機(jī)組中，回?zé)嵯到y(tǒng)一般以常見的“三高四低一除氧”八級(jí)回?zé)嵯到y(tǒng)居多，加熱器基本都是采用串聯(lián)布置。但是串聯(lián)布置中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題可能就會(huì)引發(fā)整個(gè)回?zé)嵯到y(tǒng)失效，故障率與每個(gè)部分運(yùn)行狀況直接相關(guān)。

影響回?zé)嵯到y(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的因素主要有以下幾個(gè)方面：

（1）系統(tǒng)中單元數(shù)的多少。在串聯(lián)系統(tǒng)中，總的可靠度等于各單元可靠度的連乘，對(duì)應(yīng)于汽輪機(jī)抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)來說，即回?zé)峒?jí)數(shù)越多，系統(tǒng)越復(fù)雜，則系統(tǒng)可靠度越低，出現(xiàn)故障的幾率也就越大。

（2）系統(tǒng)中單元可靠度。在回?zé)嵯到y(tǒng)中，由于所處的工作環(huán)境差異，各級(jí)加熱器單元的可靠度也不盡相同。像低壓加熱器由于水側(cè)和汽側(cè)的壓力和溫度都處在較低的水平，因此它的可靠度較高，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定運(yùn)行。相比較而言，高加的運(yùn)行工況較為不穩(wěn)定，其可靠度就較低。因此，保證高加的投入率對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)來說是至關(guān)重要的。

（3）執(zhí)行工作任務(wù)的時(shí)間。隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，其各個(gè)部分必然或多或少存在一定的損壞，勢(shì)必影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠度，甚至使系統(tǒng)停運(yùn)崩潰，嚴(yán)重影響到回?zé)嵯到y(tǒng)的安全。因此，回?zé)嵯到y(tǒng)除

……

……了平時(shí)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)以為，還要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)，以保證整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）運(yùn)行操作水平。高水平的運(yùn)行操作人員是電站機(jī)組安全高效運(yùn)行的保證，隨著火電機(jī)組容量和參數(shù)的不斷增加，回?zé)嵯到y(tǒng)各單元的體積及也越來越大，工質(zhì)參數(shù)越來越高，對(duì)運(yùn)行人員的操作水平提出了更高的要求。在加熱器尤其是高加的啟停過程中應(yīng)嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)定，保持溫升率和溫降率保持在合適的水平。有關(guān)資料表明，1.85℃/min以內(nèi)的溫升率及溫降率較為合適，當(dāng)該值大于3.7 ℃/min時(shí)，便會(huì)加劇加熱器的故障發(fā)生，縮短設(shè)備的使用壽命。

3　提高回?zé)嵯到y(tǒng)可靠度的技術(shù)措施

為了保證機(jī)組的抽汽回?zé)嵝Ч枰M可能提高回?zé)嵯到y(tǒng)的可靠度，可從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行技術(shù)改造：

（1）鑒于高壓加熱器在回?zé)嵯到y(tǒng)中的重要作用以及較低的可靠度，因此提高高加單元的可靠度，保證高加的安全穩(wěn)定運(yùn)行十分有效。首先應(yīng)對(duì)高加本身結(jié)構(gòu)存在的缺陷進(jìn)行分析，針對(duì)不足之處進(jìn)行優(yōu)化，其次盡可能選取高強(qiáng)度的材料，但同時(shí)還應(yīng)該保證系統(tǒng)設(shè)備的加工制造水平。

（2）運(yùn)用較為成熟的在線監(jiān)測(cè)軟件，對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)中可靠度較低的單元進(jìn)行加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)掌握，能夠?qū)υO(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)估。一旦發(fā)現(xiàn)出設(shè)備存在的問題，能及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù)，消除事故隱患。

（3）提高運(yùn)行人員的操作水平。對(duì)機(jī)組運(yùn)行人員進(jìn)行定期培訓(xùn)，不斷提高運(yùn)行人員的操作水平及解決突發(fā)問題的能力。對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)而言，將加熱器關(guān)鍵部件的所受應(yīng)力值穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，能夠有效延長(zhǎng)設(shè)備壽命，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。其中，最關(guān)鍵的是對(duì)加熱器材料的溫升率和溫降率進(jìn)行嚴(yán)格控制，這可以通過對(duì)加熱器出口的給水溫度的變化來進(jìn)行控制。

（4）設(shè)置性能可靠的保護(hù)系統(tǒng)。保護(hù)系統(tǒng)能夠在回?zé)嵯到y(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)動(dòng)作并維持系統(tǒng)的安全運(yùn)行。例如設(shè)置給水旁路系統(tǒng)，當(dāng)某一級(jí)加熱器內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí)，導(dǎo)致水位異常，便可切斷該級(jí)的進(jìn)出水口，經(jīng)旁路進(jìn)入下一級(jí)加熱器。另外安全閥的設(shè)置也尤為重要，如果加熱器內(nèi)部管系發(fā)生泄漏，汽側(cè)壓力急劇增大，當(dāng)壓力超出一定值時(shí)，便有爆炸的危險(xiǎn)，安全閥能夠使汽側(cè)壓力迅速減小，保證加熱器的安全。

4　結(jié)語

作為電廠熱力系統(tǒng)的重要一環(huán)，回?zé)嵯到y(tǒng)與火力發(fā)電廠的安全性直接相關(guān)，并在很大程度上影響電廠的效益。本文對(duì)火力發(fā)電廠的回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行研究，分析了回?zé)嵯到y(tǒng)的故障特性機(jī)制，并剖析誘發(fā)系統(tǒng)各類故障的主要原因。明確了提高回?zé)嵯到y(tǒng)可靠度的關(guān)鍵因素，并提出了回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化的幾個(gè)技術(shù)方向。

［1］代志綱.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的300MW機(jī)組熱力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)研究［D］.華北電力大學(xué)（河北），2007年.

［2］熊杰，張超，趙海波，鄭楚光.基于熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)理論的電站熱力系統(tǒng)全局優(yōu)化［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007年26期.