660 MW超超臨界汽輪機(jī)真空系統(tǒng)異常情況分析

范文旺，李延偉，陳二強(qiáng)，蔣凌峰

(1.河南恩湃高科集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000；2.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南 鄭州 450000)

1 概述

某電廠1號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組采用上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N660-25/600/600型超超臨界、中間再熱、四缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)。2013-12-16，1號(hào)機(jī)組真空嚴(yán)密性出現(xiàn)故障：低背壓凝汽器真空下降速度600 Pa/min，高背壓凝汽器真空下降速度380 Pa/min，且同時(shí)存在8號(hào)低加無(wú)溫升問(wèn)題，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該電廠發(fā)電機(jī)組設(shè)有8級(jí)抽汽系統(tǒng)，分別為3臺(tái)高壓加熱器、1臺(tái)除氧器、4臺(tái)低壓加熱器和給水泵汽輪機(jī)提供用汽。鍋爐產(chǎn)生的主蒸汽及再熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功后，除部分抽汽外，乏汽全部進(jìn)入凝汽器內(nèi)凝結(jié)，經(jīng)熱井收集且由凝結(jié)水泵升壓后，再進(jìn)入軸封加熱器、疏水冷卻器(表面式)、8，7，6，5號(hào)低加依次回?zé)幔缓筮M(jìn)入除氧器加熱、脫氧，最后由給水泵升壓并通過(guò)3，2，1號(hào)高加回?zé)岷笏椭铃仩t。凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)有2臺(tái)100 %容量的凝結(jié)水泵，并裝有一拖二的變頻器。

凝汽器循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用帶冷卻塔的單元制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)循環(huán)水泵。

1，2，3號(hào)高壓加熱器及5，6號(hào)低壓加熱器均設(shè)有內(nèi)置式疏水冷卻器，以降低疏水溫度，其疏水采用逐級(jí)自流方式。7，8號(hào)低加分別置于凝汽器A，B殼體喉部，其疏水未采用逐級(jí)自流方式。7號(hào)低加疏水經(jīng)過(guò)高度為1.5 m的U型彎管道后，與8號(hào)低加疏水匯合，經(jīng)外置疏水冷卻器冷卻后再經(jīng)過(guò)高度為13 m的單級(jí)水封直接排入凝汽器。整個(gè)7，8號(hào)低加疏水系統(tǒng)沒(méi)有可調(diào)整閥門(mén)與危急疏水口。由于7，8段抽汽口的壓力較低且壓差小，其疏水與主凝結(jié)水的溫差較小，未設(shè)置疏水冷卻段。

凝汽器真空系統(tǒng)設(shè)3臺(tái)真空泵，采用并聯(lián)布置，高、低壓凝汽器內(nèi)分別接出2根抽真空管路，匯合成1根母管后進(jìn)入真空泵組，系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單。

3 問(wèn)題查找與分析

針對(duì)1號(hào)機(jī)組真空嚴(yán)密性較差的情況，利用氦質(zhì)譜儀對(duì)低背壓凝汽器容易漏空氣的部位進(jìn)行初步排查，未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。因此，重新進(jìn)行了真空系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗(yàn)。

3.1 真空嚴(yán)密性試驗(yàn)

2013-12-21T10:39，機(jī)組負(fù)荷523 MW，其他參數(shù)穩(wěn)定，按以下方式進(jìn)行了凝汽器真空嚴(yán)密性試驗(yàn)：

(1)真空泵不停，關(guān)閉高背壓凝汽器抽空氣門(mén)，其真空嚴(yán)密性為0.288 kPa/min，低背壓凝汽器真空升高1.4 kPa后逐步下降，最終高/低背壓分別為88.4 kPa/93.59 kPa，2臺(tái)凝汽器真空相差5.19 kPa；

(2)真空泵不停，關(guān)閉低背壓凝汽器抽空氣門(mén)，其真空嚴(yán)密性為0.068 kPa/min，高背壓凝汽器真空不升反降，最終高/低背壓分別為91.64 kPa/91.86 kPa，2臺(tái)凝汽器真空基本一致；

(3)停止真空泵，關(guān)閉入口氣動(dòng)門(mén)，高、低背壓凝汽器4個(gè)抽空氣門(mén)全關(guān)，高背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.509 kPa/min，低背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.053 kPa/min，則2臺(tái)凝汽器平均真空嚴(yán)密性為0.281 kPa/min；

(4)停止真空泵，關(guān)閉入口氣動(dòng)門(mén)，高背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.398 kPa/min，低背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.432 kPa/min，則2臺(tái)凝汽器平均真空嚴(yán)密性為0.415 kPa/min；

(5)停止真空泵，關(guān)閉入口電、氣動(dòng)門(mén)，高背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.128 kPa/min，低背壓凝汽器真空嚴(yán)密性為0.388 kPa/min，則2臺(tái)凝汽器平均真空嚴(yán)密性為0.258 kPa/min。

真空嚴(yán)密性試驗(yàn)的具體結(jié)果如表1所示。

根據(jù)上述綜合判斷，高背壓凝汽器和抽真空系統(tǒng)存在漏點(diǎn)，同時(shí)低背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)存在氣塞現(xiàn)象。

3.2 循環(huán)水流向改變對(duì)凝汽器的影響

凝汽器為雙殼體、單流程、雙背壓、表面式凝汽器。循環(huán)水自汽機(jī)側(cè)凝汽器進(jìn)入，經(jīng)循環(huán)水聯(lián)通管水平轉(zhuǎn)向后從電機(jī)側(cè)凝汽器流出。蒸汽由汽輪機(jī)排汽口進(jìn)入高/低背壓凝汽器(凝汽器循環(huán)水進(jìn)入側(cè)為低壓背側(cè)，即低壓側(cè)；出水側(cè)凝汽器為高背壓側(cè)，即高壓側(cè))，均勻分布到凝汽器冷卻水管上，經(jīng)過(guò)中央汽道和旁側(cè)汽道進(jìn)入主管束區(qū)，與冷卻水進(jìn)行熱交換后凝結(jié)，部分蒸汽進(jìn)入熱井，對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行回?zé)岷驼婵粘酢５蛪簜?cè)殼體凝結(jié)水經(jīng)低壓側(cè)殼體部分蒸汽回?zé)岷螅煞指舭迨占ㄟ^(guò)凝結(jié)水回?zé)峁芟狄敫邏簜?cè)凝汽器B熱井中2個(gè)水平放置的再熱分流盤(pán)，再與高壓側(cè)殼體中凝結(jié)水匯合后，從再熱分流盤(pán)上小孔流下，被高壓側(cè)殼體中部分蒸汽回?zé)嶂料鄳?yīng)的壓力下的飽和溫度，以減小凝結(jié)水的過(guò)冷度。被回?zé)岬哪Y(jié)水通過(guò)回通管匯集于凝汽器A熱井內(nèi)，再由凝結(jié)水泵抽出，升壓后輸入主凝結(jié)水系統(tǒng)。高壓側(cè)殼體與低壓側(cè)殼體剩余的汽-氣混合物及不凝結(jié)氣體，通過(guò)管束中央的空氣冷卻區(qū)再次冷卻后，經(jīng)管束上部的抽氣口由真空泵抽出。

凝汽器高、低壓側(cè)熱井由凝結(jié)水連通管，回?zé)嶂鞴軓闹写┻^(guò)，高壓側(cè)設(shè)有2個(gè)再熱分流盤(pán)，擴(kuò)大汽、水的接觸面積，使回?zé)岷驼婵粘醺浞郑蕴岣邫C(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)性。分隔板、再熱分流盤(pán)距熱井底面高度分別為1.542 m和1.35 m，其高度差確保低壓側(cè)凝汽器分隔板收集的凝結(jié)水可順利通過(guò)回?zé)峁芟颠M(jìn)入高壓側(cè)凝汽器。

表1 真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果

由于現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)水管道布置的原因，循環(huán)水自電機(jī)側(cè)凝汽器流入，經(jīng)凝汽器后水室聯(lián)通管水平轉(zhuǎn)向后，從汽機(jī)側(cè)凝汽器流出，從而使汽機(jī)側(cè)凝汽器成為高背壓凝汽器，7，8號(hào)低加與高、低背壓凝汽器不再一一對(duì)應(yīng)，其他設(shè)備系統(tǒng)布置及走向不變。

查找凝汽器特性曲線發(fā)現(xiàn)，在20 ℃冷卻水溫、100 %的冷卻水流量和熱負(fù)荷下，高/低背壓凝汽器壓力分別為5.55 kPa/4.3 kPa(對(duì)應(yīng)飽和水溫度為34.5℃/30.6℃)，壓差ΔP=5.55 kPa-4.3 kPa=1.25 kPa=125 mm水柱。

在原設(shè)計(jì)情況下，低背壓凝汽器內(nèi)凝結(jié)水從分隔板到高背壓內(nèi)凝汽器回?zé)岱至鞅P(pán)的壓差為：

ΔH-ΔP=192-125=67 mm水柱。

式中：ΔH—分隔板與回?zé)岱至鞅P(pán)高度差；ΔP—高/低背壓凝汽器內(nèi)壓力差。

循環(huán)水流向改變后，高背壓凝汽器內(nèi)凝結(jié)水從分隔板到低背壓凝汽器內(nèi)回?zé)岱至鞅P(pán)的壓差為：

ΔH-ΔP=192+125=317 mm水柱。

顯然，在原設(shè)計(jì)情況下，低背壓凝汽器殼體凝結(jié)水克服管系阻力后，能平穩(wěn)回流至高背壓凝汽器殼體內(nèi)的回?zé)岱至鞅P(pán)上。循環(huán)水流向改變后，高背壓凝汽器殼體內(nèi)的凝結(jié)水以較大的壓差進(jìn)入低背壓凝汽器殼體內(nèi)，被凝汽器乏汽冷卻，使凝結(jié)水過(guò)冷度增大，水流分布不平穩(wěn)，對(duì)凝汽器熱井形成沖擊。

3.3 循環(huán)水流向改變對(duì)機(jī)組的影響

(1)循環(huán)水流向改變后，凝汽器的回?zé)嵯到y(tǒng)失去作用，使高溫凝結(jié)水進(jìn)一步冷卻，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低，凝結(jié)水含氧量增大。資料顯示：機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水過(guò)冷度增加1 ℃，熱耗增加0.014 %。

(2)由于現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)水管道布置問(wèn)題，造成8號(hào)低加所處的凝汽器背壓較高，不利于8號(hào)低加的抽汽，反而促進(jìn)7號(hào)低加抽汽順暢，造成7段抽汽對(duì)8段抽汽排擠，導(dǎo)致排入凝汽器的冷源損失增加，機(jī)組效率降低。同時(shí)，由于流經(jīng)汽輪機(jī)末幾級(jí)葉片的蒸汽流量增大且濕度增加，造成末幾級(jí)葉片侵蝕、過(guò)負(fù)荷，甚至引起機(jī)組振動(dòng)，危及機(jī)組的安全。

3.4 8號(hào)低加出水溫度低問(wèn)題分析

根據(jù)熱力計(jì)算特性，THA工況(即額定出力工況)下低加及疏水冷卻器運(yùn)行參數(shù)如表2所示。

DCS顯示在負(fù)荷513 MW、真空94.6 kPa情況下，7，8號(hào)低加溫升分別為25 ℃和1.4 ℃，7號(hào)低加溫升偏高，8號(hào)低加幾乎沒(méi)有溫升。由于8號(hào)低加不抽汽，需增大7號(hào)低加抽汽量加以彌補(bǔ)。

3.5 氦質(zhì)譜儀檢漏試驗(yàn)

本試驗(yàn)使用德國(guó)生產(chǎn)的PhoeniXL 300型氦質(zhì)譜檢漏儀，對(duì)真空狀態(tài)下的設(shè)備和系統(tǒng)(閥門(mén)、法蘭、焊縫等)進(jìn)行逐一檢查，確定了漏點(diǎn)的具體位置及漏率大小。本次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的主要漏點(diǎn)如3表所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：8號(hào)低加疏水管道與其筒體結(jié)合部位漏率較大，檢修人員打開(kāi)保溫層發(fā)現(xiàn)8號(hào)低加疏水管道根部裂紋已達(dá)管徑的1/3。8號(hào)低加疏水管道與低加筒體結(jié)合部位焊縫開(kāi)裂，是造成機(jī)組真空嚴(yán)密性變差的主要原因。

電廠檢修人員對(duì)8號(hào)低加疏水管道漏點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后，通過(guò)機(jī)組嚴(yán)密性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)A凝汽器殼體真空嚴(yán)密性為0.15 kPa/min、B凝汽器殼體真空嚴(yán)密性為0.266 kPa/min，達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)8號(hào)低加溫升16 ℃，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 原因分析

(1)7號(hào)低加疏水沒(méi)經(jīng)冷卻后沖破U型彎管水封與8號(hào)低加疏水混合、汽化，形成兩相流動(dòng)，對(duì)8號(hào)低加及其疏水管道產(chǎn)生沖擊，造成振動(dòng)，以致疏水管道焊口產(chǎn)生裂紋。

表2 THA工況下低加及疏水冷卻器運(yùn)行參數(shù)表

(2)8號(hào)低加疏水接管裂紋超過(guò)其管徑的1/3，空氣大量漏入，低加內(nèi)部未凝結(jié)氣體的壓力升高，8段抽汽管道壓降減小。8號(hào)低加抽氣量大幅減少，甚至不抽汽，這是8號(hào)低加未溫升的主要原因。

(3)抽空氣系統(tǒng)存在問(wèn)題。3臺(tái)并聯(lián)的真空泵通過(guò)1根母管同時(shí)對(duì)2個(gè)凝汽器殼體抽空氣，而未對(duì)高背壓凝汽器進(jìn)行限制(如加節(jié)流孔或節(jié)流抽空氣門(mén))，低背壓凝汽器端差明顯比高背壓高，且2臺(tái)凝汽器殼體壓力差小于設(shè)計(jì)的1.2 kPa，低背壓凝汽器抽空氣不暢，存在氣塞。

表3 漏點(diǎn)部位及漏率情況

5 結(jié)論及優(yōu)化建議

本次機(jī)組真空系統(tǒng)異常主要是由7，8號(hào)低加的異常運(yùn)行造成的，結(jié)合本機(jī)組的特點(diǎn)，需要進(jìn)一步做優(yōu)化處理。

(1)加強(qiáng)加熱器的運(yùn)行管理與維護(hù)，嚴(yán)密監(jiān)視加熱器水位、溫升及端差，分析加熱器運(yùn)行情況，及時(shí)采取糾正措施。

(2)進(jìn)一步優(yōu)化處理7，8號(hào)低加疏水系統(tǒng)，重新校核7號(hào)低加U型水封高度，保證低加水位在正常范圍內(nèi)。杜絕低水位或無(wú)水位運(yùn)行，避免加熱器疏水管道內(nèi)形成汽、液兩相流動(dòng)，引起管道振動(dòng)和對(duì)下一級(jí)加熱器的沖擊。注意疏水系統(tǒng)單級(jí)水封筒的運(yùn)行情況，保證水封良好，管道無(wú)沖擊。

(3)循環(huán)水系統(tǒng)需按原設(shè)計(jì)走向布置，確保凝汽器的凝結(jié)水回?zé)嵯到y(tǒng)發(fā)揮應(yīng)有的回?zé)帷⒊踝饔茫岣邫C(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)性。

(4)保證真空泵的嚴(yán)密性，保證泵軸端密封良好，減少真空泵的泄漏。檢查泵入口氣動(dòng)門(mén)、逆止門(mén)是否關(guān)閉嚴(yán)密，減少真空泵的損耗。

(5)真空泵布置可改為分列、并聯(lián)雙回路，每臺(tái)真空泵對(duì)應(yīng)1個(gè)凝汽器殼體，第3臺(tái)真空泵作為另2臺(tái)真空泵的備用泵與另2臺(tái)泵互為聯(lián)通，由2個(gè)聯(lián)絡(luò)門(mén)控制。正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)真空泵分別對(duì)凝汽器A，B殼體抽真空，另1臺(tái)泵備用；當(dāng)其中1臺(tái)泵故障時(shí)，聯(lián)啟備用泵，同時(shí)聯(lián)開(kāi)聯(lián)絡(luò)門(mén)。

1 肖增弘，盛 偉．汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2008.

2 葉 濤．熱力發(fā)電廠[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2012.

3 DL/T932—2005凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則[S]．

4 岳建華．電力節(jié)能檢測(cè)試驗(yàn)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2007．

5 李 青，公維平．火力發(fā)電廠節(jié)能和指標(biāo)管理技術(shù)(第2版)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2009.