凝結水精處理系統凝結水壓力降低的原因分析

姜　波

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司西北分公司，陜西 西安　710065）

凝結水精處理系統凝結水壓力降低的原因分析

姜波

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司西北分公司，陜西 西安710065）

介紹了某電廠1 000 MW機組在啟動調試階段，由于凝結水精處理系統混床投運引起凝結水壓力降低，最終導致機組停機的事故，分析了事故發生的原因，針對目前常用的凝結水精處理系統排污方式，提出了防止同類事故發生的方法。

凝結水；精處理系統；主燃料跳閘；壓力低

0　引言

隨著國家“十一五”對節能減排的要求，近年來我國火力發電廠結構調整取得了實質性進展。高效節能的火電機組，特別是超超臨界的百萬千瓦機組更是得到了迅猛的發展。截至目前，我國投運的百萬千瓦超超臨界火電機組已有數十臺，并且裝機數量還在不斷擴大。凝結水精處理系統作為超超臨界機組凝結水系統的重要組成部分，其運行狀態及出水品質直接影響著機組的給水品質及機組的安全、經濟、穩定運行。

1　凝結水精處理系統概況

國內某火電廠1期擴建工程3號機組為1 000 MW超超臨界燃煤機組，鍋爐最大連續蒸發量為3 110 t/h。正常工況下的凝結水流量為1 973 t/h，最大凝結水流量為2 203 t/h，凝結水壓力為3.2 MPa。設置1套凝結水精處理系統，系統由2臺前置過濾器（按2×50 %凝結水全容量處理設計，單臺出力為987-1 102 t/h）、4臺混床和4臺樹脂捕捉器（按4×33.3 %凝結水全容量處理設計，單臺出力為658-735 t/h）組成，并設1臺再循環泵。

此外，凝結水精處理系統還設計了一套體外再生系統，再生系統采用“錐體分離法”技術工藝，將一臺樹脂貯存罐作為再生頻繁時使用。該貯存罐具備混脂及輸送功能。陰、陽樹脂的分離率達到：陰樹脂在陽樹脂層內的含量，即陽中陰（體積比）＜0.1 %；陽樹脂在陰樹脂層內的含量，即陰中陽（體積比）＜0.07 %。再生堿液溫度控制在35-40 ℃，堿液采用電加熱方法進行加熱，酸、堿再生液采用酸堿噴射器進行輸送。

在前置過濾器入口母管和混床出水母管間裝有大旁路，啟動初期，該旁路只有在凝結水鐵離子含量大于2 000 μg/L或凝結水完全不處理和精處理系統檢修時才開啟。在前置過濾器進出口母管間裝有前置過濾器單元旁路，當凝結水鐵離子含量不大于2 000 μg/L時，前置過濾器投入運行，關閉該旁路。在混床進出水母管間裝有混床旁路系統，在機組初次投運時，當前置過濾器出水鐵離子含量不大于1 000 μg/L時，混床投入運行，關閉該旁路。在機組正常運行期間，當進水母管溫度達到高值（50 ℃）或旁路閥前后壓差升高到0.35 MPa時，控制盤上高值報警，旁路閥100 %自動開啟，同時混床自動解列，以保證機組安全運行（不會斷水）和凝結水精處理系統的安全。當某臺高速混床出水導電度（經氫離子交換后，25 ℃）＞0.1 μS/cm或二氧化硅（SiO2）＞10 mg/L或鈉離子（Na+）＞1 mg/L或累積制水量達到設定值時，備用混床自動投入運行，同時失效混床自動解列；失效樹脂送至再生系統進行再生，待失效樹脂全部輸送完以后（混床內殘留樹脂＜0.1 %），再將體外再生系統已再生好的陰、陽離子交換樹脂輸送到此高速混床。

2　事故所涉及的保護

2.1鍋爐主燃料跳閘

鍋爐主燃料跳閘（MFT）是爐膛安全監控系統（FSSS）中最重要的保護功能。如果機組啟動、運行過程中出現任何達到保護動作條件的危險工況時，MFT保護將迅速動作，快速切斷所有燃料，實現緊急停爐。單元制運行的機組在MFT動作鍋爐停爐的同時會將汽機跳閘，并網主開關脫開，以保證設備安全，避免重大事故發生。

該機組與本次事故相關的鍋爐主燃料跳閘動作條件是：

（1） 低壓旁路調節閥開度＜15 %；

（2） 右側低壓主汽調節閥、低壓主汽門全關；

（3） 左側低壓主汽調節閥、低壓主汽門全關；

兩個胡人牽著馬走過來，用長矛把草堆捅倒，馬兒吃草，不時打著響鼻。農夫緊張死了，草堆離山芋窖子不過幾尺遠，窖口用樹枝遮著，再鋪上干草，要是馬兒來吃草，或胡人來這里扯一把草，他就藏不住了。突然，胡人不知什么原因跨上馬走了，農夫懸著的心放下一半。

（4） 總燃料＞20 % MCR。

當上述條件全滿足且達到15 s時，MFT才會動作。

2.2凝結水泵聯鎖保護

凝結水泵聯鎖保護是在凝結水壓力下降至設定值（并延時2 s）或處于運行的凝結水泵狀態發生改變時，自動啟動備用水泵的保護裝置。它的主要功能是監視凝結水系統運行工況以及凝結水泵的運行狀態，如果凝結水壓力下降或處于運行的凝結水泵狀態發生改變，則自動啟動備用設備。該機組與本次事故相關的凝結水泵聯鎖為凝結水壓力低于1.5 MPa（并延時2 s），投入聯鎖的備用凝結水泵啟動。

2.3低壓旁路保護

低壓旁路減溫水主要用于降低經過低壓旁路直接排入凝汽器的蒸汽溫度，從而保護凝汽器及低壓缸不會過熱。因此，低壓旁路減溫水壓力低未達到設定的保護值（并延時5 s）時，低壓旁路保護動作關閉。

3　事故經過

2013-07-03，該機組進行冷態啟動，鍋爐升溫升壓，隨后進行吹管。

16：30，主汽壓力為4.2 MPa，溫度為290 ℃，汽輪機高壓旁路、低壓旁路全部投入運行；A凝結水泵運行，凝結水壓力為2.8 MPa，B凝結水泵處于備用狀態；凝結水精處理系統2臺過濾器均投入運行，4臺精處理混床均處于備用狀態，凝結水全部走混床旁路。

16：42，化驗凝結水鐵離子含量為652 μg/L，符合投入精處理混床的條件，按照混床投運步序（見表1）逐步投入1號混床。

16：52，1號混床升壓步驟完成，進入再循環正洗步驟，控制程序自動打開1號混床進水閥、混床再循環門、再循環水泵出口門，啟動再循環水泵。凝結水壓力出現降低情況，當壓力降至0.9 MPa時觸發凝結水泵聯鎖，備用凝結水泵因變頻器故障未成功啟動，引發低壓旁路保護啟動，從而導致MFT動作。

16：53，鍋爐MFT動作，導致鍋爐滅火。

表1　混床投運步序

4　原因分析

經過分析，發現事故是由于投運混床時引起凝結水壓力降低造成的，具體原因分析如下。

（1） 精處理混床投運前需要經過樹脂送入、充水、調整水位、樹脂混合、沉降、充水等步驟（見表2），位于再循環水管道上的排水閥會打開，造成再循環管道缺水，且處于低壓狀態。

（2） 混床投運時只對混床床體進行升壓，未對再循環管路進行升壓，在此情況下再循環管路與凝結水管道壓力相差約1.9 MPa。當混床進入再循環階段時，進水閥、再循環閥同時打開，造成中壓的凝結水管路與低壓的再循環管路聯通，所以當混床進入再循環階段時會導致凝結水壓力降低。

（3） 由于凝結水泵為變頻工況運行，當機組處于吹管階段時，凝結水泵處于低負荷狀態運行，凝結水泵壓力約為2.0 MPa，投運混床造成凝結水壓力降低從而觸發凝結水泵聯鎖動作。由于備用的凝結水泵變頻器故障未能聯鎖啟動，凝結水壓力低信號保持5 s觸發低壓旁路保護信號，低壓旁路快速關閉，最終觸發MFT動作。

表2　混床樹脂送入步序

5　解決方法

為防止類似事故再次發生，對凝結水精處理系統的運行進行了以下優化和控制。

（1） 優化混床投運步序。將原來混床投運步序表（見表1）中第1步“升壓”步序中不打開的混床再循環門打開，使精處理混床與混床再循環管路同時進行升壓，消除再循環管路存在的低壓狀態。

（2） 優化混床樹脂送入步序。將原來混床樹脂送入步序表（見表2）中最后1步“混床充水” 步序中不打開的混床再循環門打開，使精處理混床再循環管路與混床同時進行充水，消除再循環管缺水的狀態。

（3） 對于長期備用的混床，在投運前要求運行人員采用點操方式對混床及再循環管路進行充水，保證混床及再循環管路處于滿水狀態。投運混床時為了保證不造成凝結水壓力降低的情況，采用運行人員在就地確認壓力并與在線壓力表對比的方法，確保混床及再循環管路升壓正常后再進行投運。

該廠按照上述方式對程控步序進行了修改，并在投運混床時加強了對壓力的監控，至今該機組凝結水精處理系統未再發生同類事故。

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2016-04-07。

姜波（1981-），男，工程師，主要從事火力發電廠化學相關系統調試、化學監督及技術服務工作，email：jiangbo_317@163. com。