凝結(jié)水精處理系統(tǒng)凝結(jié)水壓力降低的原因分析

姜　波

（中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司西北分公司，陜西 西安　710065）

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)凝結(jié)水壓力降低的原因分析

姜波

（中國大唐集團科學(xué)技術(shù)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(diào)試階段，由于凝結(jié)水精處理系統(tǒng)混床投運引起凝結(jié)水壓力降低，最終導(dǎo)致機組停機的事故，分析了事故發(fā)生的原因，針對目前常用的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)排污方式，提出了防止同類事故發(fā)生的方法。

凝結(jié)水；精處理系統(tǒng)；主燃料跳閘；壓力低

0　引言

隨著國家“十一五”對節(jié)能減排的要求，近年來我國火力發(fā)電廠結(jié)構(gòu)調(diào)整取得了實質(zhì)性進展。高效節(jié)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(fā)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(shù)十臺，并且裝機數(shù)量還在不斷擴大。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)作為超超臨界機組凝結(jié)水系統(tǒng)的重要組成部分，其運行狀態(tài)及出水品質(zhì)直接影響著機組的給水品質(zhì)及機組的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。

1　凝結(jié)水精處理系統(tǒng)概況

國內(nèi)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(xù)蒸發(fā)量為3 110 t/h。正常工況下的凝結(jié)水流量為1 973 t/h，最大凝結(jié)水流量為2 203 t/h，凝結(jié)水壓力為3.2 MPa。設(shè)置1套凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，系統(tǒng)由2臺前置過濾器（按2×50 %凝結(jié)水全容量處理設(shè)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(jié)水全容量處理設(shè)計，單臺出力為658-735 t/h）組成，并設(shè)1臺再循環(huán)泵。

此外，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)還設(shè)計了一套體外再生系統(tǒng)，再生系統(tǒng)采用“錐體分離法”技術(shù)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(nèi)的含量，即陽中陰（體積比）＜0.1 %；陽樹脂在陰樹脂層內(nèi)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(jié)水鐵離子含量大于2 000 μg/L或凝結(jié)水完全不處理和精處理系統(tǒng)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(jié)水鐵離子含量不大于2 000 μg/L時，前置過濾器投入運行，關(guān)閉該旁路。在混床進出水母管間裝有混床旁路系統(tǒng)，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(guān)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(jié)水精處理系統(tǒng)的安全。當某臺高速混床出水導(dǎo)電度（經(jīng)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(shè)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(tǒng)進行再生，待失效樹脂全部輸送完以后（混床內(nèi)殘留樹脂＜0.1 %），再將體外再生系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）中最重要的保護功能。如果機組啟動、運行過程中出現(xiàn)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(xiàn)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(wǎng)主開關(guān)脫開，以保證設(shè)備安全，避免重大事故發(fā)生。

該機組與本次事故相關(guān)的鍋爐主燃料跳閘動作條件是：

（1） 低壓旁路調(diào)節(jié)閥開度＜15 %；

（2） 右側(cè)低壓主汽調(diào)節(jié)閥、低壓主汽門全關(guān)；

（3） 左側(cè)低壓主汽調(diào)節(jié)閥、低壓主汽門全關(guān)；

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(nóng)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(nóng)夫懸著的心放下一半。

（4） 總?cè)剂希?0 % MCR。

當上述條件全滿足且達到15 s時，MFT才會動作。

2.2凝結(jié)水泵聯(lián)鎖保護

凝結(jié)水泵聯(lián)鎖保護是在凝結(jié)水壓力下降至設(shè)定值（并延時2 s）或處于運行的凝結(jié)水泵狀態(tài)發(fā)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(jiān)視凝結(jié)水系統(tǒng)運行工況以及凝結(jié)水泵的運行狀態(tài)，如果凝結(jié)水壓力下降或處于運行的凝結(jié)水泵狀態(tài)發(fā)生改變，則自動啟動備用設(shè)備。該機組與本次事故相關(guān)的凝結(jié)水泵聯(lián)鎖為凝結(jié)水壓力低于1.5 MPa（并延時2 s），投入聯(lián)鎖的備用凝結(jié)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(jīng)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(shè)定的保護值（并延時5 s）時，低壓旁路保護動作關(guān)閉。

3　事故經(jīng)過

2013-07-03，該機組進行冷態(tài)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(jié)水泵運行，凝結(jié)水壓力為2.8 MPa，B凝結(jié)水泵處于備用狀態(tài)；凝結(jié)水精處理系統(tǒng)2臺過濾器均投入運行，4臺精處理混床均處于備用狀態(tài)，凝結(jié)水全部走混床旁路。

16：42，化驗?zāi)Y(jié)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(huán)正洗步驟，控制程序自動打開1號混床進水閥、混床再循環(huán)門、再循環(huán)水泵出口門，啟動再循環(huán)水泵。凝結(jié)水壓力出現(xiàn)降低情況，當壓力降至0.9 MPa時觸發(fā)凝結(jié)水泵聯(lián)鎖，備用凝結(jié)水泵因變頻器故障未成功啟動，引發(fā)低壓旁路保護啟動，從而導(dǎo)致MFT動作。

16：53，鍋爐MFT動作，導(dǎo)致鍋爐滅火。

表1　混床投運步序

4　原因分析

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)事故是由于投運混床時引起凝結(jié)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(jīng)過樹脂送入、充水、調(diào)整水位、樹脂混合、沉降、充水等步驟（見表2），位于再循環(huán)水管道上的排水閥會打開，造成再循環(huán)管道缺水，且處于低壓狀態(tài)。

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

（3） 由于凝結(jié)水泵為變頻工況運行，當機組處于吹管階段時，凝結(jié)水泵處于低負荷狀態(tài)運行，凝結(jié)水泵壓力約為2.0 MPa，投運混床造成凝結(jié)水壓力降低從而觸發(fā)凝結(jié)水泵聯(lián)鎖動作。由于備用的凝結(jié)水泵變頻器故障未能聯(lián)鎖啟動，凝結(jié)水壓力低信號保持5 s觸發(fā)低壓旁路保護信號，低壓旁路快速關(guān)閉，最終觸發(fā)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(fā)生，對凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的運行進行了以下優(yōu)化和控制。

（1） 優(yōu)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(huán)門打開，使精處理混床與混床再循環(huán)管路同時進行升壓，消除再循環(huán)管路存在的低壓狀態(tài)。

（2） 優(yōu)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(huán)門打開，使精處理混床再循環(huán)管路與混床同時進行充水，消除再循環(huán)管缺水的狀態(tài)。

（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(huán)管路進行充水，保證混床及再循環(huán)管路處于滿水狀態(tài)。投運混床時為了保證不造成凝結(jié)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(huán)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(jiān)控，至今該機組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)未再發(fā)生同類事故。

1 范曄暉，潘娟琴.百萬千瓦機組凝結(jié)水精處理現(xiàn)狀與探討［J］.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013，15（3）：83-87.

2 黃校春.1 000 MW機組凝結(jié)水精處理混床投停時跑樹脂分析［J］.中國核電，2012，5（4）：370-373.

3 宋麗莎，曹長武，汪建軍.火力發(fā)電廠用水技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2007.

4 李培元.火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)控制［M］.北京：中國電力出版社，2000.

5 陳進生.凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化［J］.發(fā)電設(shè)備，2002，16（3）：9-11.

6 李潤濤，李偉濤，韓懷明，等.凝結(jié)水精處理裝置問題分析及處理［J］.吉林電力，2010，38（5）：51-52.

7 邸若冰，崔學(xué)英.火電廠凝結(jié)水泵變頻改造中的常見問題［J］.電力安全技術(shù)，2011，13（9）：55-58.

2016-04-07。

姜波（1981-），男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠化學(xué)相關(guān)系統(tǒng)調(diào)試、化學(xué)監(jiān)督及技術(shù)服務(wù)工作，email：jiangbo_317@163. com。