330MW機組啟動疏水擴容器損壞的原因分析及處理

【摘要】分析了330MW機組整套啟動試運行過程中，啟動疏水擴容器損壞的原因，給出了處理方案。

【關(guān)鍵詞】330MW機組；啟動疏水擴容器；損壞原因；處理方案

1、330MW汽輪機及啟動疏水擴容器的概況

某發(fā)電廠330MW#2汽輪機，是亞臨界、沖動式、中間一次再熱、單軸三缸、雙排汽的凝汽式汽輪機。#2汽輪機配備的啟動疏水擴容器，設(shè)計壓力4.0Mpa，設(shè)計溫度365℃，容積1.5m3，安全閥開啟壓力3.8Mpa。啟動疏水擴容器的主要汽源有：1主蒸汽管道啟動疏水；2再熱熱段管道的啟動疏水；3再熱冷段管道的啟動疏水；4一段抽汽管道啟動疏水。啟動疏水擴容器的減溫噴水水源是工業(yè)水來。其系統(tǒng)簡圖如圖1：

2、故障情況介紹

2004年#2機組首次沖轉(zhuǎn)進入整套試運行階段后，啟動疏水擴容器一直存在響聲大、振動大的問題，尤其在機組甩負荷或跳級后更為突出。由于機組多次因各種原因動作跳機，機組頻繁經(jīng)歷從270MW負荷以上高負荷甩至0MW的情況，曾經(jīng)多次利用停機時間對啟動疏水擴容器進行維修，仍無法制止跳級后高壓高溫的“疏水”對其內(nèi)部構(gòu)件的致命損壞。2006年7月19日下午，由于爐膛壓力低Ⅲ值，鍋爐MFT（主燃料跳閘）動作導(dǎo)致機組跳機，當時機組從300MW負荷甩至0MW。7月31日，鍋爐再次MFT動作，機組從255MW甩至0MW。經(jīng)過上述幾次高負荷跳機后，啟動疏水擴容器出現(xiàn)了更為嚴重的異常狀況：有金屬碎片從啟動疏水擴容器的排氣管中飛出，此時只停留在機械的修復(fù)“原狀”，已不再是所有人員的目標，必須徹底找出原因，長遠之計，必須從根本上消除類似事件的發(fā)生。

3、故障情況檢查及分析

8月16日由該廠各相關(guān)部門會同設(shè)計廠家等相關(guān)單位組成的調(diào)查組共同到現(xiàn)場進行檢查：發(fā)現(xiàn)擴容器的內(nèi)部構(gòu)件中用于固定擴容管的下圓環(huán)脫落，上圓環(huán)變形，下部疏水口被破碎的鐵塊封住，內(nèi)部結(jié)構(gòu)已遭到嚴重損壞。從檢查情況可判斷是由于高溫高壓蒸汽直接進入擴容器，使擴容器內(nèi)部構(gòu)件所承受的壓力、溫度超過設(shè)計壓力及設(shè)計溫度，造成擴容器內(nèi)部金屬部件的損壞。

造成擴容器部件超溫超壓導(dǎo)致?lián)p壞的原因分析從三個方面分析：一是啟動疏水擴容器的管路閥門系統(tǒng)；二是減溫噴水系統(tǒng)；三是進入啟動疏水擴容器的相關(guān)疏水閥的DCS（分散控制系統(tǒng)）控制邏輯問題。

3.1 該機組的相關(guān)疏水閥設(shè)計均采用全開、全關(guān)的氣動閥，疏水閥不能維持在中間開度。所以，在機組熱態(tài)、極熱態(tài)開機過程，盡管蒸汽溫度和管壁金屬溫度較高，只需要對管道進行少量疏水即可，但由于氣動疏水門只能全開，勢必造成過多高溫、高壓蒸汽進入擴容器，不利于擴容器的安全運行。因此有必要對管道閥門系統(tǒng)進行改進。

3.2 從擴容器減溫噴水系統(tǒng)分析。試運行中常發(fā)現(xiàn)有啟動疏水擴容器的減溫噴水壓力過低、水量過小現(xiàn)象。為了保證機組進行疏水時，高溫高壓蒸汽進入啟動疏水擴容器后得到充分的冷卻減溫使擴容器不超溫不超壓，應(yīng)采取措施提高減溫水壓、增加減溫水量：如增加管徑；改用水源穩(wěn)定、水壓較高的減溫噴水水源。同時，為了達到良好的減溫冷卻效果，應(yīng)使減溫噴水在擴容器內(nèi)部達到噴淋狀態(tài)，但設(shè)備廠家原設(shè)計中并沒有采取專門的霧化措施。因此，應(yīng)采取有效措施加強減溫噴水在擴容器內(nèi)的霧化程度，增強其冷卻效果，進一步保護啟動疏水擴容器。

3.3 從氣動疏水閥的DCS控制邏輯分析。目前，進入啟動疏水擴容器的氣動疏水閥控制邏輯如下：

a.機組負荷<20%額定負荷，聯(lián)開主汽管至啟動疏水擴容器疏水門、再熱冷段管道至啟動疏水擴容器疏水門、再熱熱段管道至啟動疏水擴容器疏水門、一段抽汽管道至啟動疏水擴容器疏水門。負荷>22%額定負荷，聯(lián)關(guān)疏水門。

b.當再熱熱段管道啟動疏水罐、再熱冷段管道啟動疏水罐、一段抽汽管道疏水罐，任一疏水罐水位高或高高，則打開相應(yīng)的疏水門，無液位高后15秒，聯(lián)關(guān)。

從上述控制邏輯中可看出控制邏輯還存在以下問題：（1）主汽管道啟動疏水門的動作僅以機組負荷為控制條件，這是不夠合理的。除了機組負荷外，還應(yīng)引進蒸汽溫度、管壁溫度或者溫度變化速率為疏水閥動作的控制依據(jù)。（2）從機組跳閘過程分析結(jié)果可知，在機組跳閘過程中“機組負荷<20%額定負荷”并不是必要的疏水條件。因此，“機組負荷<22%額定負荷”應(yīng)只是機組非跳閘狀態(tài)下聯(lián)開疏水閥的條件。（3）控制邏輯要求“機組負荷<20%額定負荷，聯(lián)開進入啟動疏擴的疏水門”，并未考慮到啟動疏水擴容器在此工況下的承受能力。實際運行中，在保證汽輪機本體的可靠安全疏水的基礎(chǔ)上，應(yīng)該通過計算分析后，適當下調(diào)起始疏水的負荷值，既要保證低負荷時的疏水效果，又要兼顧啟動疏水擴容器的承受能力。

4、處理方案

經(jīng)過以上原因分析并征得廠家、設(shè)計院等相關(guān)單位同意后，該機組啟動疏水擴容器做了如下改進：

（1）在管路及閥門系統(tǒng)上，對主蒸汽管道至啟動疏水擴容器氣動疏水門、再熱熱段管道至啟動疏水擴容器氣動疏水門、再熱冷段管道至啟動疏水擴容器氣動疏水門、一段抽汽管道至啟動疏水擴容器氣動疏水門分別加裝了ф28×3.5的旁路管道及旁路手動一、二次門，改造后系統(tǒng)簡圖如圖2。

這樣，在機組運行中可根據(jù)實際情況控制進入啟動疏水擴容器的疏水量，必要時適當開啟疏水氣動閥旁路一、二次門進行疏水，既可以保證疏水效果，又可以防止啟動疏水擴容器超溫超壓損壞。

（2）增加啟動疏水擴容器的減溫噴水管管徑，由原來的φ45×2.5改為φ57×3，以增加冷卻水量；將減溫噴水水源由工業(yè)水改為壓力更高、水源更穩(wěn)的凝結(jié)水，運行中凝結(jié)水母管壓力可達3.0Mpa左右；為了加強減溫噴水在擴容器內(nèi)的冷卻效果，還采取了如下措施：將φ57×3的減溫噴水管道伸入啟動疏水擴容器內(nèi)部，伸入部分采用強度足夠高的#20鍋爐鋼（20G），在伸入管道四周上開孔，共4排孔，沿周向相鄰兩排開孔采用交錯方式，使伸入管道周向8個方向都有噴水，從而使減溫噴水在擴容器內(nèi)達到噴淋效果。

（3）對疏水門控制邏輯進行了合理改進：

a.汽機掛閘狀態(tài)下（即非跳閘狀態(tài)），機組負荷<10%額定負荷時，聯(lián)開主蒸汽管至啟動疏水擴容器氣動疏水閥、再熱冷段管道至啟動疏水擴容器氣動疏水閥、再熱熱段管道至啟動疏水擴容器氣動疏水閥、一段抽汽管道至啟動疏水擴容器的氣動疏水閥，負荷>11%，聯(lián)關(guān)氣動疏水閥。

b.機組在非掛閘狀態(tài)（即跳閘狀態(tài)），且主汽門前蒸汽溫度≤450℃時，聯(lián)開聯(lián)開主蒸汽管至啟動疏水擴容器氣動疏水閥、再熱冷段管道至啟動疏水擴容器氣動疏水閥、再熱熱段管道至啟動疏水擴容器氣動疏水閥、一段抽汽管道至啟動疏水擴容器的氣動疏水閥。

c.再熱冷段管道、再熱熱段管道、一段抽汽管道的疏水罐液位高或高高時，聯(lián)開其相應(yīng)的氣動疏水閥，無液位高后15秒，聯(lián)關(guān)。

d.汽機掛閘狀態(tài)下，主汽門前蒸汽溫度<450℃，且溫度下降率>5℃/min時，聯(lián)開主蒸汽管道至啟動疏水擴容器的氣動疏水閥。

e.當主蒸汽管或再熱熱段管道至啟動疏水擴容器的氣動疏水閥開啟時，聯(lián)開啟動疏水擴容器噴水閥，氣動疏水閥關(guān)后延時10S后，聯(lián)關(guān)噴水閥。

f.汽機掛閘時，進入啟動疏水擴容器的蒸汽溫度>338℃，聯(lián)開啟動疏水擴容器噴水閥。

5、結(jié)語

經(jīng)過了對管路進行優(yōu)化改造并從邏輯關(guān)系上結(jié)合機組實際疏水量加以控制后，該機組啟動疏水擴容器的運行特性得到了很大改進，運行中擴容器噪聲大、振動大的問題得到了明顯改善，而且從技改完成后運行至今，啟動疏水擴容器再也沒有出現(xiàn)過以往異常現(xiàn)象。實踐證明，經(jīng)過以上改進方案是行之有效的，此事件也進一步說明理論與實際必須互相指導(dǎo)才能確保機組設(shè)備的安全可靠。